分散式污水处理设施 返回列表页

摘要：分散式污水处理设施点多面广,缺乏有效的管理模式,无法保障设施的正常运行和出水的稳定达标,成为农村水环境整治的难题。在分析我国农村生活污水水质及排放特征的基础上,针对分散式农村生活污水处理设施在运行管理中存在的问题,提出了第三方运营管理模式。结果表明,这种模式可以有效降低成本,提升管理效率,可以有效地解决设施*管理问题；第三方运营管理模式是分散式农村生活污水处理设施运营管理深入发展的必然趋势。

关键词：农村生活污水;分散式处理设施;运营管理;第三方运营

农村水环境的状况直接影响水源地保护以及公众身体健康,关系到城乡的统筹发展。我国新农村建设的重点是推进农村环境整治,包括水环境的治理。从2008年开始,*设立农村环保专项资金,促进全国村庄开展环境综合整治和生态示范。我国农村水环境整治内容主要包括农村生活污水治理和河道污染治理两个方面。目前,农村生活污水治理面临两大困扰,即设计问题和管理问题。我国农村地域辽阔,居住地分散,离城镇市政管网较远,相应的环保基础设施建设比较滞后。在城市应用的一些成熟或*的污水处理技术,由于较低的农村生活污水纳管率以及处理技术本身涉及的维护、运行费用和操作管理要求等,不一定能在农村适用[1]。我国从20世纪80年代开展分散式生活污水处理技术的研发工作[2],虽然已形成了一批可行性技术,但在产业化、规模化,产品的一体化[3]、标准化、自动化等方面有待加强。在管理方面,有关我国农村生活污水处理设施运营管理的理论与基础研究较少,而农村又不能*照搬城镇污水处理设施的相关管理方法和体制。笔者在分析农村生活污水排放现状的基础上,总结设施运营情况，针对出现的问题,探讨分散式处理设施有效运营的对策——“第三方运营管理”模式,并分析该模式的特点。

表1 我国各地区农村生活污水水质及水量特征

地区污水排放量/(L·人-1·d-1)ρ(COD)/(mg·L-1)ρ(BOD5)/(mg·L-1)ρ(NH3-N)/(mg·L-1)ρ(TP)/(mg·L-1)SS/cmpH东北14～95200～450200～30020～902.0～6.5150～2006.5～8.0西北10～70100～40050～3003～501.0～6.0100～3006.5～8.5华北18～72200～450200～30020～902.0～6.5100～2006.5～8.0东南30～150150～45070～30020～501.5～6.0100～2006.5～8.5中南28～126100～30060～15020～802.0～7.0100～2006.5～8.5西南15～120150～400100～15020～502.0～6.0150～2006.5～8.0

1 农村生活污水的水质及特征

农村生活污水一般不含有毒物质,但含有N、P等营养物质以及许多细菌、病毒和寄生虫卵,可生化性较好[4]。农村生产废水包括畜禽养殖业、水产养殖业、农产品加工等小作坊加工所产生的高浓度有机废水[5],废水特点为悬浮物浓度高、水量小且不均匀、水质大部分可生化性较好。农村生产废水往往与生活污水混合排放。

1.1 农村生活污水的来源

农村生活污水的来源[6-7]主要有:①厨房用水,多为洗锅碗水、淘米水、洗菜水等,含有米糠、菜屑等有机物以及油脂、醋酸等；②洗涤用水,含有大量洗涤剂等化学成分,产生磷污染；③冲厕废水，在冲水厕所普及地区,会产生大量的“黑水”,而仍使用旱厕的村镇,冲厕废水产量较少。此外,一些农户饲养家禽,也会产生混有牲畜粪便的污水。冲厕废水中N、P、BOD等浓度很高。

1.2 农村生活污水水质水量特征

受地理位置、生活方式、经济发展程度等条件的影响,农村生活污水水质和水量存在地区差异。表1是全国各地区农村生活污水排放量及水质情况[8]。东北地区农村村落规模通常较小,村落间的距离较远,气候以干旱多风、冬季较长而寒冷为主要特征,污水人均排放量较南方地区少,但污染物浓度较高。东南地区年平均气温高、降水充沛,工农业生产发达,许多村庄达到了小康标准,农村生活水平和生活方式与城市接近,农民用水量和农村生活污水的排放量逐年增加,氮磷浓度较高。西北地区地广人稀,70%以上人口居住在农村。由于大多数农村经济欠发达,污水人均排放量较南方地区少,污染物浓度偏低。

1.3 农村生活污水处理模式

目前,我国农村生活污水年排放量约为90%以上的生活污水未经处理直接排入河流和湖泊[9]200亿t。截至2010年,上海、浙江、江苏、山东等省市行政村污水处理率较高的地区污水处理率也仅达到48.6%、31.9%、19.6%和9.6%,华北、东北地区各省的高污水处理率为3.5%,西北地区仅为0.6%～1.3%[10]。

根据管网建设的程度,农村生活污水处理模式可以分为集中收集处理和分散处理。对于管网工程较完善的居民集中居住地区,农村生活污水经过排水管网的收集后进入乡镇污水处理厂统一处理后排放;对于居民居住较分散的地区,耗费资金和人力修建较长的污水管网来收集较小水量的做法显然是不经济和不现实的,因此,对于农村分散住户来说,其常见的排水模式有:①厨房、厕所的污水通过管道进入自家的化粪池经处理后排放;②经化粪池处理后,再经过二级处理;③居民将管道通入河中,污水直接排入水体;④将污水倾倒在门前屋后,任其自然蒸发;⑤在自家屋后农田边上开挖污水沟,将污水排入此沟,自然蒸发、下渗[11]。我国分散式处理设施的规模都在1 000 m3/d以下,多数日处理量集中在50～500 m3[10]。就全国总体排放情况来看,污水处理程度不一,污水处理设施水平各异,污水达标排放和稳定达标的水平差异也较大[10]。

在选择农村生活污水处理设施时,应结合工艺可靠稳定、运行费用少、操作和管理简单等原则[12]。我国农村生活污水处理工艺一般采用常规处理+深度处理为主的工艺组合形式。常规处理工艺有无动力地埋式厌氧技术、接触氧化法、A/O法以及生物膜处理技术等,深度处理工艺有人工湿地、生态塘(稳定塘)、土壤渗滤技术等[2,13]。

2 农村生活污水处理设施运营情况

影响农村生活污水处理设施运行管理水平的因素很多[12],既有产权责任、运行管理模式等体制方面的因素,也有国家及地区政策制度方面的因素,还有运行经费、管护人员技术水平等因素。目前,在农村生活污水处理设施的运行管理过程中,存在以下问题亟待解决。

2.1 规划设计不科学

许多农村地区治污工作起步不久,部分规划编制与设计简单套用,未考虑当地实际情况,导致规划设计能力偏大。如,苏北某乡镇污水处理厂,总投资178万元,设计污水处理规模为500 t/d。由于配套管网建设滞后,实际收集的生活污水量达不到满负荷运行,设施无法24 h连续运行,设备闲置期较长,效率降低。

2.2 缺乏专业的运营管理人员

大中型城镇污水处理厂的运行管理人员应具备相应的专业技能,且人员数量应满足污水处理厂的需要[14]。但是,农村生活污水处理设施运行管理主体较多,既有乡镇府、乡镇或流域水务站,也有村委会,权责不对等容易造成推诿扯皮、管理失效等现象[15]。农村生活污水处理设施的管理人员多以当地村民为主,缺乏环保相关知识以及设备操作管理的相关技能,仅能负责设备的日常看护工作,难以胜任专业水平的系统维护,导致污水处理效果波动以及出水水质不达标等问题。

2.3 维护经费无法保障

经费短缺一直是制约农村生活污水处理的难题。全国约有60万个建制村,其中很多村缺乏必要的环保设施,迫切需要资金支持。由于没有科学的集资机制和渠道,民间资金难以投入[2],单纯依靠财政预算,对于地方财政困难的特别是西部欠发达地区,难度*[8]。

污水处理设施建成后,为了确保设备*稳定运行,必要的维护经费*，而许多乡镇地区用于环保事业的资金缺少相应的保障制度。除少数地区将运行管护经费纳入财政预算外,大部分地区仅有很少的补助经费,不能满足设施正常运行需要,出现设备“晒太阳”现象,降低了设施效益的发挥水平。

2.4 管理体系尚未健全

突出表现在两个方面:一是不同地区管理水平差异较大,二是缺乏统一的规范制度。有些村镇对设施的运营情况监管力度较大,运行管理水平较高;但是一些相对落后的地区,由于重视程度和技术水平不够,设施运行效果不如人意。有些地区没有明确的可操作性的治理目标,考核方式不科学,量化程度差,考核指标笼统单一,各地区管理要求不一,许多地区出水水质不能达标;行政管理法规不完善,缺少解决设计、建设、运营管理中出现的问题的依据,管理随意性较大[2,15]。

3 农村生活污水处理第三方运营管理模式

无人管理或村民职管理是现状条件下我国农村生活污水处理设施的主要运行管理模式[10],也是导致污水处理设施运行情况不理想的重要原因。在现有条件下,迫切需要提出可行的运行对策以及有效的管理模式。

根据海南、上海和常熟等地农村地区生活污水处理设施运营的经验[1,16],市场化运营模式逐渐崭露头角,其中TOT(移交-运营-移交)模式和托管运营模式(亦称第三方运营模式)尤其受到关注。第三方运营模式是由投资建设污水处理设施,建成后通过签订契约或合同的法律形式,将设施委托给具有较强经营管理能力并能承担相应经营风险的专业运营公司,同时实行社会化的有偿服务[1]。

3.1 第三方运营模式的优势

这种委托运营管理模式主要具有以下优势[2,17]:①环保设施所有者()、运行单位(专业公司)、监督机构(环保部门)三者之间权责分明、关系明确(形成一个“倒三角形”结构)、互相制约,独立行使权利,履行职责; ②通过市场竞争机制(如招标)选择第三方专业公司运营管理，双方签订运营管理合同,在合同中约定双方的责任、权利和义务,双方均严格遵守;③第三方运营模式从机制上保证了污水处理设施的稳定运行和废水达标排放。专业公司充分发挥人才、技术、管理优势,可同时运营管理多个分散式污水处理设施,进行专业化服务和标准化管理,发挥规模优势,避免非专业管理造成的资金资源浪费或损失。

3.2 第三方运营模式的应用

任朝斌等[15]的研究表明,对于采用厌氧生物滤池工艺,村镇管理模式与第三方运营模式的运行费用相差不大,而采用膜工艺时，第三方运营模式可降低5.4%的运行成本,且污水处理设施总体运行率大于80%,运行效果良好。

常熟市将311座农村生活污水处理设施(处理规模1～140 m3/d)委托集中运行之后, 设施的正常运行率从27.5%提高至89.3%,且随着设施达到数量上或规模上的优势之后,人工成本将降低,吨水运行费用将下降[16]。

福建省安溪县对25座农村生活污水处理站引入第三方运营管理模式,通过1年的运行实践,设备运行率及污水处理达标率均达到*,且故障维修及时，相对于乡镇各自组织运行管理模式,费用节约50%以上[18]。

对政来说,虽不能通过这种模式收回投资,但能引入竞争机制。由于污水处理的公共服务属性以及高沉淀资本的特性,简单地在资产环节引入竞争机制并形成较长的合同期，会造成服务价格的高涨,而委托运营周期短,将使竞争更充分,不会造成服务价格的非理性上涨,还可以根据市场的变化及时调整运营模式,从而有效降低运营成本。通过政部门对污水处理设施进行有效的监督,可以保证设施出水的达标排放。对运营公司来说,前期投入非常小,并且不涉及国有资产的产权转移,取得运营权手续简便,与地方政签订协议就取得污水处理费,收入稳定,风险较小[1]。

4 结 语

分散式农村生活污水处理设施的管理水平直接关系到农村水环境治理效果。由于点多面广、缺乏专业的技术人员等原因,政直接管理或村民职管理模式无法保障设施的正常运行和出水的稳定达标。通过委托运营管理(第三方运营)模式,可以有效降低成本,提升管理效率,提高污水处理监管的准确度和透明度。因此,基于第三方运营管理的监管机制可以科学、有效地管理农村生活污水处理设施,适合我国国情,具有良好的发展潜力。随着城市化进程的加快和对水环境质量要求的提高，城镇及农村生活污水处理受到广泛关注。与此同时，随着科技的发展和技术的进步，分散式生活污水处理设施实现了装置化、小型化，已经发展成为成熟的以节能化、生态化、景观化为方向的污水分散处理技术。

虽然目前城市化已十分明显，但仍有近30—35亿人口居住在农村，这些人中有相当一部分的生活条件还比较差，甚至还没有合适的污水处理系统。污水处理系统可分为集中式和分散式，传统的污水处理厂属于集中式污水处理系统，适用于人口稠密的城市地区。而在人口分布稀疏的农村地区采用集中式污水处理，则会因为建造污水厂花费的巨大钱财，而让这些本来就经济欠发达的地方再次背上债务负担。此时，分散式污水处理系统将是一个更合适的选择。

分散式污水处理系统不仅适用于欠发达的发展中国家，在某些情况下，它同样适用于发达国家。近年来，发达国家的城市中心人口密度正在逐渐下降，人们逐步开始向城市边缘分散定居，而此时如果建造集中式污水处理厂将不再合适。根据联合环境署2002年统计数据，美国有25%的人口已在使用分散式污水处理系统。

本文将探讨对比几种典型的分散式污水处理技术的优缺点与适用性，以及如何进行技术选择与如何打破工程应用瓶颈。

传统与新型分散式污水处理工艺

传统式工艺

传统分散式污水处理技术包括湿地、好氧工艺(MBR、BCR等)、厌氧工艺(UASB等)。下表从技术、经济、环境、社会等角度对比分析了以上分散式工艺的优缺点。

新型工艺——生物质浓缩反应器

BCR的结构设计为一个曝气反应器，反应器底部进行微孔曝气，废水和微生物在反应器内呈悬浮态，出水为重力流。在帕维亚大学的试验中，BCR反应器采用PorexTMradialfilter进行固液分离，孔径为5—20μm。由于介质表面的粗糙度，有可能形成2—3厘米水头损失。

根据帕维亚大学的实验结果，采用BCR反应器，COD去除率为93—97%，脱氮率为75—79%。需要注意的是，实验流量只有22L/m²d，远低于大操作流量(10—50L/m²d)，因此，实验期间系统过滤能力基本稳定，无需反冲洗的前提下，可以稳定运行1年左右。而实际运行条件下，常用膜材质的孔径约为0.1μm，3个月后系统过滤能力降低77%，需要更换膜或者进行再生。帕维亚大学也指出，实际运行结果有可能会与实验结果相差较大，具体处理效果取决于膜的种类、污水组分与操作工况。

分散式污水处理的可持续性分析

所谓“合适的技术”包括经济优、环境友好、技术稳定、公众认可等特性。设计“可持续性技术”需要从以下维度综合考虑：

(1)健康与卫生：将可能影响公共卫生的病原体和有害物质的风险降至低；

(2)能源与资源：考虑建设和运行所消耗的能源和资源，以及能回收利用的资源(例如将水、营养物返还农业)，同时综合考虑再生资源(例如沼气)；

(3)技术：大程度地发挥技术功能，确保整个系统的构建、运行和监控。同时，要考虑技术应对电力供应、水资源短缺、洪涝等紧急事件时的稳健性和盲点，以及技术对于现有基础设施或社会经济发展的灵活性与适应性；

(4)经济：家庭以及社区的经济承受能力，包括建设、运行、维护和必要的投资成本；

(5)社会文化和制度：社会接受度、便利性、合法合规。

分散式污水处理系统满足以上全部维度要求，除此之外，还有占地紧凑、运行灵活等。所以，分散性污水处理技术属于可持续性技术，实际工程中具体工艺的选择需要综合考当地的气候、地域、污水水质、当地水资源与回用需求等特性。

集中式系统与分散式系统的对比与讨论

投资成本

集中式污水处理系统的投资成本显著高于分散式系统。集中式系统需要建设大规模的污水收集管网，其投资成本占据了总成本的80—90%。而管网的平均使用寿命为50—60年，到期更换、日常维护费用都将增加投资成本。

运行成本

集中式污水处理系统的设计需要考虑峰值流量，会导致增加系统容量，降低处理效率；重力管网输送过程中有可能因为地下水入侵造成废水稀释，增加处理费用和能耗；长距离输水导致泵站需求量更大，能耗更高，这三点直接导致运营成本的增加。

水质安全

集中式污水处理系统集中排放水量较大，可能引起受纳水域的富营养化。而分散式系统由于排水量小，将降低富营养化概率。

监测与管理

远程监控技术的发展大大助力分散式系统的监测，使用远程控制设备，可以轻松实现运行维护，无需大量驻场人员。

在管理方面，与集中式系统的管理“不可见性”不同，分散式系统的管理更需要联合当地居民的力量，公众参与度的提升将有可能进一步提高群众的节水和环保意识。

发展角度

相较于集中式系统，分散式系统更适应发展中国家农村和社区的发展变化，以及人口增长。分散式系统的基础设施投资可以逐步进行，无需一次到位。

实现源分离

分散式系统可以实现污水源分离，而集中式系统很难做到。通过采用新型卫生洁具，可以在源头进行生活污水的黑水与灰水分离，这些废水虽然流量小，但是含有大部分的COD(黑水中3000—10000mg/L)和营养物质，以及几乎全部的病原体和微量污染物。就近集中处理，一方面减少了环境中微量污染物如金属和其他新兴化合物(如药品和个人护理产品)的分布；另一方面，大程度提高本地系统的资源回收潜力。

分散式污水处理系统的应用障碍分析

如今，在几个欧盟国家(德国，荷兰)的城市已经建设了多个分散式污水处理系统示范项目，平均服务人口约为1000人，都取得了积极的成果。

但是，分散式污水处理系统的推广应用依然存在一定的障碍。

这些障碍除了土地可用性(主要针对湿地系统)、成本和环境要求等因素之外，大的障碍来自人们对新事物的接受程度。通常情况下，改革系统的经济成本太高、缺乏具体的综合经验、对未知的不确定性，这些都会成为传统思想中难以辩驳的因素。

分散式污水处理系统的*主要是年轻的专业新秀，他们难以让决策者和传统的污水处理专业人员接受这些新概念。事实上，分散式污水处理系统在发展中国家的接受程度要高于发达国家，因为发展中国家较少存在预先技术的障碍，而发达国家的技术模式往往青睐于传统的集中式污水处理系统。

但实际上，随着大多数发达国家的城市水资源基础设施的设计寿命逐渐接近上限，甚至已超上限(通常为50-60年)，在未来十年中，大批的水资源基础设施将面临修复与翻新，而若能趁此机会将污水系统改造为分散式污水处理系统，将是一个适用于未来发展的*解决方案。

结论

分散式污水处理技术由于其原位处理和便于资源回收利用而具有可持续性，这个特性在未来将会愈发显著。集中式污水处理系统虽然目前可以满足人口稠密地区的需求，但并不普适于未来发展。从发展趋势来看，“未来城市”的新观念很有可能将会明显侧重于分散式。

从技术研发的角度，分散式污水处理系统已被充分认知，但技术到工程应用的转移还略显薄弱，管理者的“守旧心态”成了新技术的推广应用的主要障碍之一。而实际上对于决策者而言，选择分散式污水处理系统是一次变革传统的机会。借此机会，将陈旧的用水设施替换为可进行污水源分离的新型设施。对于污水收集设施已经急需更替或者重建的区域，将分散式污水处理系统纳入备选范围，这是改变传统污水处理模式的良好契机。

但是，这并不意味着集中式污水处理系统*无用。发达国家高度人口稠密的地区一直以来由集中式污水处理厂提供服务，并随着城镇化发展不断扩容管网系统。在这些情况下，分散式系统并不是一种立即合适和可行的替代方案，折中的办法是集中和分散二者共存，对诸如住宅、商业综合体、医院，可以应用分散式系统，更易于处理后就近回用。