我国农村污水治理存在问题及治理方案研究

吴冬胜

(合肥工业大学 资源与环境工程学院,合肥 230009)

“十三五”期间我国农村污水处理发展迅速,取得明显成效,但是目前农村污水处理率仍较低,根据住建部发布的相关统计年鉴,截止2020年,我国农村污水处理率为37.26%,远低于“十三五”期间大于等于60%的规划目标。农村污水处理作为我国打造美丽乡村的一大关键环节,我国政府在“十四五”开年之际便出台了相应的政策规划进一步指导我国农村污水处理的建设[1],《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》针对农村人居环境问题,重点提出,开展农村人居环境整治提升行动,稳步解决乡村黑臭水体等突出环境问题[2]。推进以乡镇政府驻地和中心村为重点梯次推进农村生活污水治理。支持因地制宜推进农村厕所革命,推进农村水系综合整治[3]。2022年农业农村部、生态环境部等多个部门又联合编制了《“十四五”土壤、地下水和农村生态环境保护规划》,提出到2025年,东部沿海等基础良好地区农村生活污水治理率应提升到55%左右,中西部基层地区要努力达到25%左右,偏远地区也要力争实现新的突破[4]。由此可见,在“十四五”期间,我国农村污水治理将面临巨大的发展空间。

近些年我国农村污水治理取得明显成效,但也暴露不少问题,主要体现在农村污水治理缺少总体规划和设计、建设质量参之不齐、难以稳定运营、缺少有效的考核体系等。急需探索一种适合我国农村发展现状的生活污水治理方案,为美丽乡村建设提供技术支撑。

1 农村污水特点

综合比较我国的农村污水与城市污水,农村污水与城市市政污水有着显著的差异,从数量、水质水量和区域差异等方面来看,有如下特点:

(1)分散性高

农村建设缺少规划,居民居住分散,管网建设投资太大,通常采用散户污水分散处理模式和村落集中处理模式,需要根据农村具体情况进行设计建设。农村污水处理设备规模从每天1吨到500吨不等,设备为每天1吨则一天处理3～4个家庭生活污水。因而一个县城需要成百上千的污水处理设备来进行农村污水处理。与城市污水处理设施相比,如此高的分散率对工程建设和运营管理提出了更高的要求。

(2)水质水量波动性大

农村污水处理项目普遍存在的水质水量波动比较大的情况,农村住户居住零散,常住人口不多,生活污水排放量较少,污水排放规律相似。早、中、晚日变化系数一般为1.8～2.5。季节性特征十分明显,夏季排放量高于冬季[5]。我国农村人口日常外出务工、节假日返乡的现象比较普遍,节假日水量剧增,增大了日常的运维难度[6]。

另外农村污水水质成分复杂,由于受村镇产业结构、地域性特点、季节性变化等因素影响,农村污水中的污染物浓度波动较大[7]。

(3)区域差异大

我国幅员辽阔,不同地区农村污水特征差异较大,污水排放量受季节、地理位置、生活习惯、经济条件以及外部多变因素等影响较大,导致水质、水量变化系数范围较大,从而给农村污水处理技术的通用性带来了极大的挑战[8]。因此,农村污水处理设施的选择必须因地制宜。

2 农村污水治理存在的主要问题

2.1 工程规划

受农村经济发展制约及对农村环保工作认识不深,我国大部分农村缺少对污水处理统一的区域规划,近些年来,有不少地区开始县域农村生活污水治理规划编制,但是具体实施过程中也存在很多问题,如污水治理规划与土地利用总体规划存在脱节、不协调等问题,规划的污水管网和污水处理站常因征地等问题无法按规划设计要求实施,导致污水收集率低、运行效率低等的问题。传统工程管理模式上,将设计、建设、采购与运营分离,使各参与方责任分离,最终工程陷入“有钱建设、无钱运行”的困境,成为“晒太阳”的面子工程。

2.2 工程设计

缺乏指导性强、针对性高的设计标准:目前,农村污水治理工程设计过程中过多参考适用于城市的相关规范、标准。没有充分关注农村与城市污水在水量、水质方面差异较大,例如,一些农村污水处理设施设计用水指标按照城市标准选取,农村人口的远期预测也不符合实际情况,导致工程规模偏大。再例如膜生物反应器技术在城市污水中有一定的适应性,但在农村污水处理应用过程中运行成本高、膜片的维护和清洗难度大。

污水排放标准设置不合理:不少地区的农村污水参照城市污水厂排放标准执行,基本达到了一级A标准的要求,甚至很多地区执行的地方标准达到了准Ⅳ类的要求。对于这种不区分实际情况,统一标准的做法给小规模农村污水处理站的建设运营带来了极大的困难和资源浪费。应该根据纳污水体的功能区要求、水环境容量的大小、社会经济的承受能力确定合理的标准。

2.3 工程施工

农村污水处理工程施工质量参差不齐,主要体现在污水管道工程,污水收集管网的施工是农村污水治理配套建设中的关键因素,由于施工工艺及施工质量控制等因素,农村污水管网普遍存在管道位置偏移、渗漏、积水等现象。其中管材质量不合格、接口施工技术不足是常见的质量通病,未按设计坡度施工,甚至出现倒坡导致管网积水也是常见质量问题。

在农村污水处理站点选址过程中,由于不能选择基本农田、私人用地,大多数只能选址在村集体用地,能够在政策上、技术上、可操作性上达到最优的选址少之又少。在污水管路由选择上,经常发生因村民不同意设计管线路由而不得不更改路线,导致施工与设计存在较大偏差。

2.4 运营与考核管理

农村污水运营存在主要问题有:

(1)污水处理站规模小、水量波动大,吨水运营费用高、实际运营水量远达不到设计水量,项目盈利能力低。

(2)污水处理运行费用收取困难。运行经费缺乏保障。征收的污水处理费通常不能支付污水处理运行维护费用,不足部分由财政支付,缺乏稳定的财政投入渠道。

(3)缺乏专业运营人员。农村污水处理设置的特点决定了需要由专业的技术管理人员来管理运营和维护。然而,随着国家城镇化的发展,乡村很难留住受过专业教育技术人员,导致现阶段农村污水处理设施大部分由村民管理。

(4)运营管理考核模式不完善。目前有部分地区出台了农村生活污水治理设施第三方服务运维机构考核办法,但是大多数地区对乡(村)镇污水处理厂水质达标层面考核直接照搬城市污水处理厂标准,项目多安装了出水在线设备,相对来说整体监管模式偏左趋严,各种检查取样频繁,乡镇级政府缺乏相应的专业人员,监管过程中多有不合理诉求,对造成污水厂运行困难的因素不重视,乡镇厂运行的外部环境有待改善。

3 农村污水治理方案研究

针对以上农村污水处理设施面临的问题,结合大量调研及工程经验总结,本文提出以区域一体化为核心,以建管一体化和智慧化运营管理平台为两翼的“一核两翼”的农村污水治理模式

3.1 区域一体化

(1)生产工艺集中管理

中心厂设置生产技术部,共享生产设施。由生产技术部统一把控工艺、药剂管理、质控管理,便于各厂资源之间的统一调配和管控。

(2)水质指标集中检测

水质指标集中检测可以大大降低检验检测成本和水质检测的准确度。

(3)生产设备集中检修

中心厂设检修维护部门,采取巡回维护、集中维修的管理模式,利用智慧化运营管理平台实现管理信息化。由系统对设备管理数据进行分析、判断,提醒管理人员及时安排设备维修,从而提高设备检修维护效率[9]。

(4)生产物资集中采购

中心厂设物资后勤管理部门,建立标准化的物资及后勤管理体系,实现生产物资集中采购、按需领用的管理模式,发挥规模效应,降低运营成本[10]。

基于目前广泛存在的难以监测分析转子在升速或降速过程中信号的问题，这里通过同时监测转子轴向位移信号，在转子转速稳定的情况下通过对比分析转子径向信号来证明转子轴向信号对于监测诊断转子轴裂纹故障的有效性。

(5)污泥集中处理

中心厂设污泥脱水机房,污泥集中脱水干化,并按照“稳定化、减量化和无害化”原则进行处理处置,减少各站点设备和人员投入。

区域一体化是结合农村污水处理的特点,充分利用标准化和信息化管理手段,通过对人力、物力、财力等生产要素的统一配置,集中运用,体现规模效益,从而节能降耗、减员增效,实现环境和经济效益最大化。

3.2 建管一体化

农村污水设施持续发挥水环境质量功效的关键在于运营管理,传统的建设和运营分离的模式,施工单位为了在建设期内获取最大利益,选用的污水处理设备和工程建设质量都比较差,建成后将工程移交给村级行政部门,导致污水处理设施长期无人管理,最终成为“晒太阳”工程,无法发挥工程效益。

近些年来,随着政府购买服务的普及,DBO、EPCO、PPP等模式在农村污水处理项目中得到广泛应用,这种将设计、建设和运营交给专业的第三方来统一实施,有效破除以前“建管隔离”,避免农村污水处理设施成为“晒太阳”工程。每种工程管理模式都有各自的适用范围和优缺点,在具体实施过程中需要根据自身管理水平、财政支付能力选择合适的工程管理模式。

3.3 智慧化运营管理平台

农村污水处理设施规模小、数量多、站点分散、是影响农村污水处理设施运营效率的关键问题,传统的人工管理模式已经无法满足现阶段对农村污水处理设施高效率低成本的管理的要求。目前基于互联网、自动化、GIS等技术构建农村污水智慧运营管理平台得到广泛应用,该平台集站点管理、智慧调度、运营管理、设备管理、报表管理、安防监控等多功能于一体[11],极大提高了运营管理能力,降低运营成本,实现农村污水处理设施降本增效,为农村污水处理设施长久运营提供技术支撑。

智慧化运营管理平台分为污水站终端和智慧平台两级;其中污水站终端由PLC控制器、HMI触摸屏、网关、5G路由器及视频监控等组成,独立控制每个污水站点运行,同时与智慧平台进行数据交换。智慧平台由平台服务器、电脑和手机等组成,能同时与多个污水站点进行数据交换,实时查看各个污水站点运行数据和视频信息,手机移动端APP可以登录智慧云平台,与智慧平台信息共享。

4 考核管理模式

目前大部分地区出台的农村生活污水治理设施第三方服务运维机构考核办法,过于参照城市污水处理厂考核办法,水质检测项目和检测频率多,参与考核的部门多,运营费支付流程复杂。一方面相对较严格的考核标准,导致管理费用上升;另一方面农村污水处理运营费本身就很紧张,建立一套有效的考核管理模式成为农村污水治理的关键。

(1)建立科学合理的运维机构考核办法

首先要确定合理的考核指标,针对一些非环境敏感区域及一些小水量处理设施,可以试点采用考核工艺设备运行状况来代替水质考核,利用互联网智慧运营平台很容易实现对污水处理设备使用状态的统计,如处理水量、设备运行时间、电耗、药剂消耗等统计,通过对设备使用状态数据的整合分析考核污水处理设施的运行情况。

(2)建立有效监管组织

运营期各县、镇政府部门监管模式,付费机制同样也存在很大差异,但总体来看,参与的政府部门比较多,部门职责权限存在交叉和界限不清晰的问题,优化监管流程和付费流程,对提高运营企业的积极性和提高运营效率有重要意义。

5 应用成果

肥东美丽乡村污水处理设施及管网设计、施工、运营项目位于合肥市肥东县。项目服务范围为白龙、杨店、古城、牌坊、梁园、包公、桥头集、长临河、响导、陈集、八斗、 张集等13个乡镇的26个中心村。项目共建设31个一体化污水处理设施,规模在30 m3/d到200 m3/d,配套污水管网总长约190 km。项目采用EPCO工程管理模式,由中节能国祯环保科技股份有限公司负责项目的设计、建设、及运营管理工作。各污水处理站点分布在肥东县全境,南北方向最远两个站点直线距离60多公里,东西方向最远两个站点直线距离30多公里。为实现区域一体化管理模式,项目设计阶段就确立了中心站点。张集镇污水处理站点作为本项目的运营管理中心,中心站点设置生产管理中心和智慧化运营管理平台,实现生产要素“五个集中”和区域内所有的站点智慧化运营管理。这样,每个站点可以实现无人值守,技术和管理人员均集中到中心厂,技术人员定时对各站点进行巡检即可。通过智慧运营平台,实时掌握各污水处理站点的运行数据和运行视频[12],当站点出现问题时,中心厂会及时派专业技术人员去现场进行检查维修,一般可实现半个小时内到达,实现故障快速排除。污泥处置采取“分散收集,集中处理”的集约化管理模式。

6 结论与建议

农村污水处理设施正真做到“建的好,用的好,用的起”,发挥环境治理效益,利用区域一体化、建管一体化、智慧化运营管理平台新技术,改进现有管理方法是一种可行的解决方案,建议:

(1)加强顶层规划设计

农村污水治理要坚持全局观,结合农村“厕所革命”等项目,因地制宜,提高农村生活污水收集率和处理率,以县域为治理单元,对区域内的农村污水统筹考虑,统一规划设计、统一实施、统一管理,并使污水处理设施长期有效发挥其作用。

(2)设计需因地制宜,科学实用

污水收集管网及污水处理工艺选择应因地制宜,充分考虑当地自然环境和风土人情,做到科学实用,充分利用当地环境容量,优先实现水资源就地循环利用,污水处理设备应选择低能耗、运行简单的智能化的处理设备。

(3)加强农村污水处理设施建设施工质量

农村污水设施点多面广,施工现场为半开放式,管理现阶段基本由地方施工队伍负责建设,其技术、机械设备及管理水平普遍不高,不按图纸和规范施工、管道渗漏水、回填土沉陷问题严重、管道位置偏移或者积水等现象普遍存在,导致污水处理站无法达到设计的收水率或因为地下水渗漏,导致污水站进水浓度过低,无法进行正常的生化处理。因此总包单位提高项目管理意识,夯实责任,加强地方施工队伍管理,严控施工质量,对提高工程施工质量尤为重要。

(4)完善考核机制,保证资金来源

“有钱建设,无钱运行”是制约农村污水治理设施稳定运行的瓶颈,一方面,地方政府部门根据具体农村污水处理项目特点制定合理的考核机制,不盲目参照城市污水处理厂考核办法、不过分追求高标准,减少不必要的管理成本;另一方面持续加大地方财政对农村基础设施建设的投入,加强中央财政管理,确保资金专款专用,保障运营费及时拨付。