APP下载

农村生活污水资源利用:进展、困境与路径

2023-12-16王波何军车璐璐戴超郑利杰王夏晖

农业资源与环境学报 2023年5期
关键词:资源化污水处理污水

王波,何军,车璐璐,戴超,郑利杰,王夏晖*

(1.生态环境部环境规划院农村环境保护中心,北京 100041;2.生态环境部环境规划院,北京 100041)

农村生活污水治理是农村人居环境整治提升的重要内容,亦是建设宜居宜业和美乡村的重要举措。当前,我国农村生活污水治理水平低与农业缺水并存。《中国城乡建设统计年鉴(2021 年)》数据显示,全国农村常住人口6.46亿人,年生活用水量199.89亿t。考虑城乡污水排放特征差异,若折污系数按0.4估算,2021 年农村生活污水排放量达80 亿t,与“二污普”的76 亿t(2017 年)相比[1],多排放4 亿t。2021 年全国农村生活污水治理率仅为28%,按此测算约有不低于57 亿t 的生活污水未得到有效治理,对周边水体和土壤影响不容小觑。同时,我国是水资源严重短缺的国家,65%的粮食主产区缺水问题突出,尤其是北方地区农业缺水形势更为严峻。

学者们认为农村生活污水含有大量有机物、氮磷营养物质等,适度处理与资源化利用是污水治理的最佳模式[2-5]。与城镇相比,农村生活污水具有水质与农田灌溉水质标准相近、易达标等特点,适度处理有利于降低能耗和建运成本,资源利用有利于缓解农业缺水现状。在实践中,传统农耕文化历来注重农家肥还田以提高农田肥力。近年来,各地积极探索农村生活污水资源利用路径,如湖南长沙县采取三格净化池+小型人工湿地工艺处理污水和回用尾水,浙江部分县通过冲厕、绿化等方式利用尾水[6]。但我国农村地域广阔、区域差异大,农村生活污水资源利用理论研究和实践探索均较少,无法满足提升治理水平的科技需要。

现阶段,一些地区农村生活污水治理工作正陷入一种“怪圈”,重集中、轻分散,重处理、轻利用,尽管治理资金缺口大,但仍要长距离建管网,采用“高大上”工艺,不顾及后期运维能力,不考虑生态系统消纳能力,脱离农村生产生活实际,导致一些村镇污水处理站“晒太阳”,成为顽疾。产生以上问题的原因是多方面的,既有基层治理理念落后、治理能力较低的问题,也有考核制度不完善的问题。鉴于此,本文梳理了农村生活污水资源利用的研究进展,分析了其工作成效和现实困境,提出面向新时代推进农村生活污水资源利用的实现路径,以期为相关工作提供参考。

1 研究进展

1.1 治理理念演进

我国是一个历史悠久的农业大国,传统农耕文化蕴含着丰富的生态文化内涵,是中华民族生生不息的智慧源泉。“庄稼一枝花,全靠粪当家”的谚语,生动诠释了粪肥还田的重要性,体现了农业生产的生态理念。农村生活污水中含有大量的氮磷和有机物质,第二次全国污染源普查显示,2017 年全国农村生活污水中化学需氧量、氨氮、总氮和总磷排放量分别为499.62 万、24.50 万、44.65 万t 和3.69 万t。若采取有效措施加以利用,既可降低污水处理建设和运维成本,又可增加农田氮磷营养和提升水资源回用率。研究表明,生活污水直接灌溉会对土壤、农作物等带来不利的影响[7],适度处理后有助于农作物的生长[8-9]。侯怀恩等[2]论述了农村生活污水资源化利用的可行性,认为污水的多项污染物指标与国家农田灌溉水质标准相差不多,只要合理控制和适度处理,就可保证农田灌溉的安全性。

近年来,学界对农村生活污水治理研究主要聚焦在源分离、分质处理和资源利用3 个方面。20 世纪末,在国际上推广的源分离技术,改变了利用水稀释粪便,再净化、分离处理的传统模式,且可有效回收营养盐,减少污染物排放,提高水循环利用效率[10-11]。Zhong 等[12]通过分析512 篇农村生活污水处理的相关论文,提出基于源分离的资源利用为当前学界研究热点之一。研究表明,杂排水与黑水分开收集不仅降低处理系统的水量负荷,也可减轻氮磷等负荷,有利于降低处理设施的建设成本和用地面积,有助于满足作物灌溉要求的就地利用[4]。范彬等[13]基于负压源分离技术,研发了现代田园循环模式,将污水及厨余垃圾就地资源化,其建设成本比现有处理模式降低30%~40%,运行成本下降60%。同时,由于污水排放的连续性和农田灌溉的季节性在时空上存在错位,因此需要有一定的蓄水设施来储存污水,并对灌溉量做出合理安排,否则会超出农田自净能力,造成农田和水体的污染[2]。

随着国家“双碳”战略目标的提出,有学者认为农村生活污水治理亦是减污降碳协同增效的重点领域。如李怀正等[3]认为,积极开展农村生活污水的“低碳无废”处理,在加强污水资源化利用、实现减污降碳协同增效的同时,还可促进绿色农业发展。《城乡建设领域碳达峰实施方案》也提出要推进生活污水治理低碳化,推广小型化、生态化、分散化的污水处理工艺。因此,我国农村生活污水在处理技术策略选择时,应利用农村就近能源资源回收利用的优势,把传统“污染物”有效处理的目标转向节能低碳、有效处理和资源利用的目标[4]。

1.2 黑水资源利用研究进展

从生态理念来看,基于国际生态卫生(Ecological sanitation)和可持续卫生(Sustainable sanitation)等理念,黑水应与灰水分离、收集和处理,注重源分离废水处理与资源利用技术研发,以减少污水处理能源消耗,回收黑水中的碳、氮、磷、钾等资源。如Zeeman等[14]在荷兰对源分离生态卫生系统的研究表明,32户社区居民产生的黑水,通过真空收集和厌氧处理,每日可回收氮元素7.6 kg、磷元素0.63 kg。Xu 等[15]在可持续卫生理念指导下,利用真空管道和源分离技术处理污水的结果表明,与传统处理系统相比,其能耗和管道成本较低,实现了较好的经济、环境和社会效益。

从技术分类情况来看,不同学者对黑水处理与资源化利用技术进行不同的分类。如左斯琪等[16]根据黑水处理技术特征,将其分为生物处理、物理化学处理和综合处理等技术。徐娇等[17]按研究进程和收集模式,将黑水处理技术分为集中处理、分散处理、新兴处理及资源化技术,其中黑水能源化资源化方式主要包括氮磷回收、出水回用、甲烷回收、肥料化利用等。

从技术发展趋势来看,由于单一黑水处理或资源化利用技术降解不彻底、出水不达标等,综合化和一体化集成技术是其发展方向,应加强黑水无害化及资源化处理技术研发。随着对污染物排放要求的提高和厌氧污水处理技术的发展,通过改造常规化粪池结构和运行方式等,可提高化粪池处理效率。如近年来国际上采用的升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧折流板反应器(ABR)和厌氧滤床(AF)等化粪池强化技术[13]。在黑水资源化利用方面,部分学者开展了农村生活污水资源利用技术模式研究,如董丽伟等[5]提出了黑灰水分质资源化利用等资源化利用模式。

1.3 灰水资源利用研究进展

1.3.1 对土壤理化性质和微生物的影响

(1)对土壤理化性质的影响

农村生活污水经处理后,尾水达到农田灌溉水质标准,在控制好灌溉强度和频次的条件下,不会对土壤理化性质造成负面影响,同时也为作物生长提供营养元素,提高了土壤肥力。张增伟等[18]的研究表明,农村生活污水灌溉能提升土壤肥力,增强土壤保肥能力和缓冲性能。在合理选择灌溉水力负荷的前提下,农村生活污水资源化利用不会对作物的产量、农艺性状和品质产生负面影响,且能提高作物的产量[19]。张丹丹等[20]研究了不同盐浓度生活污水对土壤水盐和养分含量的影响,结果表明污水灌溉需控制土壤水分过度饱和,以避免土壤积盐、返盐现象发生。王云龙等[21]认为采用经厌氧处理后的生活污水作为灌溉用水是可行的,其对土壤生态及作物品质均未产生显著的负面影响。再生水灌溉的污染风险远低于污水灌溉,且再生水灌溉还具有回用成本低、农作物生产成本低等优势[7]。

使用未经处理的农村生活污水进行农田灌溉,若污水施用量过大,超过土壤负荷,会使土壤中的有机污染物、重金属含量超出土壤和作物对污染物的吸附能力,造成土壤污染进而降低土壤微生物多样性[19]。Inyinbor 等[22]认为在蔬菜种植中使用未经处理的生活废水,无论是黑水还是灰水,都会带来相应的风险。生活污水还存在潜在的高盐分毒性,过量的盐对土壤结构稳定性产生负面影响,且长期使用未处理的生活污水,对土壤渗透性也会产生明显负面影响[23]。李欣[19]的研究表明,在0.002 m3·m-2·d-1的水力负荷条件下,地下水基本没有受到污染,但随着水力负荷的升高,以及生活污水中污染物质浓度的增加,地下水存在被污染的潜在风险。

(2)对土壤微生物的影响

农村生活污水因含有盐分、表面活性剂(LAS)等,当其大量用于农田灌溉时,会影响土壤微生物种群结构和分布特征,进而破坏农田生态系统的平衡。张丹丹等[20]的研究表明,高含盐量(>1 g·L-1)的农村生活污水会显著降低土壤细菌的Shannon-Wiener 指数,显著增加土壤真菌的Shannon-Wiener 指数。陈宏伟等[24]的研究表明,LAS 对土壤细菌生长有促进作用,对真菌则有抑制作用,而对放线菌无明显影响。李欣[19]通过短期施用含有低浓度LAS 的生活污水进行农田灌溉,发现LAS 对土壤中的细菌有明显影响,对真菌和放线菌无明显影响。同时,农村生活污水富含氮磷等营养元素,在一定程度上能增强微生物和酶的活性。潘能等[25]研究发现,采用再生水灌溉的农田土壤微生物量碳和酶活性均高于自来水对照灌区。马如龙等[26]探讨了农村生活污水尾水回用对稻田土壤微生物量碳氮和土壤酶活性的影响,结果表明尾水灌溉提高了稻田土壤有机质、微生物量碳氮的含量和脲酶活性。因此,农村生活污水灌溉农田时,因灌溉时长、强度、频次等的不同,对土壤微生物的正面或负面影响尚无定论,需进行长期定位监测和观测,以探究其内在影响关系。

1.3.2 对农作物的影响

处理后的生活污水中有害污染物质浓度将大幅降低,同时含有丰富的有机物、氮、磷等养分,可为作物生长提供良好条件,在消纳污水的同时,提高作物(蔬菜)的产量。杨茜[27]研究了不同处理程度农村生活污水农田消纳可行性,结果表明,厌氧出水农田消纳方式更为合理,能显著提高作物产量,有效促进土壤有益微生物的生长。刘培霖[28]研究农村生活污水再生水灌溉对水稻种植的影响,结果表明再生水灌溉水稻产量显著高于河道水灌溉水稻产量。与清水对照相比,再生水灌溉能有效提高枸杞抽枝长度、叶绿素含量、光合速率、鲜果产量及水肥利用效率,降低多糖、总糖及可溶性糖含量[29]。董思琼[30]研究了再生水微灌对苜蓿和辣椒生长的影响,结果表明相同灌溉定额下,再生水灌溉与自来水灌溉相比,紫花苜蓿株高、茎粗、净光合速率、产量分别增加2.14%、2.00%、10.47%、7.05%。若将未经处理的农村生活污水用于农田回用,污水中的污染物质在污染环境的同时,还可能导致作物生长、生理、产量、品质等多方面的负面影响[19,31]。

1.3.3 对地下水的影响

处理后的农村生活污水用于农田回用,在一定水力负荷条件下不会造成地下水体的污染。研究表明在0.002 m3·m-2·d-1水力负荷条件下,地下水基本未受到污染[19]。大田试验结果表明,尾水(总氮平均浓度为1.66 mg·L-1)灌溉稻田不会造成田面水总氮的超标排放[32]。但若长期采用未经处理的农村生活污水进行大量灌溉,存在引发周围地下水污染的风险。黄春国等[33]研究表明污灌区地下水污染程度与地下水位和土壤质地密切相关,地下水埋深小于7 m的污灌区和沙性土壤污灌区更易造成地下水污染。污水中的N离子易被淋洗至深层土壤或地下水中,导致地下水中N浓度超标[7]。王志强等[34]的研究表明,长期污水灌溉会使地下水中Cl-及S组分含量显著增加,从而改变地下水化学类型。

1.4 节能低碳研究进展

污水蕴含有机物(COD)化学能和余温热能,但这种潜能一直被忽视[35]。在我国“双碳”战略背景下,污水作为资源与能源的载体开始备受关注,开发利用其中蕴含的化学能和热能,有助于降低污水处理能耗[36]。研究表明城市污水中所蕴含的潜能值可达污水处理耗能的9~10 倍[37]。城市污水中化学能约占总潜能值的10%,而90%的污水潜能由热量产生。有研究提出了污水处理碳中和的技术方案,如美国希博伊根污水处理厂利用高浓度食品废物与污泥共同厌氧消化产生的甲烷进行热电联产,同时采取节能措施,实现产电量与耗电量比值达90%~115%,基本实现碳中和[38]。我国由于行业技术水平低等原因,目前尚未建成真正意义上的碳中和污水厂[39]。

在农村生活污水方面,以往研究鲜有污水碳中和的研究报道,如有学者认为传统生活污水处理目标定位于净化污水和防治水体污染,往往通过以能消能的方式,将污染物转化到大气或土壤之中,产生温室气体的同时,也流失了大量能量和营养物质[4,40]。徐娇等[17]认为将厕所黑水和生活杂排水混合收集处理的方式,增加了污水处理厂的负荷,产生了不必要的能源消耗和运行费用。Fan 等[41]的研究表明,与传统的处理方式相比,基于真空源分离技术的“卫生系统”2.0版本,在提高乡村人居环境健康、降低温室气体排放和提高资源利用等方面具有明显效果。因此,面向国家“双碳”战略目标,农村生活污水治理应统筹考虑生态农业和美丽乡村等建设需求,妥善处理好污水处理与资源能源利用之间的关系。

综上,我国农村生活污水的基本特征决定了走资源化利用道路是一种必然选择。面对资源化利用研究较少、新方法处于小试或中试阶段、尾水回用长期监测不足、规模化工程应用缺乏等现实问题,未来仍需加强农村生活污水的源头分离、分质处理与资源利用等研究,深入开展不同地区、不同村庄类型的黑水和灰水资源利用的模式和方式研究,定量化揭示污水回用对土壤、作物、地下水等的影响,推进农村生活污水有机物化学能和余温热能等能量再利用路径研究,研发具有“五化”(生态化、资源化、低碳化、标准化、智慧化)特征的农村生活污水资源利用技术与装备,为农村生活污水治理实现跨越式发展提供技术支撑。

2 工作成效与现实困境

2.1 工作成效

2.1.1 治理水平得到提升

截至2022年9月底,全国农村生活污水治理率约31%,较2016 年的治理率(22%)提高了9 个百分点。从区域分布来看,东部、中部、西部农村生活污水治理水平差异较大,东部地区农村生活污水治理率为53.6%,高于中部地区(25.5%)和西部地区(20.9%),且各省份农村生活污水治理差异较大,如浙江、天津、上海等省份治理率在80%以上,而广西、贵州、云南、西藏、青海等省份治理率均低于15%。从各省份治理模式来看,开展生活污水资源利用的行政村占比较低,治理率主要由完成生活污水处理设施建设的行政村占比构成。

2.1.2 政策法规不断健全

我国逐步构建了针对性不断加强、关联度不断加深的法律顶层设计,初步形成了以《环境保护法》为指引、《水污染防治法》为主体,《长江保护法》《黄河保护法》等其他相关法律法规相互补充、衔接的法律体系。在地方立法方面,部分省份结合当地实际,出台了污水资源化相关地方性法规,如《北京市排水和再生水管理办法》《天津市城市排水和再生水利用管理条例》等。在农村生活污水处理设施运维方面,部分省份已颁布专门性地方法规,如2019 年浙江省颁布了《浙江省农村生活污水处理设施管理条例》。但总体上,我国尚未对农村生活污水治理进行专门立法,有关法律条文多分散在不同法律法规之中。

自2018 年国家实施农村人居环境整治三年行动以来,持续加大了农村生活污水治理政策供给,完善了有关用电用地、资金来源、审批流程等优惠政策。《乡村建设行动实施方案》中明确农村生活污水处理设施用电按规定执行居民生活用电价格。2020 年中央一号文件提出,新编县乡级国土空间规划应安排不少于10%的建设用地指标,重点保障乡村产业发展用地。《农村人居环境整治提升五年行动方案(2021—2025 年)》中明确地方各级政府要保障农村人居环境整治基础设施建设和运行资金,统筹安排土地出让收入用于改善农村人居环境。《关于村庄建设项目施行简易审批的指导意见》提出,对包括农村人居环境整治项目在内的村庄建设项目实行简易审批。以上政策的出台,解决了各地长期普遍反映的影响工作深入推进的难点问题。

2.1.3 体制机制日趋完善

2018 年国家机构改革后,中央农办、农业农村部牵头组织改善农村人居环境,具体到农村生活污水治理,由生态环境部牵头组织实施,住建部等共同参与。从地方体制管理实践来看,顺应国家部门职能调整,多数省份由省级生态环境厅(局)牵头组织开展本辖区治理工作。近年来,不少地方结合自身实际,对农村生活污水治理部门职能进行了优化,有的地方由住建部门统筹协调,有的地方由农业农村部门、水利部门具体落实。如浙江、福建等省份明确由省住房和城乡建设厅负责项目规划设计、项目建设和运维管理的技术指导和组织管理,省生态环境厅负责编制标准指南和项目监督考核等;江西省吉安市成立了全域推进农村生活污水治理工作领导小组,办公室设在市农业农村局;2022 年8 月,海口市顺利完成农村生活污水治理工作职责交接工作,将由市生态环境局承担的部分职责划转由市水务局负责实施。

在工作机制上,建立了中央统筹、省负总责、市县乡抓落实的工作机制,形成了由中央农村工作领导小组统筹协调,有关部门各司其职、各负其责的工作格局。在投入机制上,建立中央适当奖补、地方投入为主的投入机制,中央财政持续加大专项资金投入和预算内投入,地方财政通过设立农村生活污水治理专项资金等措施,不断加大治理资金投入。如2016 年青海省财政设立省级农村生活污水治理专项资金;2020年,江苏省财政统筹安排专项资金支持农村生活污水治理工作;2021 年,福建省财政厅下达补助资金1 亿元,对年度新增以县域为单位捆绑打包实施乡镇生活污水建设运营市场化的县(市、区)予以补助;2022年,山东省财政设立农村生活污水治理奖励资金,鼓励各区县融资开展污水治理。

在长效机制上,目前全国已有13 个省份印发农村生活污水处理设施运行维护管理专门文件,如2020 年辽宁省印发了《辽宁省农村生活污水处理设施运行维护管理办法(试行)》,2022 年江西省出台了《农村生活污水治理设施运行维护技术指南(试行)》(DB36/T 1447—2021)等。其中,浙江省围绕农村生活污水处理设施的第三方运维机构、网管维护、维护费用、安全生产、人工湿地、生物滤池等方面,分别制定了具体的管理办法,为其他省份完善运维管理提供了参考。

2.1.4 标准体系初步构建

目前,我国农村生活污水处理技术指南、排放标准、运行维护等标准相继出台,为指导和规范各地农村生活污水治理工作发挥了重要作用。2010 年,建设部发布了我国六大地区农村生活污水处理技术指南。2013 年,环境保护部发布了《农村生活污水处理项目建设与投资指南》。2019—2021 年,国家先后发布《农村生活污水处理工程技术标准》(GB/T 51347—2019)和《农村生活污水处理设施运行效果评价技术要求》(GB/T 40201—2021)。2022年,团体标准《农村生活污水处理设施建设技术指南》和《农村生活污水处理设施运行维护技术指南》发布。截至2022 年底,全国31 个省(区、市)出台了地方农村生活污水处理设施水污染物排放标准,宁夏、河北、山西、浙江等省份对前期发布的地方标准进行了修订,明确鼓励氮磷资源化与尾水利用。

在城镇再生利用方面,已发布《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2020)、《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921—2002)、《城镇污水再生利用工程设计规范》(GB 50335—2016)等,为各地农村生活污水排放标准制定、强化尾水利用等提供了参考。在农村资源利用方面,2020年农业农村部等印发《农村厕所粪污无害化处理与资源化利用指南》,促进农村厕所粪污无害化处理与资源化利用。2021 年,修订后的《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)将处理后的农村生活污水纳入了标准的适用范围,规定了农村生活污水尾水农田灌溉的要求。近年来,辽宁、云南、贵州、广东等省份立足实际,出台了农村生活污水资源化利用指南或指导意见。

2.1.5 市场融资实现突破

近年来,我国制定一系列措施,推动各地运用金融杠杆助力农村生活污水治理。《关于推进农村生活污水治理项目融资支持的通知》的印发,完善了绿色金融政策。国家开发银行启动“百县千亿”专项金融服务,中国农业发展银行出台差异化扶持政策,加大了金融支持力度。

在绿色金融政策支持下,各地通过建管一体化、城乡一体化、供排水一体化、环境治理与产业开发相结合等方式,探索了农村生活污水治理市场化的有效模式。如福建省新罗区采用工程总承包及运营一体化模式,整区推进农村生活污水建设和运维;江苏灌南县采用政府与社会资本合作模式,与中国葛洲坝集团股份有限公司合作,成立葛洲坝水务(灌南)有限公司,负责城乡一体化污水治理项目;广西宾阳县采取生态环境导向的开发模式(Ecology-Oriented Development,EOD),以农村生活污水治理、农业废弃物资源化利用等项目为基础,以生态农业、生态旅游等项目为支撑,启动了农村环境治理与产业融合发展EOD项目。

2.1.6 利用模式探索创新

各地结合村庄自然条件、经济发展水平和污水利用需求等,通过就地分散利用、尾水集中利用、粪污收集制肥利用等方式,围绕房前屋后“小菜园、小果园、小花园”等浇施,农田、林地、草场污水回用,生态沟渠(水塘)、生态缓冲带、湿地系统消纳处理等,积极探索农村生活污水适度处理与资源利用新模式,推动水资源、营养盐或有机质的资源利用。按庭院-村落-村域由小及大的顺序,可将资源化利用模式分为庭院自用型、村落消纳型、农田回用型和综合利用型4 类。

庭院自用型是指通过庭院绿化、菜园浇灌施肥等方式对灰水以及无害化处理后的黑水进行资源化利用,实现农户庭院内自我消纳、粪肥利用、灰水不外排或较少外排的一种模式,如甘肃华池县针对川区和偏远山区的农户,采用黑水无害化处理+灰水简易处理+就地利用的方式进行污水资源利用。村落消纳型是指利用村落内的自然沟渠、坑塘、荒地等自然生态系统,对污水进行消纳、降解、利用的一种模式,如河北晋州市龙头村将污水治理与坑塘改造相结合,将处理后的污水、净化的雨水资源化利用,实现“污水不出村,出村无污水”的治理目标。农田回用型是指结合村落周边的农田、菜地、果园、林地、草地等灌溉需求,对尾水和粪肥进行回用的一种模式,江西上栗县桥头村通过小栅格+大栅格+肥水养田的资源利用模式,实现了污水再利用、运维零电费、河源得保护的多种效益。综合利用型是指将农村生活污水与畜禽粪污、垃圾、秸秆等废弃物统筹起来,通过堆肥沤肥、制备有机肥、产生沼气等方式进行资源利用的一种模式,如甘肃凉州区采用厌氧发酵技术,以畜禽粪污为主,协同处理厕所粪污、易腐垃圾、农业秸秆等废弃物,产生的沼气和沼肥用于发电和施肥。

2.2 现实困境

2.2.1 受传统城镇治理模式影响,农村生活污水治理理念滞后

我国农村生活污水治理起步晚、经验不足,一些地方在探索过程中过多参照城镇模式,对农村实际情况了解不充分,对污水资源化利用认识不足,过度追求达标排放[5]。由于农村污水治理前期忽视了农业背景条件,导致在治理道路上走了弯路,尤其是一些刚涉足村镇污水处理的企业,城镇经验痕迹明显,使得项目建成后存在运行能耗过高、运维难度大等问题[42]。李怀正等[3]认为目前自然村落的污水处理未考虑经济简便需求,较多沿用城镇污水或工业废水处理工艺,虽出水水质较好,但能耗高、管理复杂,增加了经济成本以及设备运行的复杂性。朱木兰等[43]在调查中发现,不少农村分散式污水处理设施简单套用城市污水处理厂常用的厌氧好氧、厌氧缺氧好氧、膜生物反应器等工艺,效仿城市雨污分流的做法,废弃农村排水沟渠而新建管网进行排污,带来了一系列运维难题。

对于农村生活污水治理而言,先进工艺不一定是最适合的,单纯追求污水达标排放不符合农村实际情况。如云南全省正常运行的污水处理设施不足1/3,处理设施建而不用、“晒太阳”的现象时有发生[6];海南省部分县市千篇一律、生搬硬套城市模式,带来污水收集、运维成本高等问题,导致地方财力难以承受,建设运维难以持续[44];高生旺等[45]对396个案例调研结果表明,部分地区采用MBBR、MBR、SBR 等运行维护复杂且费用较高的处理工艺,出现了农民不愿用的问题。

近年来,符合农村实际、低成本、可就近资源利用的治理技术成为污水治理的最佳选择[5]。然而,我国农村生活污水资源利用尚处于起步阶段,由于标准缺失、技术脱节、资金缺口大等因素,“排与用”的矛盾日益加大,污水资源化水平与美丽乡村目标仍存在不小差距[46]。沈耀良[4]认为,污水治理理念滞后突出表现在重设施建设轻运行管理、重技术含量轻技术能力、重处理净化轻资源利用,应基于低碳绿色的理念、按照因地制宜的原则、本着循环利用的目标,采取正确的技术策略。在国家“双碳”战略背景下,农村生活污水治理亦是减污降碳协同增效的重要方面,其核心理念应为绿色低碳循环。

2.2.2 生活污水治理制度不完善,资源利用积极性受到制约

目前,全国尚无统一的农村生活污水治理目标考核制度,制约了各地加快推进污水资源利用的进程。尽管生态环境部印发的《2021 年农村环境整治实施方案》已明确了完成污水治理行政村数的定义,但在如何认定农户和自然村完成污水治理任务,如何认定不同类型污水资源利用方式等方面尚未明确,有待加快制定目标考核办法。从地方实践来看,如2019 年海南省印发了《海南省农村生活污水治理考核办法(修订)》,明确了考核对象、考核内容、考核程序、考核评分与结果运用等环节,但在如何认定资源化利用方式方面仍有待进一步明确。

治理设施数量与地方监管能力不相匹配,亟待加快构建符合农村实际、管理有效的新型城乡污水治理监管体系。一方面,随着治理步伐的加快,各类新增设施数量大幅攀升,而多数县级生态环境监测执法机构和队伍建设相对滞后,在完成城镇和工业点源监督性监测后,难以保障农污设施的监测执法。尽管《“十四五”生态环境监测规划》中明确,日处理能力20 t及以上的处理设施要求开展出水专项监测,但中西部地区由于缺乏专项经费,尚无法有效开展。另一方面,农村生活污水资源利用对土壤、地下水和作物等影响的监测数据偏少,目前仅处于研究的小试或中试阶段,且监测数据时间序列较短,无法反映长期利用情境下对土壤、地下水和作物的影响。

运维管理制度多侧重于处理设施的运维管理,对资源利用设施的管理欠缺,有关资源利用台账管理、粪肥清运、尾水回用定额和频次的规定较少。市场主体侧重于投资回报机制相对完善的处理设施,而对资源利用有关粪污清运、有机肥制备、沼气生产、农田灌溉配套等设施投入明显不足,资源利用市场化机制有待建立。

2.2.3 资源利用标准规范欠缺,技术装备标准化体系亟待建立

(1)农村生活污水资源利用标准规范分散在污水处理有关标准规范中,尚无专门的全国性标准或规范。而已有处理标准规范主要适用于城镇,未能充分考虑农村生活污水特征与资源利用途径的科学性,在农村生活污水资源利用时只能参照如《城市污水再生利用 绿地灌溉水质》(GB/T 25499—2010)、《城市污水再生利用 景观环境用水水质》(GB/T 18921—2019)等标准,从而提高了资源利用门槛。部分省份制定的处理标准偏高,尤其是氮、磷指标要求过于严格,未能兼顾农业生产的氮磷需求[3]。李云等[47]认为我国有关基准研究较薄弱,标准限值指标缺乏科学依据,多照搬发达国家或已有城市污水排放标准,限值雷同现象突出。张宇轩等[46]认为在农村生活污水治理过程中,大多以污水杂质消除为主,未能有效分离资源物质并加以利用。杨砺等[44]研究认为,处理后的尾水用于农业灌溉时,需综合考虑收集方式、农户回用需求等因素。

(2)污水处理与资源利用技术装备缺乏标准化,将不利于市场主体的培育和发展。近年来,依托不同工艺的一体化设备和模块化装备被研发应用。但从污水处理市场情况来看,无论是技术还是装备均无标准规定,导致市场上技术设备千差万别,甚至相同工艺的装备也差异较大[42]。个别企业为追求最大利润而刻意降低产品的使用年限,导致设备应用中频繁出现质量问题。与处理技术装备相比,资源化利用设施由于未得到足够的重视,其技术装备标准化研究更为欠缺。因此面向市场的更为专业化、标准化的技术装备将是未来研发重点。

2.2.4 资源利用系统性谋划不足,对生态低碳农业支撑不够

(1)县域专项规划编制水平和落实情况均有待提升。目前,各地基本完成县域农村生活污水治理专项规划编制和印发,但从调研实际情况来看,还存在一些突出问题,例如:规划编制未充分考虑城镇化过程中空心村问题,重处理、轻利用,利用设施不配套[5];未解决好粪肥和尾水利用去向等问题;规划重点工程布局与实际项目实施错位,未能统筹污水与改厕、农业灌溉、景观用水等内在关系。

(2)农业农村各类有机废弃物协同治理不足。农村生活污水治理是农业农村污染治理的重要一环,需要坚持系统观念,将污水治理与黑臭水体治理、农业面源污染治理、生态农业发展等耦合起来,构建农村生态系统内部物质循环、能量流动、信息交流的有机体。然而,从已有工作来看,多为单要素治理,未考虑各类污染物协同治理,综合利用理念较为滞后[3]。

(3)促进农业低碳循环水平有待提高。实践证明,凡是将农村生活污水治理与村民内在需求紧密结合的,群众参与的积极性更强,治理成效更久。但从现实来看,不少地区末端治理思想严重,不利于农民生产生活,与低碳循环农业结合不紧。

3 实现路径

3.1 坚持系统观念,统筹污水适度处理与资源利用

要继承和弘扬中华传统农耕文化,跳出单纯污水处理的传统思维,与畜禽粪便处理、秸秆利用、生活垃圾处置、农田灌溉用水等相结合,将废物转化为能源、尾水循环利用,在解决污染和缺水问题的同时,也缓解农村能源与肥源问题。污水适度处理的程度要与排放去向、利用方式、灌溉需求、配套设施等相结合,探索减污降碳资源利用新模式,融入农村生态、生产、生活的各方面,助力人居环境改善和生态产业发展。针对城镇化过程中出现的“空心化”“老龄化”等问题,加强与县域乡村建设、村庄建设等规划衔接,适时修编县域农村生活污水治理规划,融入资源利用理念,重视工程调查摸底,配套建设资源利用设施。构建集目标考核、政策标准、工作机制、技术模式、监督管理于一体的农污治理体系,推动实现绿色低碳、可持续发展。

3.2 制定考核办法,确立科学污水治理目标导向

基于生态循环、利用优先、低碳节能、简便易行的原则,研究制定农村生活污水治理考核办法,明确考核对象、考核内容、考核程序、考核评分与结果运用等内容。农村生活污水治理率宜为农村生活污水处理率和资源利用率之和。其中,处理率为通过纳管、集中、分散等处理模式完成治理的村庄数占比,资源利用率为通过庭院自用、村落消纳、农田回用、综合利用等模式完成治理的村庄数占比。考虑到我国幅员辽阔,东、中、西部差异较大的实际,各省宜研究制定符合本省实际的农村生活污水治理考核实施细则。

3.3 加快标准制(修)订,明确污水资源利用技术路径

在国家层面,建议研究提出农村生活污水处理与资源利用标准体系建设方案,明确标准制(修)订的总体要求和主要任务。近期可围绕景观环境用水、园林绿化用泥、林(草)地灌溉水质等制定专门标准。在地方层面,需统筹考虑污水特性、尾水去向和用途、受纳水体功能、环境容量、村民利用习惯等因素,因地制宜完善农村生活污水处理排放标准,建立符合本地实际的污水处理与资源利用标准体系。建议将农村生活污水适度处理与资源利用技术装备研发纳入国家重点研发计划项目,总结和研发一批适合我国不同地区的技术、模式和装备,探索农村生活污水减污降碳协同增效的科学路径。

3.4 完善奖补政策,培育污水资源化利用市场主体

建议修订《农村环境整治资金管理办法》,将资源利用作为专项资金支持的优先项,发挥中央财政引导地方资源利用的积极性。各地可结合实际,出台资源利用的奖补政策,鼓励探索人畜粪污清运与协同资源处置技术模式,支持有条件的地区建设农村有机废弃物综合利用一体化设施,推进粪污与农业废弃物协同制备有机肥产业社会化、市场化。探索构建资源利用成熟商业模式,让有能力、有信誉的市场主体参与污水处理与资源利用。

3.5 创新工作举措,构建管理规范可持续长效机制

考虑到生态环保基层对项目建设管理基础薄弱等现实,结合部分省市农村生活污水治理部门职能调整情况,建议各地进一步理顺农村生活污水治理体制,构建县级政府主导、有关部门牵头、环保部门监管、企业建设运维、村民有效参与的工作机制。研究制定农村生活污水处理与资源利用设施运行维护管理办法,明确地方政府和职责部门、运行管理单位和农户责任,完善长效管护机制。有条件的地区可依法探索建立生活污水处理农户付费制度,逐步建立农户合理付费、村级组织统筹、政府适当补助的运行管护经费保障制度。综合考虑经济发展水平、处理与利用模式等因素,整合监督性监测、企业自行监测、人员目视巡查、物联网智慧管理等方式,有效覆盖分散、集中、纳管处理设施和利用设施,全面提升监管能力。采用第三方运维管理的,应健全运维成效评估制度与绩效付费制度。

3.6 开展试点示范,打造具有“五化”特征样板区

按照先行先试、示范带动的基本思路,选取不同地形地貌、不同气候条件、不同发展水平的若干个典型区县,开展农村生活污水处理与资源利用试点示范,着力打造具有生态化、资源化、低碳化、标准化、智慧化“五化”特征的资源利用样板区。考虑到农田灌溉季节性和污水排放持续性的时空错位特征,开展试点示范时,需结合农田自净化能力和作物需水需肥量,开展资源利用的长期定位监测,防控可能的污染风险。利用监测监控设备、远程控制系统、无人机等现代研究手段,开展农村生活污水定额、定时资源利用研究,探索符合农村实际、低成本、高收益的技术模式,推动就近就地资源化利用。

猜你喜欢

资源化污水处理污水
处理污水
磷石膏资源化综合利用任重道远
生活污水去哪儿了
人造石行业固废资源化处理及综合利用概述
我国乡镇污水处理模式的探讨
太原市61个村要建污水处理设施严禁直排入河
污水的自述
污水罐坍塌
涌浪机在污水处理中的应用
污泥的处理及资源化利用