我國農村污水治理存在問題及治理方案研究

吳冬勝

(合肥工業大學 資源與環境工程學院,合肥 230009)

“十三五”期間我國農村污水處理發展迅速,取得明顯成效,但是目前農村污水處理率仍較低,根據住建部發布的相關統計年鑒,截止2020年,我國農村污水處理率為37.26%,遠低于“十三五”期間大于等于60%的規劃目標。農村污水處理作為我國打造美麗鄉村的一大關鍵環節,我國政府在“十四五”開年之際便出臺了相應的政策規劃進一步指導我國農村污水處理的建設[1],《“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》針對農村人居環境問題,重點提出,開展農村人居環境整治提升行動,穩步解決鄉村黑臭水體等突出環境問題[2]。推進以鄉鎮政府駐地和中心村為重點梯次推進農村生活污水治理。支持因地制宜推進農村廁所革命,推進農村水系綜合整治[3]。2022年農業農村部、生態環境部等多個部門又聯合編制了《“十四五”土壤、地下水和農村生態環境保護規劃》,提出到2025年,東部沿海等基礎良好地區農村生活污水治理率應提升到55%左右,中西部基層地區要努力達到25%左右,偏遠地區也要力爭實現新的突破[4]。由此可見,在“十四五”期間,我國農村污水治理將面臨巨大的發展空間。

近些年我國農村污水治理取得明顯成效,但也暴露不少問題,主要體現在農村污水治理缺少總體規劃和設計、建設質量參之不齊、難以穩定運營、缺少有效的考核體系等。急需探索一種適合我國農村發展現狀的生活污水治理方案,為美麗鄉村建設提供技術支撐。

1 農村污水特點

綜合比較我國的農村污水與城市污水,農村污水與城市市政污水有著顯著的差異,從數量、水質水量和區域差異等方面來看,有如下特點:

(1)分散性高

農村建設缺少規劃,居民居住分散,管網建設投資太大,通常采用散戶污水分散處理模式和村落集中處理模式,需要根據農村具體情況進行設計建設。農村污水處理設備規模從每天1噸到500噸不等,設備為每天1噸則一天處理3～4個家庭生活污水。因而一個縣城需要成百上千的污水處理設備來進行農村污水處理。與城市污水處理設施相比,如此高的分散率對工程建設和運營管理提出了更高的要求。

(2)水質水量波動性大

農村污水處理項目普遍存在的水質水量波動比較大的情況,農村住戶居住零散,常住人口不多,生活污水排放量較少,污水排放規律相似。早、中、晚日變化系數一般為1.8～2.5。季節性特征十分明顯,夏季排放量高于冬季[5]。我國農村人口日常外出務工、節假日返鄉的現象比較普遍,節假日水量劇增,增大了日常的運維難度[6]。

另外農村污水水質成分復雜,由于受村鎮產業結構、地域性特點、季節性變化等因素影響,農村污水中的污染物濃度波動較大[7]。

(3)區域差異大

我國幅員遼闊,不同地區農村污水特征差異較大,污水排放量受季節、地理位置、生活習慣、經濟條件以及外部多變因素等影響較大,導致水質、水量變化系數范圍較大,從而給農村污水處理技術的通用性帶來了極大的挑戰[8]。因此,農村污水處理設施的選擇必須因地制宜。

2 農村污水治理存在的主要問題

2.1 工程規劃

受農村經濟發展制約及對農村環保工作認識不深,我國大部分農村缺少對污水處理統一的區域規劃,近些年來,有不少地區開始縣域農村生活污水治理規劃編制,但是具體實施過程中也存在很多問題,如污水治理規劃與土地利用總體規劃存在脫節、不協調等問題,規劃的污水管網和污水處理站常因征地等問題無法按規劃設計要求實施,導致污水收集率低、運行效率低等的問題。傳統工程管理模式上,將設計、建設、采購與運營分離,使各參與方責任分離,最終工程陷入“有錢建設、無錢運行”的困境,成為“曬太陽”的面子工程。

2.2 工程設計

缺乏指導性強、針對性高的設計標準:目前,農村污水治理工程設計過程中過多參考適用于城市的相關規范、標準。沒有充分關注農村與城市污水在水量、水質方面差異較大,例如,一些農村污水處理設施設計用水指標按照城市標準選取,農村人口的遠期預測也不符合實際情況,導致工程規模偏大。再例如膜生物反應器技術在城市污水中有一定的適應性,但在農村污水處理應用過程中運行成本高、膜片的維護和清洗難度大。

污水排放標準設置不合理:不少地區的農村污水參照城市污水廠排放標準執行,基本達到了一級A標準的要求,甚至很多地區執行的地方標準達到了準Ⅳ類的要求。對于這種不區分實際情況,統一標準的做法給小規模農村污水處理站的建設運營帶來了極大的困難和資源浪費。應該根據納污水體的功能區要求、水環境容量的大小、社會經濟的承受能力確定合理的標準。

2.3 工程施工

農村污水處理工程施工質量參差不齊,主要體現在污水管道工程,污水收集管網的施工是農村污水治理配套建設中的關鍵因素,由于施工工藝及施工質量控制等因素,農村污水管網普遍存在管道位置偏移、滲漏、積水等現象。其中管材質量不合格、接口施工技術不足是常見的質量通病,未按設計坡度施工,甚至出現倒坡導致管網積水也是常見質量問題。

在農村污水處理站點選址過程中,由于不能選擇基本農田、私人用地,大多數只能選址在村集體用地,能夠在政策上、技術上、可操作性上達到最優的選址少之又少。在污水管路由選擇上,經常發生因村民不同意設計管線路由而不得不更改路線,導致施工與設計存在較大偏差。

2.4 運營與考核管理

農村污水運營存在主要問題有:

(1)污水處理站規模小、水量波動大,噸水運營費用高、實際運營水量遠達不到設計水量,項目盈利能力低。

(2)污水處理運行費用收取困難。運行經費缺乏保障。征收的污水處理費通常不能支付污水處理運行維護費用,不足部分由財政支付,缺乏穩定的財政投入渠道。

(3)缺乏專業運營人員。農村污水處理設置的特點決定了需要由專業的技術管理人員來管理運營和維護。然而,隨著國家城鎮化的發展,鄉村很難留住受過專業教育技術人員,導致現階段農村污水處理設施大部分由村民管理。

(4)運營管理考核模式不完善。目前有部分地區出臺了農村生活污水治理設施第三方服務運維機構考核辦法,但是大多數地區對鄉(村)鎮污水處理廠水質達標層面考核直接照搬城市污水處理廠標準,項目多安裝了出水在線設備,相對來說整體監管模式偏左趨嚴,各種檢查取樣頻繁,鄉鎮級政府缺乏相應的專業人員,監管過程中多有不合理訴求,對造成污水廠運行困難的因素不重視,鄉鎮廠運行的外部環境有待改善。

3 農村污水治理方案研究

針對以上農村污水處理設施面臨的問題,結合大量調研及工程經驗總結,本文提出以區域一體化為核心,以建管一體化和智慧化運營管理平臺為兩翼的“一核兩翼”的農村污水治理模式

3.1 區域一體化

(1)生產工藝集中管理

中心廠設置生產技術部,共享生產設施。由生產技術部統一把控工藝、藥劑管理、質控管理,便于各廠資源之間的統一調配和管控。

(2)水質指標集中檢測

水質指標集中檢測可以大大降低檢驗檢測成本和水質檢測的準確度。

(3)生產設備集中檢修

中心廠設檢修維護部門,采取巡回維護、集中維修的管理模式,利用智慧化運營管理平臺實現管理信息化。由系統對設備管理數據進行分析、判斷,提醒管理人員及時安排設備維修,從而提高設備檢修維護效率[9]。

(4)生產物資集中采購

中心廠設物資后勤管理部門,建立標準化的物資及后勤管理體系,實現生產物資集中采購、按需領用的管理模式,發揮規模效應,降低運營成本[10]。

基于目前廣泛存在的難以監測分析轉子在升速或降速過程中信號的問題，這里通過同時監測轉子軸向位移信號，在轉子轉速穩定的情況下通過對比分析轉子徑向信號來證明轉子軸向信號對于監測診斷轉子軸裂紋故障的有效性。

(5)污泥集中處理

中心廠設污泥脫水機房,污泥集中脫水干化,并按照“穩定化、減量化和無害化”原則進行處理處置,減少各站點設備和人員投入。

區域一體化是結合農村污水處理的特點,充分利用標準化和信息化管理手段,通過對人力、物力、財力等生產要素的統一配置,集中運用,體現規模效益,從而節能降耗、減員增效,實現環境和經濟效益最大化。

3.2 建管一體化

農村污水設施持續發揮水環境質量功效的關鍵在于運營管理,傳統的建設和運營分離的模式,施工單位為了在建設期內獲取最大利益,選用的污水處理設備和工程建設質量都比較差,建成后將工程移交給村級行政部門,導致污水處理設施長期無人管理,最終成為“曬太陽”工程,無法發揮工程效益。

近些年來,隨著政府購買服務的普及,DBO、EPCO、PPP等模式在農村污水處理項目中得到廣泛應用,這種將設計、建設和運營交給專業的第三方來統一實施,有效破除以前“建管隔離”,避免農村污水處理設施成為“曬太陽”工程。每種工程管理模式都有各自的適用范圍和優缺點,在具體實施過程中需要根據自身管理水平、財政支付能力選擇合適的工程管理模式。

3.3 智慧化運營管理平臺

農村污水處理設施規模小、數量多、站點分散、是影響農村污水處理設施運營效率的關鍵問題,傳統的人工管理模式已經無法滿足現階段對農村污水處理設施高效率低成本的管理的要求。目前基于互聯網、自動化、GIS等技術構建農村污水智慧運營管理平臺得到廣泛應用,該平臺集站點管理、智慧調度、運營管理、設備管理、報表管理、安防監控等多功能于一體[11],極大提高了運營管理能力,降低運營成本,實現農村污水處理設施降本增效,為農村污水處理設施長久運營提供技術支撐。

智慧化運營管理平臺分為污水站終端和智慧平臺兩級;其中污水站終端由PLC控制器、HMI觸摸屏、網關、5G路由器及視頻監控等組成,獨立控制每個污水站點運行,同時與智慧平臺進行數據交換。智慧平臺由平臺服務器、電腦和手機等組成,能同時與多個污水站點進行數據交換,實時查看各個污水站點運行數據和視頻信息,手機移動端APP可以登錄智慧云平臺,與智慧平臺信息共享。

4 考核管理模式

目前大部分地區出臺的農村生活污水治理設施第三方服務運維機構考核辦法,過于參照城市污水處理廠考核辦法,水質檢測項目和檢測頻率多,參與考核的部門多,運營費支付流程復雜。一方面相對較嚴格的考核標準,導致管理費用上升;另一方面農村污水處理運營費本身就很緊張,建立一套有效的考核管理模式成為農村污水治理的關鍵。

(1)建立科學合理的運維機構考核辦法

首先要確定合理的考核指標,針對一些非環境敏感區域及一些小水量處理設施,可以試點采用考核工藝設備運行狀況來代替水質考核,利用互聯網智慧運營平臺很容易實現對污水處理設備使用狀態的統計,如處理水量、設備運行時間、電耗、藥劑消耗等統計,通過對設備使用狀態數據的整合分析考核污水處理設施的運行情況。

(2)建立有效監管組織

運營期各縣、鎮政府部門監管模式,付費機制同樣也存在很大差異,但總體來看,參與的政府部門比較多,部門職責權限存在交叉和界限不清晰的問題,優化監管流程和付費流程,對提高運營企業的積極性和提高運營效率有重要意義。

5 應用成果

肥東美麗鄉村污水處理設施及管網設計、施工、運營項目位于合肥市肥東縣。項目服務范圍為白龍、楊店、古城、牌坊、梁園、包公、橋頭集、長臨河、響導、陳集、八斗、 張集等13個鄉鎮的26個中心村。項目共建設31個一體化污水處理設施,規模在30 m3/d到200 m3/d,配套污水管網總長約190 km。項目采用EPCO工程管理模式,由中節能國禎環?？萍脊煞萦邢薰矩撠燀椖康脑O計、建設、及運營管理工作。各污水處理站點分布在肥東縣全境,南北方向最遠兩個站點直線距離60多公里,東西方向最遠兩個站點直線距離30多公里。為實現區域一體化管理模式,項目設計階段就確立了中心站點。張集鎮污水處理站點作為本項目的運營管理中心,中心站點設置生產管理中心和智慧化運營管理平臺,實現生產要素“五個集中”和區域內所有的站點智慧化運營管理。這樣,每個站點可以實現無人值守,技術和管理人員均集中到中心廠,技術人員定時對各站點進行巡檢即可。通過智慧運營平臺,實時掌握各污水處理站點的運行數據和運行視頻[12],當站點出現問題時,中心廠會及時派專業技術人員去現場進行檢查維修,一般可實現半個小時內到達,實現故障快速排除。污泥處置采取“分散收集,集中處理”的集約化管理模式。

6 結論與建議

農村污水處理設施正真做到“建的好,用的好,用的起”,發揮環境治理效益,利用區域一體化、建管一體化、智慧化運營管理平臺新技術,改進現有管理方法是一種可行的解決方案,建議:

(1)加強頂層規劃設計

農村污水治理要堅持全局觀,結合農村“廁所革命”等項目,因地制宜,提高農村生活污水收集率和處理率,以縣域為治理單元,對區域內的農村污水統籌考慮,統一規劃設計、統一實施、統一管理,并使污水處理設施長期有效發揮其作用。

(2)設計需因地制宜,科學實用

污水收集管網及污水處理工藝選擇應因地制宜,充分考慮當地自然環境和風土人情,做到科學實用,充分利用當地環境容量,優先實現水資源就地循環利用,污水處理設備應選擇低能耗、運行簡單的智能化的處理設備。

(3)加強農村污水處理設施建設施工質量

農村污水設施點多面廣,施工現場為半開放式,管理現階段基本由地方施工隊伍負責建設,其技術、機械設備及管理水平普遍不高,不按圖紙和規范施工、管道滲漏水、回填土沉陷問題嚴重、管道位置偏移或者積水等現象普遍存在,導致污水處理站無法達到設計的收水率或因為地下水滲漏,導致污水站進水濃度過低,無法進行正常的生化處理。因此總包單位提高項目管理意識,夯實責任,加強地方施工隊伍管理,嚴控施工質量,對提高工程施工質量尤為重要。

(4)完善考核機制,保證資金來源

“有錢建設,無錢運行”是制約農村污水治理設施穩定運行的瓶頸,一方面,地方政府部門根據具體農村污水處理項目特點制定合理的考核機制,不盲目參照城市污水處理廠考核辦法、不過分追求高標準,減少不必要的管理成本;另一方面持續加大地方財政對農村基礎設施建設的投入,加強中央財政管理,確保資金?？顚Ｓ?保障運營費及時撥付。