隨著新型城鎮(zhèn)化和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的推進(jìn)，我國加大了對農(nóng)村生活污水治理的關(guān)注。美國關(guān)注農(nóng)村污水治理較早，為了解決地下水污染問題，滿足更高的環(huán)境水質(zhì)要求，出現(xiàn)了一系列替代傳統(tǒng)技術(shù)的分散型污水處理技術(shù)。通過綜述美國分散型生活污水處理的技術(shù)措施與管理機(jī)制，以期從美國分散型污水處理經(jīng)驗(yàn)中找到適合我國農(nóng)村污水治理的方式。
1分散污水處理技術(shù)
美國分散型污水的處理技術(shù)可以基本概括為傳統(tǒng)的土地處理系統(tǒng)以及其他替代系統(tǒng)。替代系統(tǒng)包括常規(guī)的好氧處理系統(tǒng)與厭氧處理系統(tǒng)，例如懸浮態(tài)生長和固定膜好氧處理系統(tǒng)、序批式反應(yīng)器、升流式厭氧流化床等。
1.1化糞池-土壤吸收系統(tǒng)
化糞池-土壤吸收系統(tǒng)一般包括化糞池與吸收場地兩部分(見圖1)。化糞池作為污水初級處理單元，起到污水的收集和初級處理功能。吸收場地可以分為兩種類型，即有礫石型和無礫石型，按照場地形狀又可以劃分為溝式和畦式。
化糞池-土壤吸收系統(tǒng)的使用對土壤、地質(zhì)要求較高。為了提高處理效果，化糞池的結(jié)構(gòu)經(jīng)過了一系列改良，出現(xiàn)了隔板型和升流式化糞池等。Mikhaeil等研究了3種水力停留時(shí)間下傳統(tǒng)型、單隔板型、雙隔板型、雙隔板填充型化糞池處理生活污水的性能。對于不同池型的化糞池，COD、BOD、TSS去除率均與HRT成正相關(guān)，且去除率為雙隔板填充型>雙隔板型>單隔板型>傳統(tǒng)型。因此雙隔板型與雙隔板填充型化糞池更適合處理鄉(xiāng)村地區(qū)高濃度生活污水。Sabry使用改良型的化糞池——升流式化糞池/隔板反應(yīng)器(USBR)處理農(nóng)村生活污水。一年運(yùn)行期內(nèi)，COD、BOD、TSS去除率達(dá)到了84%、81%、89%。USBR系統(tǒng)不受沖擊負(fù)荷影響，且受低溫的影響較小。
1.2土墩系統(tǒng)
土墩系統(tǒng)是高于自然土表的、裝載有填料的污水土地處置方式。填料是土墩系統(tǒng)中的重要處理單元。不同結(jié)構(gòu)的填料應(yīng)用于土墩系統(tǒng)，具有不同的處理效果。一些填料由于含有鋁、鐵、鈣元素，能增強(qiáng)系統(tǒng)除磷的效果。同時(shí)，回收利用工業(yè)廢棄物作為填料，從而降低成本也是一大趨勢，例如高爐礦渣、粉煤灰等。Charles等向砂石土墩系統(tǒng)填充工業(yè)副產(chǎn)品以提高除磷效果，發(fā)現(xiàn)磷平均去除率高達(dá)98%，而氮平均去除率較低，僅有19%。
1.3砂濾系統(tǒng)(Sand filters)
砂濾系統(tǒng)是指采用介質(zhì)對污染物進(jìn)行截留和生物降解的處理裝置，其結(jié)構(gòu)各異，靈活性大，適用范圍廣。砂濾系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)可以分為地埋式、間歇式和循環(huán)式3種。對于砂濾系統(tǒng)而言，堵塞是其故障的主要原因，它會降低系統(tǒng)的滲透系數(shù)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致系統(tǒng)完全失效。堵塞問題的探討主要為成因分析，包括懸浮物的截留、生物膜生長、植被生長、化學(xué)效應(yīng)等。然而砂濾系統(tǒng)的堵塞程度不容易被評估，尤其是地下的砂濾系統(tǒng)，以往通常采用過濾水頭損失進(jìn)行測定，目前也出現(xiàn)了對預(yù)警參數(shù)的研究。Petitjean等研究了地埋式垂直流砂濾系統(tǒng)阻塞情況的預(yù)警參數(shù)，建議使用NH3-N/NO-3-N出水濃度比以及多孔介質(zhì)中的氧氣濃度來檢測早期阻塞。
1.4污水蒸散系統(tǒng)
污水蒸散系統(tǒng)是通過土壤表面蒸發(fā)和植物蒸騰作用等物理力將污水排入大氣的污水處理設(shè)施。主要由防滲襯墊、布水管和砂床組成，砂床表面可以種植植被。蒸散系統(tǒng)的蒸散速率與植物的生長情況以及營養(yǎng)物的可及性有關(guān)，不同的樹種處理效果也不相同。在溫帶氣候區(qū)域，柳樹、楊樹比較流行，因?yàn)槠湓谏L季節(jié)具有高蒸騰速率、耐水淹，且污染物濃度耐受性高。
1.5一體化處理裝置(Package Plants)
一體化處理裝置是預(yù)制造的污水就地處理設(shè)施，適用于人口較少、污水流量較小的區(qū)域。傳統(tǒng)處理裝置需要就地安裝，而一體化處理裝置的處理組件直接在工廠進(jìn)行裝配，然后運(yùn)輸至指定地點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)緊湊、施工工程量小。集成式的污水處理設(shè)施一般具有基本的物理處理單元，包括混凝、絮凝、沉淀、過濾等。最常見的一體化處理裝置有延時(shí)曝氣反應(yīng)裝置、序批式反應(yīng)器、氧化溝、接觸穩(wěn)定池和旋轉(zhuǎn)生物接觸器。
2分散污水處理技術(shù)選擇的啟示
2.1符合地理?xiàng)l件，滿足選址要求
不同的技術(shù)有其相適應(yīng)的地理?xiàng)l件?；S池-土壤吸收系統(tǒng)的處理單元是土壤，因而對土壤、地質(zhì)條件有一定要求。合適的土壤需要有良好的滲透性，且土壤水分在一定深度內(nèi)保持不飽和狀態(tài)，從而保證土壤的處理能力。處理系統(tǒng)的位置應(yīng)該遠(yuǎn)高于地下水水位和基巖，并和飲用水水源的位置保持一定距離，以減小對地下水等天然水體的威脅。對于選址的地理要求，美國有相應(yīng)的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)一些土地處理系統(tǒng)不適用時(shí)，可以通過增加輔助設(shè)施來改善處理效果，或直接采用一些其他的替代技術(shù)，例如好氧、厭氧等工程化的生物處理設(shè)施。
2.2處理能力符合相應(yīng)環(huán)境水質(zhì)要求
技術(shù)選擇前期應(yīng)該對所在地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，包括污水的水質(zhì)、水量，環(huán)境敏感地區(qū)位置，人口密度等。其次確定地表水與地下水水質(zhì)，評估受納水體的易污染程度以及水體自凈能力，根據(jù)環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)來確定處理標(biāo)準(zhǔn)。不同地區(qū)對就地處理系統(tǒng)設(shè)置的處理要求應(yīng)有所區(qū)別，對于飲用水水源地、自然保護(hù)區(qū)等水質(zhì)敏感區(qū)域，就地處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)要求較高。
2.3價(jià)格適宜
美國對已有技術(shù)的經(jīng)濟(jì)核算十分重視，因?yàn)檫@有利于指導(dǎo)后續(xù)的技術(shù)選擇。早在1979年，EPA發(fā)布了較全面的傳統(tǒng)污水處理技術(shù)資本和運(yùn)營成本的匯總。農(nóng)村污水處理技術(shù)的選擇需要結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平和環(huán)境需求，綜合考慮費(fèi)用與處理效果的關(guān)系，從而選擇性價(jià)比較高的技術(shù)。費(fèi)用估算時(shí)不僅要包括建造費(fèi)用，還要考慮使用期的運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用，以及長期必要的維修和替換費(fèi)用。只有當(dāng)村莊正確評估自身所能承擔(dān)的費(fèi)用后，才能防止有錢建設(shè)，無錢運(yùn)行，污水處理設(shè)施建成之后“曬太陽”。
3分散污水治理的管理機(jī)制
3.1完善管理?xiàng)l例
為了維持分散型污水處理系統(tǒng)的良好運(yùn)行，美國分散型生活污水治理有相關(guān)法律法規(guī)的條款保障。在州層面，分散型生活污水治理的管理要求通常以涉及相關(guān)領(lǐng)域的法令形式出現(xiàn)，法令種類較多，涉及公共安全法、妨害行為法、環(huán)境保護(hù)法或建筑法規(guī)等。但在大多數(shù)州，就地處理系統(tǒng)的管轄權(quán)一般下放至縣或其他地方管理部門。地方管轄部門在執(zhí)法時(shí)可以直接執(zhí)行州制定的法規(guī)或執(zhí)行自行制定的更嚴(yán)格的法規(guī)。除了強(qiáng)制執(zhí)行的法律要求，EPA同時(shí)注重發(fā)布指南手冊對分散型處理系統(tǒng)的管理予以指導(dǎo)，分別于2003年和2005年發(fā)布了《分散型處理系統(tǒng)管理指南》和《分散型污水處理系統(tǒng)管理手冊》等相關(guān)管理文件幫助社區(qū)管理者與戶主進(jìn)行處理系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)。
3.2突出運(yùn)行維護(hù)
一個處理系統(tǒng)運(yùn)行成功與否很大程度上取決于運(yùn)行維護(hù)階段。美國分散型污水處理設(shè)施管理分為5種模式，分別是戶主自主模式、維護(hù)合同模式、運(yùn)行許可模式、集中運(yùn)行模式和集中運(yùn)營模式。較為簡單的系統(tǒng)可以通過戶主教育，依靠戶主自行維護(hù);較為復(fù)雜的系統(tǒng)則需要供應(yīng)商提供維修服務(wù);由管理責(zé)任實(shí)體運(yùn)行的系統(tǒng)則由管理實(shí)體負(fù)責(zé)維護(hù)。分級管理維護(hù)可以最有效率地保障處理系統(tǒng)的性能。不同的處理系統(tǒng)維護(hù)內(nèi)容存在差異。為了保證維修服務(wù)便于追溯查詢，每次維修服務(wù)后需要進(jìn)行登記，必要時(shí)使用聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)施。羅德島的Jamestown鎮(zhèn)具有就地處理系統(tǒng)的日常維護(hù)監(jiān)測項(xiàng)目，檢查員在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中記錄監(jiān)測信息。根據(jù)系統(tǒng)的大小、類型和用水情況，每3年或5年檢查一次系統(tǒng)。
3.3注重公眾教育
縱觀處理系統(tǒng)失敗的原因，大多數(shù)情況是由于戶主缺乏經(jīng)驗(yàn)，不能及時(shí)有效地維修和更新故障的處理系統(tǒng)，最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。公眾教育有利于提高處理系統(tǒng)相關(guān)的操作與管理人員維護(hù)系統(tǒng)的意識和能力，主要內(nèi)容包括提醒用戶定期維護(hù)，分發(fā)多媒體資料等。例如鼓勵戶主每3年檢查一次，3~5年清掏一次化糞池系統(tǒng);合理利用水資源，不隨意丟棄廢物;避免在土地處理系統(tǒng)周邊停車、種植、安置雨水排放系統(tǒng)等。同時(shí)提供了處理系統(tǒng)的咨詢對象，當(dāng)戶主對化糞池系統(tǒng)的維修存在疑問時(shí)，可以聯(lián)系當(dāng)?shù)氐男l(wèi)生部門或監(jiān)管機(jī)構(gòu)，也可以通過化糞池系統(tǒng)服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)庫向所在地區(qū)的專家求助。
3.4加強(qiáng)部門合作
3.4.1聯(lián)邦、州與地方政府
美國環(huán)保署設(shè)立的清潔水州周轉(zhuǎn)基金(CWSRF)是很多市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資金來源，同時(shí)也是分散型污水處理項(xiàng)目的重要資金來源。資金的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是聯(lián)邦、州與地方政府良好協(xié)作的結(jié)果。清潔水州周轉(zhuǎn)基金主要依靠聯(lián)邦-州資助關(guān)系向社區(qū)和個人提供低息或無息貸款，貸款返還到周轉(zhuǎn)基金后，再分配給后續(xù)項(xiàng)目。聯(lián)邦主要負(fù)責(zé)向各州提供撥款，各州負(fù)責(zé)州內(nèi)CWSRF項(xiàng)目的運(yùn)作，提供各種類型的資金援助，包括貸款、再融資、采購或保證地方債務(wù)和購買債券保險(xiǎn)。當(dāng)基金不能直接下放給私人實(shí)體時(shí)，可以通過轉(zhuǎn)手貸款先資助當(dāng)?shù)卣畬?shí)體，再向戶主或其他實(shí)體提供貸款或撥款。
3.4.2聯(lián)邦與合作組織
為了加強(qiáng)EPA與分散系統(tǒng)相關(guān)從業(yè)者的合作，EPA和分散型污水處理的相關(guān)合作組織在2005年建立了諒解備忘錄，這些機(jī)構(gòu)包括國家鄉(xiāng)鎮(zhèn)協(xié)會、國家污水技術(shù)人員協(xié)會、國家環(huán)境健康協(xié)會等。EPA和簽約組織的職責(zé)包括為從事分散型污水處理系統(tǒng)行業(yè)的人員提供項(xiàng)目、法規(guī)、計(jì)劃的信息，準(zhǔn)備培訓(xùn)、授予證書，提升公眾意識，為實(shí)施分散系統(tǒng)的組織準(zhǔn)備材料等。2014年，MOU擴(kuò)張至18個合作伙伴，更新了EPA和合作組織的承諾，著手進(jìn)一步加強(qiáng)分散系統(tǒng)的管理，增加EPA與州、地方政府、分散系統(tǒng)相關(guān)從業(yè)者以及供應(yīng)商的合作。
3.4.3州與州
流域性的污水問題僅靠州內(nèi)單獨(dú)治理并不能得到很好的解決。對于分散型污水處理，美國各州之間注重區(qū)域合作和信息共享。2015年，為了更好地實(shí)現(xiàn)切薩皮克灣的污染物最大日負(fù)荷總量目標(biāo)，特拉華州、馬里蘭州、賓夕法尼亞州、弗吉尼亞州和西弗吉尼亞州簽署了一份合作備忘錄，承諾對用于削減切薩皮克灣氮負(fù)荷的就地處理系統(tǒng)的預(yù)處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，協(xié)議為期5年。這種州際之間合作開發(fā)工具共享數(shù)據(jù)的行為在就地污水處理行業(yè)中尚屬首次。此前處理系統(tǒng)的審批在每個州單獨(dú)進(jìn)行，合作后能夠大大簡化各個州內(nèi)處理技術(shù)的審批流程，降低用戶和制造商的成本。
4小結(jié)
美國分散型污水的治理經(jīng)歷了波折，早期化糞池——土地處理系統(tǒng)的誤用與管理不當(dāng)導(dǎo)致嚴(yán)重的地下水污染問題，因而逐步建立起良好的技術(shù)選擇模式和管理機(jī)制。中國分散型污水治理已有多處示范工程，但仍存在不少問題。農(nóng)村生活污水治理應(yīng)建立技術(shù)選擇指南，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、環(huán)境水質(zhì)要求、經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行技術(shù)選擇，優(yōu)先考慮成本低廉、管理方便的技術(shù)。加快建立分散型污水處理的法律法規(guī)和管理指南，建立分散型污水設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范處理設(shè)施的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行。為農(nóng)民普及污水治理知識，提供處理系統(tǒng)維修的渠道，提高農(nóng)民參與污水管理的積極性，確保處理系統(tǒng)建成后得到良好的維護(hù)。最后，加強(qiáng)各省市、各部門以及政府與合作組織之間的合作，共同解決區(qū)域性的分散型污水治理問題。
原文標(biāo)題：《美國分散型生活污水治理的經(jīng)驗(yàn)與啟示》，作者：田澤源、吳德禮、張亞雷，刊登在《給水排水》2017年05期。
來源:給水排水 作者:田澤源等
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