美國分散型生活污水治理技術(shù)分析

       美國作為發(fā)達國家，較早開始關注農(nóng)村污水治理。美國的分散型污水處理系統(tǒng)又稱為就地處理系統(tǒng)。目前，美國超過20%的住宅使用分散型污水處理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)服務著約為25%的美國人，每天處理的污水總量超過40億美加侖(1美加侖=3.785L)。美國在分散型污水處理中的技術(shù)措施與管理機制對我國農(nóng)村污水治理具有很好的參考作用。

       一、分散污水處理技術(shù)

       化糞池一土壤吸收系統(tǒng)

       在美國，化糞池一土壤吸收系統(tǒng)在眾多就地處理方法中最為流行。因為它在滿足公眾健康和環(huán)境要求的同時，設計較為簡單，且價格相對便宜?；S池一土壤吸收系統(tǒng)一般包括化糞池與吸收場地兩部分?；S池作為污水初級處理單元，起到污水的收集和初級處理功能。吸收場地可以分為兩種類型，即礫石型和無礫石型，按照場地形狀又可以劃分為溝式和畦式。

       污水蒸散系統(tǒng)

       污水蒸散系統(tǒng)是通過土壤表面蒸發(fā)和植物蒸騰作用等物理力將污水排入大氣的污水處理設施。主要由防滲襯墊、布水管和砂床組成，砂床表面可以種植植被。由于需要蒸發(fā)和植物蒸騰等作用力，污水蒸散系統(tǒng)對氣候有較嚴格的要求，僅適合年蒸發(fā)率超過年降水率的干旱、半干旱地區(qū)，且不能在水資源短缺區(qū)域使用。而且由于通過蒸散作用排水，一般不會危及地下水安全，因而地質(zhì)條件適應范圍較廣。

       土墩系統(tǒng)

       土墩系統(tǒng)是高于自然土表的、裝載有填料的污水土地處置方式。主要由填料、吸收區(qū)域、布水網(wǎng)絡、頂蓋以及表層土壤組成。土地處理方式是大部分地區(qū)處理污水的首選，沒有足夠的土壤過濾污水時，需要人為補充土壤以及填料來進行處理。較多的土壤同時可以加大處理系統(tǒng)與地下水水位間的距離，保證地下水的安全。

       一體化處理裝置

       一體化處理裝置是預制造的污水就地處理設施，適用于人口較少、污水流量較小的區(qū)域。傳統(tǒng)處理裝置需要就地安裝，而一體化處理裝置的處理組件直接在工廠進行裝配，然后運輸至指定地點。其結(jié)構(gòu)緊湊、施工工程量小。集成式的污水處理設施一般具有基本的物理處理單元，包括混凝、絮凝、沉淀、過濾等。最常見的一體化處理裝置有延時曝氣反應裝置、序批式反應器、氧化溝、接觸穩(wěn)定池和旋轉(zhuǎn)生物接觸器。

       目前MBR的研究與應用較為廣泛，因為其生物質(zhì)含量高、體積小、出水水質(zhì)好，而膜組件的模塊化性質(zhì)允許其適應不同處理規(guī)模的要求。

       砂濾系統(tǒng)

       砂濾系統(tǒng)是指采用介質(zhì)對污染物進行截留和生物降解的處理裝置，其結(jié)構(gòu)各異，靈活性大，適用范圍廣。砂濾系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)可以分為地埋式、間歇式和循環(huán)式3種。地埋式砂濾系統(tǒng)通過在暗渠中鋪設粗礫石，并覆蓋沙子以處理污水，占地面積小、無異味。間歇砂濾器通過兩個或兩個以上的處理單元輪流裝填污水，這種輪休機制能夠保證砂濾器中保持好氧狀態(tài)，有利于生物膜的生長，提高污染物去除率。循環(huán)式砂濾系統(tǒng)由化糞池、循環(huán)池和砂濾器組成，通過循環(huán)也可以增加污水中氧含量。

       二、分散污水處理技術(shù)選擇的啟示

       符合地理條件，滿足選址要求

       不同的技術(shù)有其相適應的地理條件。化糞池一土壤吸收系統(tǒng)的處理單元是土壤，因而對土壤、地質(zhì)條件有一定要求。合適的土壤需要有良好的滲透性，且土壤水分在一定深度內(nèi)保持不飽和狀態(tài)，從而保證土壤的處理能力。處理系統(tǒng)的位置應該遠高于地下水水位和基巖，并和飲用水水源的位置保持一定距離，以減小對地下水等天然水體的威脅。對于選址的地理要求，美國有相應的規(guī)則標準。1993年，國家制圖和地理中心(NRCS)對化糞池吸收場建立了限制評級系統(tǒng)用于指導選址。不同的州對于就地處理系統(tǒng)有不同的選址規(guī)則，例如阿拉巴馬州有6項選址參數(shù)，分別是滲透性、到巖石或其他限制層深度、到季節(jié)性水位深度、坡度、洪泛頻率和含水土壤的存在。中國經(jīng)度、緯度跨度大，地形、地貌差異明顯，需要根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)情況考慮是否選擇土壤處理技術(shù)，以保證系統(tǒng)處理性能，避免重蹈覆轍，污染地下水。同時應建立詳細的場地評估標準，在選擇技術(shù)前進行場地評估，規(guī)范技術(shù)的選擇流程。當一些土地處理系統(tǒng)不適用時，可以通過增加輔助設施來改善處理效果，或直接采用一些其他的替代技術(shù)，例如好氧、厭氧等工程化的生物處理設施。

       處理能力符合相應環(huán)境水質(zhì)要求

       技術(shù)選擇前期應該對所在地區(qū)進行詳細調(diào)查，包括污水的水質(zhì)、水量，環(huán)境敏感地區(qū)位置，人口密度等。其次確定地表水與地下水水質(zhì)，評估受納水體的易污染程度以及水體自凈能力，根據(jù)環(huán)境和健康風險來確定處理標準。不同地區(qū)對就地處理系統(tǒng)設置的處理要求應有所區(qū)別，對于飲用水水源地、自然保護區(qū)等水質(zhì)敏感區(qū)域，就地處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)要求較高。但對于一般地區(qū)，出水水質(zhì)要求不必設置過高，從而節(jié)省資金。美國馬薩諸塞州就地處理系統(tǒng)的條例中規(guī)定局部區(qū)域為“氮敏感區(qū)域”，位于該區(qū)域的就地處理系統(tǒng)需要去除進水中40%以上的氮負荷，并以每英畝/天規(guī)定了最大排放流量。我國太湖、巢湖、滇池等流域富營養(yǎng)情況較重，分散型污水處理系統(tǒng)等非點源污染源需要加以控制，因而需要增加脫氮除磷的負荷要求。

       價格適宜

       美國對己有技術(shù)的經(jīng)濟核算十分重視，因為這有利于指導后續(xù)的技術(shù)選擇。早在1979年，EPA發(fā)布了較全面的傳統(tǒng)污水處理技術(shù)資本和運營成本的匯總。洪堡州立大學也編寫了具備成本估算功能的WAWTTAR程序，用于污水處理設施規(guī)劃或基礎設施投資的可行性分析，改程序涵蓋了各項分散污水處理技術(shù)。但在發(fā)展中國家，分散型污水的處理缺少經(jīng)濟成本的參考數(shù)據(jù)，因而有必要對國內(nèi)一些己有示范工程進行經(jīng)濟核算。農(nóng)村污水處理技術(shù)的選擇需要結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟水平和環(huán)境需求，綜合考慮費用與處理效果的關系，從而選擇性價比較高的技術(shù)。費用估算時不僅要包括建造費用，還要考慮使用期的運行、維護費用，以及長期必要的維修和替換費用。只有當村莊正確評估自身所能承擔的費用后，才能防止有錢建設，無錢運行，污水處理設施建成之后“曬太陽”。

       三、分散污水治理的管理機制

       目前，我國農(nóng)村生活污水年產(chǎn)生量逐年增多，生活污水隨意排放。不僅影響農(nóng)村居民的飲用水安全以及人居環(huán)境，同時威脅到了水體生態(tài)環(huán)境。然而，目前我國實施農(nóng)村污水處理存在不少難點，農(nóng)村生活污水污染物濃度低、波動大，水量規(guī)模小，且嚴重缺乏維護管理技術(shù)人員及運行管理經(jīng)驗。

       突出運行維護

       一個處理系統(tǒng)運行成功與否很大程度上取決于運行維護階段。美國分散型污水處理設施管理分為5種模式，分別是戶主自主模式、維護合同模式、運行許可模式、集中運行模式和集中運營模式。較為簡單的系統(tǒng)可以通過戶主教育，依靠戶主自行維護;較為復雜的系統(tǒng)則需要供應商提供維修服務;由管理責任實體運行的系統(tǒng)則由管理實體負責維護。分級管理維護可以最有效率地保障處理系統(tǒng)的性能。不同的處理系統(tǒng)維護內(nèi)容存在差異。結(jié)構(gòu)較為簡單的處理系統(tǒng)，例如化糞池，需要檢查污泥和浮渣層積累情況，評估泵的性能，檢查機械組件是否正常工作。而續(xù)批式反應器等好氧生物處理設施維護內(nèi)容更多，包括監(jiān)測DO、pH和MLSS濃度等參數(shù)，定期維修曝氣鼓風機、潛水泵等設備。為了保證維護的服務質(zhì)量，需要測試從業(yè)人員的能力。一些州和國家貿(mào)易團體，如NSF國際，國家污水運輸商協(xié)會，國家環(huán)境衛(wèi)生協(xié)會和國家環(huán)境服務中心都制定了相關培訓和認證計劃，以檢驗從業(yè)人員執(zhí)行系統(tǒng)檢查和其他服務的能力。而服務供應商也只有通過測試才可進入供應商名單。為了保證維修服務便于追溯查詢，每次維修服務后需要進行登記，必要時使用聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設施。羅德島的Jamestown鎮(zhèn)具有就地處理系統(tǒng)的日常維護監(jiān)測項目，檢查員在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中記錄監(jiān)測信息。根據(jù)系統(tǒng)的大小、類型和用水情況，每3年或5年檢查一次系統(tǒng)。

       注重公眾教育

       縱觀處理系統(tǒng)失敗的原因，大多數(shù)情況是由于戶主缺乏經(jīng)驗，不能及時有效地維修和更新故障的處理系統(tǒng)，最終導致系統(tǒng)崩潰。公眾教育有利于提高處理系統(tǒng)相關的操作與管理人員維護系統(tǒng)的意識和能力，主要內(nèi)容包括提醒用戶定期維護，分發(fā)多媒體資料等。EPA每年會舉辦SepticSmart周宣傳化糞池系統(tǒng)的維護，并為戶主提供了具體的維護建議。

       完善管理條例

       為了維持分散型污水處理系統(tǒng)的良好運行，美國分散型生活污水治理有相關法律法規(guī)的條款保障。聯(lián)邦層面由一些主要的水污染控制法案來實現(xiàn)，例如清潔水法案 ,安全飲用水法案 ,海岸帶管理法案/1990年海岸帶法修正案以及其他聯(lián)邦法案。在州層面，分散型生活污水治理的管理要求通常以涉及相關領域的法令形式出現(xiàn)，法令種類較多，涉及公共安全法、妨害行為法、環(huán)境保護法或建筑法規(guī)等。但在大多數(shù)州，就地處理系統(tǒng)的管轄權(quán)一般下放至縣或其他地方管理部門。

       地方管轄部門在執(zhí)法時可以直接執(zhí)行州制定的法規(guī)或執(zhí)行自行制定的更嚴格的法規(guī)。除了強制執(zhí)行的法律要求，EPA同時注重發(fā)布指南手冊對分散型處理系統(tǒng)的管理予以指導，分別于2003年和2005年發(fā)布了《分散型處理系統(tǒng)管理指南》和《分散型污水處理系統(tǒng)管理手冊》等相關管理文件幫助社區(qū)管理者與戶主進行處理系統(tǒng)的運行和維護。除此以外，就地處理系統(tǒng)的標準化對保證系統(tǒng)的處理性能有著重要意義。美國國家衛(wèi)生基金會/美國國家標準學會(NSF/ANSI)為就地處理系統(tǒng)設定了各類標準，包括堆肥廁所、化糞池出水過濾器、泵、消毒設備、瀝濾場等就地處理系統(tǒng)和組件的設計標準，分散型污水的回用水標準以及場地性能測試標準等，以此將各類分散型污水處理設施的設計與驗證過程標準化。

       加強部門合作

       (1)聯(lián)邦、州與地方政府

       美國環(huán)保署設立的清潔水州周轉(zhuǎn)基金是很多市政基礎設施建設的資金來源，同時也是分散型污水處理項目的重要資金來源。資金的良好運轉(zhuǎn)是聯(lián)邦、州與地方政府良好協(xié)作的結(jié)果。清潔水州周轉(zhuǎn)基金主要依靠聯(lián)邦一州資助關系向社區(qū)和個人提供低息或無息貸款，貸款返還到周轉(zhuǎn)基金后，再分配給后續(xù)項目。聯(lián)邦主要負責向各州提供撥款，各州負責州內(nèi)CWSRF項目的運作，提供各種類型的資金援助，包括貸款、再融資、采購或保證地方債務和購買債券保險。當基金不能直接下放給私人實體時，可以通過轉(zhuǎn)手貸款先資助當?shù)卣畬嶓w，再向戶主或其他實體提供貸款或撥款。

       (2)聯(lián)邦與合作組織

       為了加強EPA與分散系統(tǒng)相關從業(yè)者的合作，EPA和分散型污水處理的相關合作組織在2005年建立了諒解備忘錄，這些機構(gòu)包括國家鄉(xiāng)鎮(zhèn)協(xié)會、國家污水技術(shù)人員協(xié)會、國家環(huán)境健康協(xié)會等。EPA和簽約組織的職責包括為從事分散型污水處理系統(tǒng)行業(yè)的人員提供項目、法規(guī)、計劃的信息，準備培訓、授予證書，提升公眾意識，為實施分散系統(tǒng)的組織準備材料等。

       (3)州與州

       流域性的污水問題僅靠州內(nèi)單獨治理并不能得到很好的解決。對于分散型污水處理，美國各州之間注重區(qū)域合作和信息共享。2015年，為了更好地實現(xiàn)切薩皮克灣的污染物最大日負荷總量目標(TMDL)，特拉華州、馬里蘭州、賓夕法尼亞州、弗吉尼亞州和西弗吉尼亞州簽署了一份合作備忘錄，承諾對用于削減切薩皮克灣氮負荷的就地處理系統(tǒng)的預處理單元進行數(shù)據(jù)共享，協(xié)議為期5年。這種州際之間合作開發(fā)工具共享數(shù)據(jù)的行為在就地污水處理行業(yè)中尚屬首次。此前處理系統(tǒng)的審批在每個州單獨進行，合作后能夠大大簡化各個州內(nèi)處理技術(shù)的審批流程，降低用戶和制造商的成本。