李子富:基于源分離的廁所污水安全處理
全康環(huán)保:報告從四個(gè)方面對廁所污水安全處理處置進(jìn)行了講解,首先是前言部分,對我國農村戶(hù)用廁所以及農村公共廁所的現狀、國家針對廁所改革的指導意見(jiàn)以及我國的改廁歷程進(jìn)行了介紹,同時(shí)詳細介紹了我國農村衛生廁所類(lèi)型、各類(lèi)型廁所所具有的特征和適用范圍,通過(guò)數據分析對比了1990年和2015年中國衛生廁所狀況。第二部分從農村廁所改革存在問(wèn)題進(jìn)行講解。分析了六種廁所種類(lèi)的安裝量,各種類(lèi)型廁所安裝、使用以及運維等方面存在的問(wèn)題。第三部分從基于源分離的糞污資源化處理方面進(jìn)行講解,對生活水質(zhì)源管理、各個(gè)源頭污水特征定量分析、分地區農村生活污水水質(zhì)、農村家庭混合污水進(jìn)水水質(zhì)、垂直流人工濕地灰水處理出水水質(zhì)、不同污水水流的處理工藝、源分離資源化處理系統(瑞典模式)進(jìn)行了講解。最后一部分是結論和建議,源分離污水處理可以有效解決農村糞污處理的出路問(wèn)題,可以為節水或缺水地區改廁提供了更好的可行方案。其不僅適合于農村戶(hù)用系統,也適合于村級糞污及灰水處理系統,同時(shí)也適合于城鎮污水管理,但是各個(gè)單元技術(shù)還需要不斷發(fā)展和逐步迭代完善,新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應用將會(huì )為源分離理念的踐行提供更好的機會(huì )。
北京科技大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境工程系主任、教授李子富
源分離的概念我在中國講了20年了,2001年第一篇文章介紹源分離概念的時(shí)候,是希望整個(gè)水系統發(fā)生變革,把過(guò)去的水處理或者污水處理的理念,變成資源化,當時(shí)沒(méi)有多少人響應?,F在源分離不是主要問(wèn)題,資源化是一個(gè)引起大家越來(lái)越多重視的問(wèn)題。如何資源化?什么可以資源化?從源分離的角度來(lái)看看,污水處理是末端處理,還是收集以后去怎么解決,我們在前面怎么來(lái)處理?從綠色能源角度來(lái)講,能不能在源頭、在過(guò)程中就來(lái)實(shí)現資源化,而不是僅僅在末端。
我主要從四個(gè)方面來(lái)講,首先前言部分,農村中污染最重的就是廁所問(wèn)題,越來(lái)越引起重視,農村的廁所問(wèn)題有很多,包括最近從2018年底開(kāi)始,農村農業(yè)部負責推進(jìn)農村廁所改造,非常重視,從2019年1月份的時(shí)候,中央政府八個(gè)部委聯(lián)合發(fā)出了這樣一個(gè)《關(guān)于推進(jìn)農村“廁所革命”專(zhuān)項行動(dòng)的指導意見(jiàn)》,包括了農辦、農業(yè)農村部、衛健委、住房和城鄉建設部、文旅部、國家發(fā)改委、財政和生態(tài)環(huán)境部,按照這樣的意見(jiàn),提出有序推進(jìn)、整體提升、建管并重、長(cháng)效運行的思路,宏觀(guān)上來(lái)說(shuō)是非常好的指導意見(jiàn),對于農村廁所的改變能起到非常重要的作用,不僅僅是指導意見(jiàn),對應的中央政府也有巨大的投資,可能大家知道2019年的時(shí)候,我們國家是投了70億做農村廁所改造的補貼,2020年的時(shí)候,現在初步統計是100億,這只是中央的。根據調研從地方配套,與廁所改造相關(guān)的投入大概有900億,實(shí)際上2020年的時(shí)候大概就是1000億了。
從廁所改造過(guò)去的發(fā)展,可以做一個(gè)時(shí)間軸,最早是20世紀50年代開(kāi)展愛(ài)國衛生運動(dòng)的時(shí)候,包括廁所的改造,但那時(shí)候還沒(méi)有聚焦到廁所,重點(diǎn)還是控制傳染性疾病。有標志性的就是80年代開(kāi)展了改水改廁,包括健康教育的“三位一體”,90年代開(kāi)展了農村改廁工作,這里面有一個(gè)標志性的,就是現在推薦的六種農村衛生廁所,是2003年頒布的《農村戶(hù)廁衛生標準》頒布推薦六種典型戶(hù)廁,到2015年的時(shí)候,習總書(shū)記就對廁所革命做出了重要指示,當時(shí)最早是針對旅游廁所的“廁所革命”,后面對農村的廁所也做出了重要指示,到2017年的時(shí)候有一個(gè)重要的指示,是在吉林視察的時(shí)候提出,后續也有多次針對農村廁所的指示去改進(jìn),后面2019年有了進(jìn)一步的具體推進(jìn),而且落實(shí)到農業(yè)農村部具體推進(jìn),2021年又成立了鄉村振興局,專(zhuān)門(mén)來(lái)做,我們鄉村振興里面有一個(gè)核心的,也是把改廁作為一部分工作。
基于衛生戶(hù)廁的標準,基于當時(shí)的情況推薦的是六種:三格化糞池式、雙甕漏斗式、雙坑交替式、三聯(lián)沼氣式、糞尿分集式、傳統下水道水沖式廁所。據統計,從2005年到2015年衛生廁所覆蓋率是從50%多到78.5%,為什么寫(xiě)到2015年,2015年是聯(lián)合國千年發(fā)展目標的統計年,當時(shí)全世界的目標是77%,我們剛剛超過(guò)世界的平均水平。但是2015年全世界范圍內目標并沒(méi)有實(shí)現,最終實(shí)現的只有67%,說(shuō)明當時(shí)目標定的太大,也說(shuō)明了改廁是非常艱巨的。
由于問(wèn)題沒(méi)有解決,所以聯(lián)合國又提出了2015年后的可持續發(fā)展目標(SDGs),到2030年要實(shí)現全世界范圍內人人享有衛生安全的廁所,即要求糞污要得到安全處理,這個(gè)目標更難更艱巨。
針對這些問(wèn)題我們怎么去解決呢?根據我國現狀,從推進(jìn)的六種廁所情況看到,大家的喜好度差距還是很大的,由圖1可以看出,這六種增長(cháng)最快的是最下面三格化糞池和最上面完整下水道水沖式,由圖2可以看出,2015年擁有三格化糞池和完整下水道的比較多,統計數據里還有其他類(lèi)型,就是有別于這六種基本廁所以外,已經(jīng)超過(guò)了20%,比例也很高,雖然三聯(lián)沼氣池的比例比較高,但由于農業(yè)部不支持戶(hù)用的沼氣廁所,而且家庭養殖有很多的限制條件,導致這種戶(hù)外沼氣池的使用量是在下降的,之所以比例還很高,是因為當年在農業(yè)部的推動(dòng)下比例很高,目前還有一定的使用比例,但總體趨勢上是在穩定下降的。
圖1 2000~2015年中國農村六種無(wú)害化衛生廁所年安裝量
圖2 2015年中國農村六種無(wú)害化衛生廁所及其他衛生廁所安裝量
基于此,農業(yè)農村部組織編寫(xiě)了用的最多的兩種農村廁所類(lèi)型的國家標準,一個(gè)是《農村三格式戶(hù)廁建設技術(shù)規范》(GB/T 38836-2020),另一個(gè)是《農村集中下水道收集戶(hù)廁建設技術(shù)規范》(GB/T 38838-2020),第一個(gè)是經(jīng)過(guò)儲存(原則上60天)以后,然后資源化利用。另一個(gè)村鎮集中下水道收集系統,實(shí)際上采用的是像化糞井的模式,停留時(shí)間很短,把液體部分處理,然后沉淀物會(huì )根據情況考慮處理、處置,還是回用。
村鎮集中的也建了很多,這個(gè)案例是我和中科院北方農村中心去調研的(見(jiàn)圖3),采用了地埋式的處理系統,普遍存在欠缺長(cháng)期穩定安全運行和后續維護的措施和費用,單戶(hù)的情況可以采用化糞池加上污水處理單元,完全可以采用自然的方法,這也是全世界都在推進(jìn),但我們的農村區別于歐洲的農村,管理和建設怎樣協(xié)調和平衡,怎么去解決問(wèn)題,集中的從處理角度比較好解決,但也存在著(zhù)管線(xiàn)、管網(wǎng)收集的問(wèn)題,這也是需要考慮的。
圖3 村鎮集中下水道收集戶(hù)廁示意
綜合起來(lái),針對目前現狀,還面臨著(zhù)很多問(wèn)題,如
三格化糞池廁所配套設備需要完善;
這些問(wèn)題對農村環(huán)境真正意義上根本性的改善都是挑戰。
我們怎么解決這些問(wèn)題呢?污水是可以分成不同的水流,這些水流的水質(zhì)是有區別的,如水量和里面的污染物濃度,如果采用分質(zhì)的收集方式會(huì )有很好的效果。建設部《分地區農村生活污水處理技術(shù)指南》上面要求的COD是高的是450,至少是300,但是如果是做PPP項目或者是政府簽的時(shí)候都是按照最高值的,這也導致很多隱性的浪費,因為負荷算的高,實(shí)際水沒(méi)有那么高。如果受困于脫氮除磷,為什么不能從源頭進(jìn)行分流呢?脫氮的問(wèn)題的試驗我也做了很多年,在德國就做了,如果分流的時(shí)候,把灰水單獨拿出來(lái),這個(gè)數據很簡(jiǎn)單,直接采用垂直流濕地就完全實(shí)現氮非常低的濃度,就可以達標,后面的問(wèn)題就能解決了?;宜鉀Q了,那黑水怎么辦,可以采用組合的方式,通過(guò)同質(zhì)化的去處理,類(lèi)似的污水水流進(jìn)行綜合治理是可以考慮的。
這樣的話(huà),可以實(shí)現不僅僅是水的回流,現在強調資源化其實(shí)是講了水的資源化,而沒(méi)有考慮到營(yíng)養物質(zhì)的資源化。通過(guò)定量分析,如果采用分流飲用水可以節約,資源也可以得到回收。目前聯(lián)合國也在推進(jìn)城市全域衛生廁所設施這個(gè)概念,希望以城市來(lái)帶動(dòng)周邊農村實(shí)現人人享有衛生廁所的這樣一個(gè)目標,如果把所有的污水都進(jìn)去的話(huà),就可以實(shí)現水的回用,但是很難實(shí)現其他物質(zhì)的回用,大量的文獻表明回用幾乎是零,這是我們需要考慮的。從全世界范圍內針對這樣的資源化處理設施都是缺乏的,糞便怎么清掏處理也都沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化的方式,未來(lái)我們在資源化上怎么樣去做我們新的裝備,在這方面怎么去開(kāi)發(fā)一些具有創(chuàng )新意義,能夠實(shí)用的技術(shù),這也許是我們未來(lái)的商機,未來(lái)希望通過(guò)源頭的控制實(shí)現資源化和環(huán)境保護的多重效應。
沖洗水量和沖洗效果的平衡;
水資源短缺地區的管理維護;
村鎮集中下水道收集。
這些問(wèn)題對農村環(huán)境真正意義上根本性的改善都是挑戰。
我們怎么解決這些問(wèn)題呢?污水是可以分成不同的水流,這些水流的水質(zhì)是有區別的,如水量和里面的污染物濃度,如果采用分質(zhì)的收集方式會(huì )有很好的效果。建設部《分地區農村生活污水處理技術(shù)指南》上面要求的COD是高的是450,至少是300,但是如果是做PPP項目或者是政府簽的時(shí)候都是按照最高值的,這也導致很多隱性的浪費,因為負荷算的高,實(shí)際水沒(méi)有那么高。如果受困于脫氮除磷,為什么不能從源頭進(jìn)行分流呢?脫氮的問(wèn)題的試驗我也做了很多年,在德國就做了,如果分流的時(shí)候,把灰水單獨拿出來(lái),這個(gè)數據很簡(jiǎn)單,直接采用垂直流濕地就完全實(shí)現氮非常低的濃度,就可以達標,后面的問(wèn)題就能解決了?;宜鉀Q了,那黑水怎么辦,可以采用組合的方式,通過(guò)同質(zhì)化的去處理,類(lèi)似的污水水流進(jìn)行綜合治理是可以考慮的。
這樣的話(huà),可以實(shí)現不僅僅是水的回流,現在強調資源化其實(shí)是講了水的資源化,而沒(méi)有考慮到營(yíng)養物質(zhì)的資源化。通過(guò)定量分析,如果采用分流飲用水可以節約,資源也可以得到回收。目前聯(lián)合國也在推進(jìn)城市全域衛生廁所設施這個(gè)概念,希望以城市來(lái)帶動(dòng)周邊農村實(shí)現人人享有衛生廁所的這樣一個(gè)目標,如果把所有的污水都進(jìn)去的話(huà),就可以實(shí)現水的回用,但是很難實(shí)現其他物質(zhì)的回用,大量的文獻表明回用幾乎是零,這是我們需要考慮的。從全世界范圍內針對這樣的資源化處理設施都是缺乏的,糞便怎么清掏處理也都沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化的方式,未來(lái)我們在資源化上怎么樣去做我們新的裝備,在這方面怎么去開(kāi)發(fā)一些具有創(chuàng )新意義,能夠實(shí)用的技術(shù),這也許是我們未來(lái)的商機,未來(lái)希望通過(guò)源頭的控制實(shí)現資源化和環(huán)境保護的多重效應。