《从美国100多年的农村分散污水治理实践中 我们能学到哪些干货?》

  • 来源专题:水体污染治理
  • 编译者: 王阳
  • 发布时间:2018-08-13
  • 二十年来,我国污水处理不断兴建,污水处理率持续提高,但主要集中在城市,全国大部分农村的污水仍得不到处理。美国将人口小于1万人的聚集区称为农村地区,农村人口约为1.18亿人,占总人口的37.3%。19世纪50年代,美国农村开展了分散式污水处理系统的实践,经过一百多年的发展已经形成了比较完善的农村生活污水治理体系。因而,学习研究美国的分散式农村污水治理政策及技术,对于现阶段我国即将开展的农村污水治理工作具有重要的参考意义。

    一、美国农村生活污水治理政策简述

    1.政策依据

    美国农村污水治理适用于《清洁水法》。《清洁水法》通过生活污水排放标准对农村污水处理设施进行监控,采用国家污染物排放消除制度对排入地表水的农村水处理设施实行排污许可证制度,使用最佳管理实践对水质受损流域内的农村面源污染进行控制,采用最大日负荷总量计划对水质受损流域的所有农村污染源(点源和面源)制定排放限值,实行总量控制。

    2.排放标准

    根据1972年《清洁水法》301条规定,美国的生活污水处理设施在1977年6月1日前全部执行二级处理标准;若水体中含有氮元素,生化处理过程中发生硝化反应,BOD5指标不能准确反映出水水质情况时,用CBOD5取代BOD5指标。若出水排入地表水,受纳水体不能达到水质标准,就要达到更为严格的基于水质的排放限值;如果受纳水体列入《清洁水法》303(d)条款中的受损水体清单,排放限值则需根据最大日负荷总量计划分配日允许排放负荷,制定排放限值。

    3.财政补助

    1987年的《清洁水法》授权联邦政府出资为各州设立一个滚动基金,其中各州需配套一部分资金(约为联邦政府的20%)。该基金以低息或无息贷款的方式资助各州实施污水处理和非点源污染防治项目。贷款的偿还期一般不超过20年。所偿还的贷款以及利息再次进入滚动基金用于支持新的项目。2015年,各州均已有比较完善的滚动基金计划,已向污水处理项目贷款958亿美元(分散式污水处理约占4%)。

    1987年《清洁水法》修正案319(h)条款创设了非点源319部分资金项目,该项目向州、部落提供资助,用以支持消除非点源污染的示范工程、技术转移、教育、培训、技术支持和相关活动。该项目于1990年开始实施,截至2011年共提供资助38.95亿美元,年平均资助资金为1.56亿美元。

    美国州政府也对分散式污水治理提供多种形式的资金资助。例如马萨诸塞州出台三项财政政策,支持分散污水治理设施的建设与运行。首先是贴息贷款项目,社区污水治理设施最高可以获得10万美元建设贷款。其次是为本地居民减免3年共4500美元的税收用于支付分散污水系统的维修费用。此外,社区污水系统综合管理计划提供资金支持分散污水系统的长期维护。

    二、美国分散式污水处理技术及运行管理模式

    1.分散式污水处理系统

    分散式污水处理系统是一种包括污水现场收集与就近处理的综合系统,主要用以处理家庭、小型社区或服务区产生的污水。根据处理规模不同,分散式污水处理系统可分为现场污水处理系统和群集式污水处理系统两类。

    (1)现场污水处理系统

    19世纪中叶,现场污水处理系统在美国大规模应用,适用于单个家庭的生活污水处理。该系统由化粪池和地下土壤渗滤系统(人工湿地或氧化塘)构成。污水流入化粪池经厌氧分解后,去除了部分有机物和悬浮物,后流入土壤渗滤层,经渗滤、吸附、生物降解等净化作用后流入潜水层。该系统对土壤的渗透性、水力负荷等因素有一定的要求。据估计,美国国土面积中仅有32%的土壤适用现场污水处理系统。

    (2)群集式污水处理系统

    20世纪90年代后期,群集式污水处理系统逐渐在美国流行。群集式污水处理系统适用于多户家庭的生活污水处理,通过增加单独的处理装置,提高了出水水质。其基本处理流程为:污水经化粪池预处理后,通过重力或压力式污水收集管道,运送到相对较小的处理单元进行物理或生化处理,后经地下渗滤系统或氧化塘等土地处理系统后排放或回用。常见的处理工艺有:一是物理过滤法,包括单通道介质过滤器、循环介质过滤器、粗介质、泡沫或织物过滤器等。二是生化法,包括固定膜生物膜法、悬浮生长活性污泥法等。

    2.分散式污水处理系统的特点

    (1)投资成本低、维护管理简单

    通过采用自然型土地处理系统和小型的低成本集水管道,基建成本大大减少;土地处理系统和加强式处理单元的运行维护相对简单,无需专人值守。

    (2)动力消耗小、符合生态友好要求

    采用无动力或微动力的自然型土地处理系统及动力消耗较小的加强式处理单元;能持续补充地下水,实现了污水就地处理和就地回用;可以将土地处理系统营造成生态系统修复功能和湿地生态公园、教育园区,与流域管理措施灵活结合。

    (3)技术成熟、运行稳定

    鉴于土地处理系统对现场的水文地质条件(渗透性、地下水位等)有一定的要求,分散式处理系统的工艺不断发展完善,多种处理工艺可供灵活选择,全面满足不同地区的出水要求。

    3.分散式污水处理系统的运行管理模式

    全美共有2600万套分散式污水处理系统,约一半以上的设施运行已超过30年。据估计,其中10%-20%的设施由于缺乏维护及有效监管等问题导致运行失效发生故障,引起了地下水及湖泊的氮、磷污染。

    为了加强对分散式污水处理系统的运维管理,有效指导各州和地方开展分散式污水治理,2003年美国环保局发布了《分散式污水处理系统管理指南》,在指南中对分散式污水处理设施提出5种管理程度逐步加强的运行模式。

    三、对我国农村污水治理的启示

    分散式处理系统从20世纪50年代发展至今,已经成为美国极为重要的农村污水处理手段。全美25%的居民家庭采用了该系统,污水处理量占废水总量的10%,为美国农村水环境质量改善发挥了重要作用。鉴于我国农村生活污水治理工作尚处于起步阶段,存在引导缺乏、标准缺失、选用盲乱等问题,需学习和借鉴美国在农村污水处理领域的成功经验。

    1.分散式处理是农村污水处理的发展方向

    对于住户分散,污水管网不完善,资金薄弱,管理水平相对落后的农村地区,分散式处理系统具有其特殊优势,实现了污水就地处理和就地回用,具备灵活多样的技术工艺,减少了排水管网的基建费用和运行费用,受到了美国政府的有力支持而被广泛应用,被美国环保局认定为极为重要的污水处理方式,并于2007年制定了分散式处理系统的长期发展战略。而目前我国农村地区污水处理技术混杂,缺乏农村污水处理方面的统一技术标准,可借鉴美国的农村污水处理模式,各地根据当地条件积极开展农村分散式污水处理的不范与推广工作。若只有生活污水接入,可采用以土地处理为主的现场污水处理模式;如村庄土地紧张或污水成分复杂,则可采用以处理单元(生化或过滤)为主的处理模式;若用地紧张又无其他废水进入的村庄,可以采用土地处理与处理单元(生化或过滤)相结合的处理模式。

    2.建立专业化运维服务体系,强化运行管理

    为强化分散式污水处理系统的运行管理,根据环境的敏感性和处理规模,美国环保局提出了5种管理程度逐步加强的运行模式。同时,美国政府出台一系列配套政策如社区污水系统综合管理计划,用以提供资金支持分散污水系统的长期维护,从而有效保障了分散式污水处理系统的有效运行。目前我国各个省市正积极开展农村污水处理技术方案的不范研究,但普遍存在“重建设,轻管理,有钱建设,无钱运行”的问题。据统计,由于缺乏专业的运维人员和充足的维护资金,已建成的农村污水处理设施的有效运行率不足20%。因而我国应通过合理的政策,支持多种经营模式相结合的专业运维服务队伍的发展,保障运维资金,以保证农村污水处理设施持续稳定地发挥其应有的效能。

    3.制定法律法规,促进行业健康发展

    美国农村污水处理政策分类细致、设计严密,经过不断完善具有很强的针对性和操作性。这既体现在管理对象上,如点源和面源、水质受损流域和水质未受损流域;也体现在管理手段上,分别采用排污许可证、最佳管理实践、最大日负荷总量计划对受损水质流域内的点源和面源进行有效管理;更体现在排放限值中,依据受纳水体的水质采用二级处理标准、基于水质的排放限值或基于TDML的排放限值。我国的环境管理体系是以城市污染和工业污染防治为目标建立起来的,对于现阶段农村污水处理设施还没有相应的排放标准及技术规范。国家层面除了《农村生活污染控制技术规范》外,尚未出台农村污水处理有关的国家行业标准和相关指南。因而我国需从立法着手,根据不同地区属性(如环境敏感区域、水源保护地等)确定治理范围,加快制定灵活的具备操作性的农村污水治理政策,充分发挥政府的统一规划和指导作用,促进行业健康发展。

相关报告
  • 《王培京:北运河上游分散生活污水的治理实践》

    • 来源专题:水体污染治理
    • 编译者:wangyang
    • 发布时间:2020-08-29
    • “十一五”期间北运河流域已经开展了点源治理工作,从整个北运河流域来看,入河污染物主要来自于三大污染源,包括集中式污水处理厂排放、郊区分散生活源排放、畜禽养殖和种养业产生的农业源排放。“十一五”期间,针对畜禽污染源,水专项课题设置了“畜禽养殖废弃物处理与资源化技术研究”并开展一项工程示范;针对分散式生活污水,设置了“北方村镇生活污水低耗能易管理处理技术集成研究与示范”,其中厌氧滤池+自然能好氧处理技术、厌氧滤井+人工湿地处理这两项技术进行了工程示范;针对城镇污水处理厂出水,开展了“城镇污水厂出水厂外生态湿地净化技术研究与示范”,主要采用景观湿地串联氧化塘处理技术。 “十二五”时期,北京市实施了《加快污水处理和再生水利用设施建设三年行动方案》,要求把未经处理的城镇生活污水全收集全处理,实现了北运河榆林庄闸出京断面COD浓度平均值自2013年以来逐年下降,到2015年降至36.1mg/L,全流域水体达标率也由2012年的15.8%逐年提高到2015年的24.3%,水质改善效果比较明显。 到了“十三五”时期,随着国家水十条的发布,黑臭水体治理、美丽乡村建设等项目的推进,结合治理目标再去梳理北京市农村污水处理现状,发现北京市农村污水治理还存在一些问题:一是区域污水处理统筹能力不足,无法满足美丽乡村建设的要求;二是处理工艺相对单一,与村镇污水因地制宜的需求不相符;三是信息化监管手段不足,监管不到位,这项不足在十三五期间必须补起来;四是缺乏长期的管理机制,缺乏建设、运营、监管和技术指导方面的文件,导致运行效率不高。 针对这些问题,“十三五”水专项课题开展了散污水收集模式和处理设施建设模式的研究、污水菜单式组合工艺及设备的研发与示范、分散污水处理设施监控体系研究及示范、分散污水长效管理模式机制的研究。 基于上述研究成果,我们提出了基于互联网+的智慧村镇污水处理整装成套技术,包括了四部分内容,一是分散污水收集和处理建设模式,主要解决区域污水收集和处理模式的选择比较困难的问题;二是菜单式组合工艺,在“十一五”“十二五”“十三五”系列研究的基础上,对菜单工艺进行了优化,补足现有技术短板;三是农村分散污水处理设施的监控平台,开发智慧运维监管系统,降低运维资源的投入;四是长效管理体制机制,推动污水全流程管理。
  • 《农村生活污水治理现状的调研与思考》

    • 来源专题:水体污染治理
    • 编译者:王阳
    • 发布时间:2021-04-30
    • 在国民经济快速发展的背景下,我国农业和农村建设也取得了长足的进步,特别是通过近年来的美丽乡村建设,大部分的农村生活污水得到了治理。农村污水治理工作,以2009年国务院提出的《关于实行“以奖促治”加快解决突出的农村环境问题的实施方案》为起点,在2010年环保部发布《农村生活污染防治技术政策和规范》后实现全面推进,又在2018年《农村人居环境整治三年行动方案》发布实施后达到了高潮。农村生活污水治理工作在东北、东南、华北、西北、西南和中南六个区域内分梯次推进,具体实施工作考虑了当地的人口聚集程度、污水规模、自然地理条件等因素。在确定农村污水治理的建设模式和处理工艺时,采取了三结合原则,即污染治理与资源利用相结合、工程措施与生态措施相结合、集中与分散相结合。 农村生活污水治理工作在全国已经推进多年,在治理政策、治理规范、治理技术和项目实践方面都取得了很大成绩。本文通过对农村生活污水处理现状的调研,对相关情况进行了总结,并提出了一些对农村污水治理工作未来的思考。 01 做好准备工作 截至2019年,东南区域的江苏省、上海市、浙江省、福建省、广东省已经基本完成了治理工作;华北地区的北京市、天津市、河北省、山西省、山东省和中南地区的河南省、湖北省、湖南省、安徽省和江西省已经完成了85%的治理工作;东北、西北、西南都在因地制宜、循序渐进的积极推进治理工作。 治理工作一般是市县级主管部门统一规划、统一建设、统计管理,主要采取政府直接投资、PPP模式和特许经营模式进行建设和运营。以PPP模式为例,广东省陆河县2018年将条件成熟的5个镇区及全县农村地区的污水打包以PPP模式统一规划治理;天津市武清区在2018年和2020年将相关项目分两批采取PPP模式统一实施;安徽省黄山市采用区县乡镇村组合打包形式将2个区、4个县、55个镇、46个乡、4个街道和692个行政村(屯溪区、徽州区、歙县、休宁县、黟县、祁门县)整体打包以PPP模式统一治理。 02 处理方式、收集方式、处理工艺和主要设备 1处理方式 农村生活污水主要指农村居民生活产生的污水,包括厕所污水和生活杂排水。目前,污水处理方式主要有三种,即分户式处理、村庄集中处理和纳入城镇污水管网处理。分户式处理适合零散聚居的山区或丘陵地区的村庄,是采用单户或多户公用的污水站进行就地处理的方式。集中处理适合住户集中的平原村庄,是整个村庄或一定范围农户的污水经管网收集后就近接入公用处理设施的处理方式。 位于城镇及其周边的村庄污水经支管收集后可以直接排入污水干网,此类村庄适合污水直接排入城镇干网的处理方式。 2收集方式 污水收集采用雨污分流制,按收集区域分为庭院户内收集和户外收集两个系统。 户内收集系统由集水口、收集管道、检查井和集水井组成。户外收集系统由收集支管、干管、检查井、集水井、提升井组成;移动式车辆收集作为户外收集的补充形式。 当村落水量达到工艺要求时,一般采用管网系统对全村污水进行收集;达不到要求时,则采取专用车辆运输方式实现收集。天津市武清区农村污水项目中,90%村庄采用管网收集,10%村庄采用车辆收集。 3处理工艺 农村污水主要由化粪池产生的“黑水”和厨房和洗浴间产生的“灰水”组成,单个村落处理站建设规模较小,一般都在50—500吨/天范围。从全国实施案例看,处理主体工艺基本围绕活性污泥法的A/A/O工艺展开,此工艺适应性强,运行稳定,效率高。如东南区域广泛应用的复合A/O工艺、A/A/O+表流人工湿地工艺,华北区域的A/A/O+稳定塘工艺、A/A/O+MBR膜工艺、A/A/O+人工湿地/土地处理工艺,中南区域的A/A/O+稳定塘工艺、A/A/O+人工湿地工艺、氧化沟+稳定塘+生物浮岛工艺,东北区域的A/A/O+稳定塘+人工湿地工艺等。 4主要设备 处理设备主要包括格栅和提升泵等初级处理设备和曝气机、加药机、提升排污泵等深度处理设备。 格栅、提升泵、曝气机、膜生物反应器、加药机、提升排污泵、配电柜、控制柜等设备一般是集中布置于每个站点;运输车辆、污泥脱水机等设备集中布置在乡镇等规模较大的污水站。曝气机有两大类:射流曝气机和罗茨风机。射流曝气机在水下工作,无曝气管路,噪声低,安装管理方便,效率较高;而罗茨风机需要独立设备间内,由输气管路和曝气头组合实现曝气,运行稳定,单位能耗低,适合规模较大的污水站。目前,污水站一般采用射流曝气机。 处理设备管理采取一般站点巡检和特殊站点驻场管理的方式。 03 建设成本、运营成本和回报方式 1建设成本 农村生活污水项目的建设成本主要包括工程费用、工程建设其他费、预备费、建设期利息和流动资金。 工程费用是进行户内管网、户外管网、处理站、道路恢复、生态工程建设和工艺设备购置及安装过程中发生的直接费用。工程建设其他费中的土地费用和占地补偿费用发生概率很高;由于建设期一般在3年以内,预备费中通常只设置基本预备费;若采用特许经营或PPP模式,应当根据资本市场情况合理考虑建设期利息;另外,适当考虑流动资金规模能保证建设期短期资金的需求平衡。 2运营成本 农村生活污水项目的运营一般委托给社会第三方,以PPP模式为例,经营总成本主要包括外购材料费、外购辅助材料费、燃料费、动力费、职工薪酬、修理费、管理及其他费、折旧摊销费、利息支出等。由于站点分散,人员成本较高,通常会占总成本10%左右;管理及其他费成本也较高,占8%左右。 3回报方式 采取特许经营或PPP模式进行治理时,社会资本回报方式主要为两种。一是水量保底、水价定期调整的量价结合模式;二是根据建设成本计算可用性付费,和根据运营成本计算运营绩效付费的模式。 04 治理过程中的问题及解决思路 1治理过程中的问题 相对于城镇,农村生活污水项目开展的时间较短,建设条件复杂多变,水量季节性波动大。因此,在项目建设和运营过程中出现了许多新问题,代表性的有土地批复滞后、设计规模偏大和运营管理低效问题。 土地批复滞后,污水站零散分布在各个村落,数量多,站址土地性质又多为集体所有土地,因此选址后项目不能及时取得批复意见的现象很普遍,这导致许多项目竣工验收困难。市县级主要负责人应积极协调有关部门及时办理规划和土地手续。 设计规模偏大,由于项目的实践经验少,可参照的技术参数少,设计单位一般依据城镇污水处理的工艺技术路线进行设计,由此产生了设计规模偏大,运行效率偏低,部分设施设备闲置的现象。这就要求科研和工程技术人员及时总结设计和运营经验,不断丰富设计手册以保证设计的准确性。 运营管理低效,2015年以前农村生活污水项目全部由政府方投资,建设和运营效率偏低,出现大部分污水站运营负荷低或是运营管理不到位,出水长期不达标排放的现象。后期通过采用特许经营模式或PPP模式,并进行及时的绩效考核,建设效率和运营效率通过市场手段得到了有效提高。污水站能够实现高负荷运行,并实现达标排放。 2解决思路 《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》明确提出,因地制宜推进农村改厕、生活垃圾处理和污水治理,实施河湖水系综合整治,改善农村人居环境。 农村污水治理工作有统一规范的工艺技术标准,更有项目个体差异的现状,只有创造性的开展治理工作,点源治理和面源治理有机结合,才能取得良好的成效,形成有益的经验。 作为相关工作参与者,要贯彻落实党中央国务院关于农村污水治理工作的决策部署,要结合各地自然条件、发展阶段和生态基础,同时有效借鉴其他区域的治理经验,创造性的开展工作,坚持问题导向、目标导向和结果导向,坚持实事求是,就一定能取得农村污水治理工作的全面胜利。