吳冬勝

(合肥工業(yè)大學 資源與環(huán)境工程學院,合肥 230009)

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

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

1 農(nóng)村污水特點

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

(1)分散性高

農(nóng)村建設缺少規(guī)劃,居民居住分散,管網(wǎng)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(jù)農(nóng)村具體情況進行設計建設。農(nóng)村污水處理設備規(guī)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(nóng)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(nóng)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(nóng)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(guī)律相似。早、中、晚日變化系數(shù)一般為1.8～2.5。季節(jié)性特征十分明顯,夏季排放量高于冬季[5]。我國農(nóng)村人口日常外出務工、節(jié)假日返鄉(xiāng)的現(xiàn)象比較普遍,節(jié)假日水量劇增,增大了日常的運維難度[6]。

另外農(nóng)村污水水質成分復雜,由于受村鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)結構、地域性特點、季節(jié)性變化等因素影響,農(nóng)村污水中的污染物濃度波動較大[7]。

(3)區(qū)域差異大

我國幅員遼闊,不同地區(qū)農(nóng)村污水特征差異較大,污水排放量受季節(jié)、地理位置、生活習慣、經(jīng)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(shù)范圍較大,從而給農(nóng)村污水處理技術的通用性帶來了極大的挑戰(zhàn)[8]。因此,農(nóng)村污水處理設施的選擇必須因地制宜。

2 農(nóng)村污水治理存在的主要問題

2.1 工程規(guī)劃

受農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展制約及對農(nóng)村環(huán)保工作認識不深,我國大部分農(nóng)村缺少對污水處理統(tǒng)一的區(qū)域規(guī)劃,近些年來,有不少地區(qū)開始縣域農(nóng)村生活污水治理規(guī)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(guī)劃與土地利用總體規(guī)劃存在脫節(jié)、不協(xié)調等問題,規(guī)劃的污水管網(wǎng)和污水處理站常因征地等問題無法按規(guī)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(tǒng)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(nóng)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(guī)范、標準。沒有充分關注農(nóng)村與城市污水在水量、水質方面差異較大,例如,一些農(nóng)村污水處理設施設計用水指標按照城市標準選取,農(nóng)村人口的遠期預測也不符合實際情況,導致工程規(guī)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(nóng)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(qū)的農(nóng)村污水參照城市污水廠排放標準執(zhí)行,基本達到了一級A標準的要求,甚至很多地區(qū)執(zhí)行的地方標準達到了準Ⅳ類的要求。對于這種不區(qū)分實際情況,統(tǒng)一標準的做法給小規(guī)模農(nóng)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(jù)納污水體的功能區(qū)要求、水環(huán)境容量的大小、社會經(jīng)濟的承受能力確定合理的標準。

2.3 工程施工

農(nóng)村污水處理工程施工質量參差不齊,主要體現(xiàn)在污水管道工程,污水收集管網(wǎng)的施工是農(nóng)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(nóng)村污水管網(wǎng)普遍存在管道位置偏移、滲漏、積水等現(xiàn)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(xiàn)倒坡導致管網(wǎng)積水也是常見質量問題。

在農(nóng)村污水處理站點選址過程中,由于不能選擇基本農(nóng)田、私人用地,大多數(shù)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(yōu)的選址少之又少。在污水管路由選擇上,經(jīng)常發(fā)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(nóng)村污水運營存在主要問題有:

(1)污水處理站規(guī)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(jīng)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(wěn)定的財政投入渠道。

(3)缺乏專業(yè)運營人員。農(nóng)村污水處理設置的特點決定了需要由專業(yè)的技術管理人員來管理運營和維護。然而,隨著國家城鎮(zhèn)化的發(fā)展,鄉(xiāng)村很難留住受過專業(yè)教育技術人員,導致現(xiàn)階段農(nóng)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(qū)出臺了農(nóng)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(shù)地區(qū)對鄉(xiāng)(村)鎮(zhèn)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(jiān)管模式偏左趨嚴,各種檢查取樣頻繁,鄉(xiāng)鎮(zhèn)級政府缺乏相應的專業(yè)人員,監(jiān)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(xiāng)鎮(zhèn)廠運行的外部環(huán)境有待改善。

3 農(nóng)村污水治理方案研究

針對以上農(nóng)村污水處理設施面臨的問題,結合大量調研及工程經(jīng)驗總結,本文提出以區(qū)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(nóng)村污水治理模式

3.1 區(qū)域一體化

(1)生產(chǎn)工藝集中管理

中心廠設置生產(chǎn)技術部,共享生產(chǎn)設施。由生產(chǎn)技術部統(tǒng)一把控工藝、藥劑管理、質控管理,便于各廠資源之間的統(tǒng)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(chǎn)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(xiàn)管理信息化。由系統(tǒng)對設備管理數(shù)據(jù)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(chǎn)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(xiàn)生產(chǎn)物資集中采購、按需領用的管理模式,發(fā)揮規(guī)模效應,降低運營成本[10]。

基于目前廣泛存在的難以監(jiān)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(jiān)測轉子軸向位移信號，在轉子轉速穩(wěn)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(jiān)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(wěn)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(qū)域一體化是結合農(nóng)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(chǎn)要素的統(tǒng)一配置,集中運用,體現(xiàn)規(guī)模效益,從而節(jié)能降耗、減員增效,實現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟效益最大化。

3.2 建管一體化

農(nóng)村污水設施持續(xù)發(fā)揮水環(huán)境質量功效的關鍵在于運營管理,傳統(tǒng)的建設和運營分離的模式,施工單位為了在建設期內(nèi)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(fā)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(nóng)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(yè)的第三方來統(tǒng)一實施,有效破除以前“建管隔離”,避免農(nóng)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(yōu)缺點,在具體實施過程中需要根據(jù)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(nóng)村污水處理設施規(guī)模小、數(shù)量多、站點分散、是影響農(nóng)村污水處理設施運營效率的關鍵問題,傳統(tǒng)的人工管理模式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段對農(nóng)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(lián)網(wǎng)、自動化、GIS等技術構建農(nóng)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(jiān)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(xiàn)農(nóng)村污水處理設施降本增效,為農(nóng)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(wǎng)關、5G路由器及視頻監(jiān)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交換,實時查看各個污水站點運行數(shù)據(jù)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(qū)出臺的農(nóng)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(nóng)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(nóng)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(huán)境敏感區(qū)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(lián)網(wǎng)智慧運營平臺很容易實現(xiàn)對污水處理設備使用狀態(tài)的統(tǒng)計,如處理水量、設備運行時間、電耗、藥劑消耗等統(tǒng)計,通過對設備使用狀態(tài)數(shù)據(jù)的整合分析考核污水處理設施的運行情況。

(2)建立有效監(jiān)管組織

運營期各縣、鎮(zhèn)政府部門監(jiān)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(yōu)化監(jiān)管流程和付費流程,對提高運營企業(yè)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(xiāng)村污水處理設施及管網(wǎng)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(xiāng)鎮(zhèn)的26個中心村。項目共建設31個一體化污水處理設施,規(guī)模在30 m3/d到200 m3/d,配套污水管網(wǎng)總長約190 km。項目采用EPCO工程管理模式,由中節(jié)能國禎環(huán)?？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(xiàn)區(qū)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(zhèn)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(chǎn)管理中心和智慧化運營管理平臺,實現(xiàn)生產(chǎn)要素“五個集中”和區(qū)域內(nèi)所有的站點智慧化運營管理。這樣,每個站點可以實現(xiàn)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(shù)據(jù)和運行視頻[12],當站點出現(xiàn)問題時,中心廠會及時派專業(yè)技術人員去現(xiàn)場進行檢查維修,一般可實現(xiàn)半個小時內(nèi)到達,實現(xiàn)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(nóng)村污水處理設施正真做到“建的好,用的好,用的起”,發(fā)揮環(huán)境治理效益,利用區(qū)域一體化、建管一體化、智慧化運營管理平臺新技術,改進現(xiàn)有管理方法是一種可行的解決方案,建議:

(1)加強頂層規(guī)劃設計

農(nóng)村污水治理要堅持全局觀,結合農(nóng)村“廁所革命”等項目,因地制宜,提高農(nóng)村生活污水收集率和處理率,以縣域為治理單元,對區(qū)域內(nèi)的農(nóng)村污水統(tǒng)籌考慮,統(tǒng)一規(guī)劃設計、統(tǒng)一實施、統(tǒng)一管理,并使污水處理設施長期有效發(fā)揮其作用。

(2)設計需因地制宜,科學實用

污水收集管網(wǎng)及污水處理工藝選擇應因地制宜,充分考慮當?shù)刈匀画h(huán)境和風土人情,做到科學實用,充分利用當?shù)丨h(huán)境容量,優(yōu)先實現(xiàn)水資源就地循環(huán)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(nóng)村污水處理設施建設施工質量

農(nóng)村污水設施點多面廣,施工現(xiàn)場為半開放式,管理現(xiàn)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(guī)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(xiàn)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(nóng)村污水治理設施穩(wěn)定運行的瓶頸,一方面,地方政府部門根據(jù)具體農(nóng)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(xù)加大地方財政對農(nóng)村基礎設施建設的投入,加強中央財政管理,確保資金專款專用,保障運營費及時撥付。