美國污水就地生態(tài)處理技術(shù)的經(jīng)驗及啟示

污水生態(tài)處理技術(shù)具有低能耗、低成本、運行管理簡單、無二次污染等優(yōu)點，在美國得到了極為廣泛的應(yīng)用。分析總結(jié)了美國污水生態(tài)技術(shù)發(fā)展歷程及其作為“革新/替代技術(shù)”寫入《清潔水法》的技術(shù)背景，重點介紹農(nóng)村污水就地處理系統(tǒng)（OWT）在美國的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上，對我國農(nóng)村污水建設(shè)提出思考和建議。

一、污水生態(tài)技術(shù)概述

所謂污水生態(tài)技術(shù)，是利用自然系統(tǒng)的基礎(chǔ)組分：水、土壤、細菌、高等植物和陽光組成的污水自然凈化系統(tǒng)。與常規(guī)污水處理技術(shù)比較，生態(tài)技術(shù)具有以下優(yōu)點：

（1）不需要大規(guī)模的鋼鐵、水泥和投加化學(xué)藥劑，基本沒有二次污染；

（2）造價和運行成本低廉，分別為傳統(tǒng)處理技術(shù)的1/3~1/8和1/6~1/17；

（3）低能耗或無能耗運行，有效去除污水中的氮磷營養(yǎng)物，而能耗只有傳統(tǒng)技術(shù)的1/10左右；

（4）耐沖擊負荷能力強；處理效果比較穩(wěn)定，適用于農(nóng)村污水量晝夜波動大的特點；

（5）操作管理簡單，一般可以不需要專業(yè)技術(shù)人員；

（6）可以營造成生態(tài)景觀，改善村鎮(zhèn)環(huán)境，農(nóng)田灌溉或種植蔬菜也可以獲得經(jīng)濟收益。

其最大的缺點是：單位污水量需要較多的土地，在污水量大而地價昂貴的城市地區(qū)難以推廣。

但有專家則認為，既然城市可以從數(shù)百公里以外引水，為何不能把城市污水輸送到容易獲得土地的農(nóng)村地區(qū)處理或者灌溉農(nóng)田？例如，美國有“沙漠城”之稱的鳳凰城嚴重缺水，就采用城市污水作為農(nóng)業(yè)灌溉用水，同時換取另一地區(qū)的優(yōu)質(zhì)地下水，雙方都獲得滿意的生態(tài)經(jīng)濟效益。

我國壽光市利用距市區(qū)約35km的廢棄鹽場地，建造成蘆葦濕地作為污水高級處理系統(tǒng)，處理規(guī)模達10萬m³/d。

二、美國污水生態(tài)技術(shù)再興起歷史背景

其實污水生態(tài)技術(shù)并不新鮮，已有幾百年的歷史。早在1650年蘇格蘭就有污水農(nóng)場（sewage farms）在運行；19世紀中葉美國采用化糞池+土壤吸附系統(tǒng)處理分散的農(nóng)村家庭污水；1901年美國建成了第一個城市污水穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)；1907年澳大利亞的沃瑞比農(nóng)場投入使用，利用廢水塘灌溉約1萬hm²的土地；

1938年英國41個城市系統(tǒng)的污水采用土地處理技術(shù)，同期美國有94個城市污水農(nóng)場和污水土地處理系統(tǒng)在運行。

之后，由于城市化的發(fā)展以及日漸昂貴的城市地價，這些污水生態(tài)處理場地逐步被侵占，城市污水處理代之以機械性、化學(xué)品處理技術(shù)。

到了20世紀70年代初，美國通過實踐證明“傳統(tǒng)的污水末端處理技術(shù)救不了我們的環(huán)境”，這是生態(tài)技術(shù)再次興起的歷史背景。

三、美國污水生態(tài)技術(shù)的應(yīng)用概況

1. 氧化塘系統(tǒng)

美國1901年就建成了第一個城市污水氧化塘處理工程，1983年全國城市污水氧化塘處理系統(tǒng)達7000座，比1968年增加一倍多，是1988年城市污水處理廠系統(tǒng)總數(shù)15591座的45%，是當(dāng)年城市污水二級處理廠8536座的82%。1990年全國氧化塘系統(tǒng)達2萬個，占全國城市污水處理系統(tǒng)的25%。90%的氧化塘用于城市人口1萬或小于1萬的小城鎮(zhèn)污水處理。

2. 農(nóng)村家庭污水就地處理系統(tǒng)

在美國污水就地處理系統(tǒng)（OWTS）有上百年的歷史，最早用于沒有污水收集系統(tǒng)分散居住的農(nóng)村家庭污水處理，其典型的處理工藝是《化糞池-土壤吸附系統(tǒng)》（ST/SAS）。這種方法的基礎(chǔ)是化糞池和土壤吸附，處理系統(tǒng)改造簡單，化糞池出水經(jīng)過一個配水井分配到埋于地下的穿孔管，形成滲濾土壤場地。由于不要能耗和運行費用，被稱之為“革新/替代技術(shù)”，實際是一種生態(tài)技術(shù)，同時由于費用低和管理簡單，處理設(shè)施均埋于地下,不妨礙環(huán)境衛(wèi)生條件，所以成為美國分散的農(nóng)村家庭污水最常用的處理方法。

隨著生態(tài)技術(shù)的研究和應(yīng)用，又發(fā)展了以化糞池或沉淀池為預(yù)處理的潛流人工濕地系統(tǒng)，一般用于社區(qū)居民污水處理，同時這種系統(tǒng)可以打造成庭院花園或綠地。

（1）應(yīng)用情況

就地處理系統(tǒng)在美國得到政府的支持而得到廣泛應(yīng)用。19世紀中葉，美國有1800萬個化糞池/土壤就地處理系統(tǒng)，占全國住宅總數(shù)的25%；1970年全國29%的家庭（1950萬）污水采用了就地處理系統(tǒng)；1970~1980年，全國平均每年新建約50萬個就地處理系統(tǒng)。有的州這種系統(tǒng)的服務(wù)人口比例很大：其中有10個州高達40%， 22個州為25%~40%，14個州小于25%。1978~1984年弗羅里達州每年平均建成56327個就地處理系統(tǒng)；1986年北卡羅林那發(fā)放57835個ST/ SAS處理系統(tǒng)執(zhí)照，1986年對該州11207個系統(tǒng)發(fā)放了改建許可證，1988年全州有1500萬個在運行。1988年全國建成2300萬個化糞池-土壤處理系統(tǒng)，其服務(wù)人口約占全國總?cè)丝诘?5%；1999年達2465萬個。

2002年，全美有1/4的家庭生活污水處理使用了OWT技術(shù)。每天有40多億gal(1 gal（英）≈4.55 L) 的生活污水經(jīng)該技術(shù)處理系統(tǒng)后進入地下水。在美國居民生活污水處理所使用的技術(shù)種類統(tǒng)計中，城鎮(zhèn)污水集中處理率占74.8%（服務(wù)人口與總?cè)丝诒龋偷靥幚砑夹g(shù)占24.1%，其他技術(shù)為1.1%。

（2）就地處理系統(tǒng)的安全性問題

20世紀中期就地處理系統(tǒng)安全問題曾受到質(zhì)疑，主要集中在污染地下水和化糞池失效兩個問題，也曾一度將就地處理改造為集中處理系統(tǒng)。1950~1970年約有1000萬個就地處理系統(tǒng)被改成了集中處理設(shè)施。

為了確認就地處理系統(tǒng)的安全性，美國環(huán)保局委托威斯康辛大學(xué)進行了考察研究，研究顯示就地處理系統(tǒng)失效主要有以下幾種原因：對處理場地的評價不夠仔細；系統(tǒng)的設(shè)計不夠合理；沒有按設(shè)計要求施工；監(jiān)管部門審查不力；缺乏合理的運行操作規(guī)程等。

其中缺乏合理的操作管理是特別重要的原因?；S池系統(tǒng)的失效通常是由于人們的忽略，對化糞池不能定期進行清理，導(dǎo)致泥沙淤積且進入土壤吸附場，堵塞污水進入土壤。如果有合適的場地，嚴格的設(shè)計、施工和運行管理，化糞池系統(tǒng)的有效運行壽命與集中處理系統(tǒng)相同，可達30~40 a，其安全性是可以保證的。

（3）就地處理技術(shù)的優(yōu)勢

管理簡單，運行方便；系統(tǒng)運行安全可靠；施工簡單方便可以預(yù)制；造價和成本低廉；基本不耗能；不影響周圍環(huán)境衛(wèi)生。

（4）美國化糞池/土壤吸附處理的設(shè)計參考數(shù)據(jù)

1）人均污水量：美國典型的農(nóng)村家庭人均污水量為170 L/（人·d）（北京農(nóng)村地區(qū)為50~80 L/（人·d））。

2）化糞池容量：化糞池容量取決于服務(wù)人口數(shù)量及化糞池污泥清理的間隔時間。例如按每個家庭5口人，4個家庭20口人的污水進行聯(lián)合處理時，需要化糞池容積約4 m³，預(yù)計化糞池污泥每3年清理一次。

3）土壤處理部分：按每人占地面積約2m²左右。

4）穿孔管：連接化糞池出水與土壤的穿孔管埋設(shè)在土壤中，形成土壤滲濾場，其埋深根據(jù)地區(qū)的冰凍層而定。化糞池出水進入的土壤是處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。由于處理設(shè)施均埋于地下,不影響環(huán)境衛(wèi)生條件。

（5）發(fā)展前景

2007年美國環(huán)保局委托水環(huán)境協(xié)會召開中長期發(fā)展研討會，制定至2025年研發(fā)計劃。美國環(huán)保局制定了就地處理系統(tǒng)的長期發(fā)展戰(zhàn)略。美國提出以現(xiàn)有穩(wěn)定塘、沉淀池、化糞池作為3種預(yù)處理技術(shù)，與土壤為載體的土地處理、人工濕地和地下滲濾等組合，可根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件作為社區(qū)生活污水就地處理系統(tǒng)的選擇模式。

英國斯托夫著《水危機》（2000年）一書中，提出作為水污染解決辦法的 “生態(tài)技術(shù)”。所謂生態(tài)技術(shù)就是基本全部依賴于土壤、水、植物、細菌和太陽的自然要素為基礎(chǔ)，組成的低費用、低能耗、不加入化學(xué)藥劑的自然處理系統(tǒng)。

書中介紹：“這項技術(shù)的興趣已經(jīng)從德國擴展到歐洲、北美、澳大利亞和全世界。如今，北至加拿大的育空地區(qū)和西北地區(qū)，南到澳大利亞和新西蘭，數(shù)以百計的天然濕地和人工濕地用來處理廢水和暴雨水。系統(tǒng)的規(guī)模從單門獨戶的家庭到10萬人口污水的大系統(tǒng)?！?/p>

四、我國農(nóng)村污水處理工程建設(shè)的思考

根據(jù)住建部2013年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計公報，全國自然村265萬個，行政村53.72萬個，總?cè)丝?.62億。有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)介紹“十二五”我國農(nóng)村污水處理目標表示，目前我國農(nóng)村污水處理率為8%。預(yù)計“十三五”將是小城鎮(zhèn)和農(nóng)村環(huán)境治理的重要時期，到2020年，農(nóng)村污水處理率有望翻番，由目前的8%增至15%~20%。另據(jù)環(huán)保部研究，目前全國約有60萬個行政村，按照其中1/3即20萬個行政村迫切需要治理，每個行政村治理需要100萬元，共需財政投入2000億元。

目前，全國各個省市普遍積極地開展了農(nóng)村污水處理技術(shù)方案的示范研究。據(jù)報道，山東文登市農(nóng)村正在推廣“化糞池—垂直式潛流人工濕地”組成的村莊污水就地處理系統(tǒng)。國家環(huán)保部在壽光市三元朱村示范了“OWT技術(shù)處理農(nóng)村生活污水”，也就是本文所述美國農(nóng)村普遍采用的“化糞池/土壤吸附”就地處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)全部埋于地下，不影響環(huán)境衛(wèi)生，地面還可以打造成綠地。由于不需要動力運行，實現(xiàn)了“零”成本，系統(tǒng)穩(wěn)定運行壽命可達40年。有的地區(qū)在同時示范各種處理模式，例如浙江紹興上虞西湖村一口氣拿出了7套方案：“厭氧+濕地”模式、“厭氧+好氧+濕地”模式、“沉淀池+提升泵”模式、“小戶型厭氧+濕地”模式，以及采用德國一體化設(shè)備、“厭氧+滴灌”模式和集中納管進城市管網(wǎng)模式等。有傳統(tǒng)的“土辦法”，也有從德國引進來的先進技術(shù)。

值得提出的是，低能耗、低費用、以土壤為基礎(chǔ)的生態(tài)技術(shù)應(yīng)該成為農(nóng)村污水處理的主導(dǎo)方向，例如利用“化糞池—土壤滲濾”、“化糞池—潛流人工濕地“組成的就地處理系統(tǒng)，以及儲存污水的氧化塘系統(tǒng)與污水灌溉相結(jié)合的綜合利用模式，可能是最佳的選擇。應(yīng)該吸取有些地區(qū)農(nóng)村污水處理出現(xiàn)的“有錢建設(shè)，無錢運行”的教訓(xùn)。國家環(huán)保部和住建部應(yīng)該聯(lián)合起來及早地進行統(tǒng)一規(guī)劃和指導(dǎo)。