我国建制镇生活污水处理技术标准研究

　　摘要:建制镇是新型城镇化与乡村振兴协调发展的重要载体。研究统计结果数据显示,我国10000~100000人口规模的建制镇数量占全国总建制镇数量的90.92%。建制镇污水产生量则呈现橄榄型分布,且具有较强的地域性:产生量<1000m3/d的建制镇数量比例为13.12%,主要处在西部地区;产生量为1000~5000m3/d的建制镇数量为71.03%,均匀分布在中东部地区;产生量>5000m3/d的建制镇数量为15.85%,地处东部地区。直接套用城市污水处理的相关排放、设计与处理技术标准等“一刀切”方式,使得建制镇污水处理及长效运行面临严峻挑战。因此,以城乡融合发展为指导思想,明确不同区域建制镇污水的产生特征和规模界定范围,通过不同规模与不同排放去向建立建制镇污水分级分类的排放标准,因地制宜进行建制镇污水处理设施的技术路线选择,建立符合我国城乡融合发展进程的建制镇污水治理技术标准化体系对于加快推进新型城镇化与乡村振兴战略中的人居环境改善具有重要意义。

　　关键词:建制镇;生活污水;处理技术;标准;城乡融合

　　0 引言

　　2020年我国建制镇污水处理设施数量已达到1.14万个,排水管网长度19.8万km,日处理能力2740万 m3。但与城市污水处理相比,建制镇污水治理依旧相对滞后,不同地区建制镇污水处理率差异较大(10.13%到99.70%)[1]。新型城镇化与乡村振兴成为解决城乡发展不平衡、农村发展不充分问题的“双轮驱动”[2]。建制镇与县城是新型城镇化与乡村振兴协同发展的重要抓手与载体,发挥着承上启下的重要作用[3-4]。《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》[5]明确提出,“到2025年,全国城市生活污水集中收集率力争达到70%以上;县城污水处理率达到95%以上;水环境敏感地区污水处理基本达到一级 A排放标准;到2035年,城市生活污水收集管网基本全覆盖,城镇污水处理能力全覆盖,城镇污水得到安全高效处理,全民共享绿色、生态、安全的城镇水生态环境”。达到这一目标的重要基础之一就是要构建完整的建制镇污水治理体系。我国幅员辽阔,自然、经济、社会区域差异显著,建制镇规模众多。

　　一方面建制镇生活污水在水质、水量和处理工艺、排放要求等方面与城市和农村均存在着一定差异,同时各建制镇之间也不尽相同。《国家标准化发展纲要》[6]提出要推进乡村振兴和新型城镇化标准化建设,因此在乡村振兴和新型城镇化背景下,针对建制镇污水产排特征,明确建制镇污水的规模界定范围,因地制宜地对建制镇这类处理规模跨度相对较大、水质水量波动相对较强的生活污水确定适宜的资源化与处理技术标准,逐步推进建制镇污水的处理规划、设施建设、运行管理等专有规程与标准的制定,从而规范、引导和推动行业健康发展,建立符合我国城乡融合发展进程的建制镇污水治理体系。

　　1 建制镇生活污水处理与技术标准现状

　　1.1 我国建制镇生活污水的产生特征污水产生量是污水处理的基础特征,其人口数量存在很大相关性,决定了工艺路线和运行管理模式的合理性。近年来随着我国城镇化速度的加快,建制镇数量在快速发展。截至2020年底[7],全国建制镇建成区户籍人口数为1.66亿人。根据国家统计局《2019中国县域统计年鉴》[8],对我国现有行政区划范围内(不含香港、澳门、台湾)共21125个建制镇人口数量进行了统计分析,我国建制镇人口规模主要集中在10000~100000人口规模区间,其数量占到全国建制镇数量的90.92%:低于10000人口规模的建制镇占全国比例为5.9%,主要分布在四川、甘肃、陕西、西藏、新疆、内蒙古和黑龙江。

　　而高于100000人口规模建制镇的数量占全国的比例为3.18%,主要分布在广东、广西、安徽、江苏、湖北、山东、湖南。不同人口规模的建制镇数量分布一方面受经济、气候等因素影响,同时也与我国人口密度分布也存在着一定相关性。建制镇的生活污水产生量与地理环境因素、区域经济水平、气候特点和个人用排水等因素相关。根据国家《第二次全国污染源普查生活污染源产排污系数手册》[9]中不同地区的产污系数和折污系数,获得全国建制镇污水日产生量的建制镇数量统计分布。

　　污水日产生量分为 4 个规模等级:0~500、500~1000、1000~5000及5000m3/d以上。排放量为0~1000m3/d的建制镇数量占全国数量的13.12%,主要集中在新疆、西藏、青海、四川等我国中西部和东北地区;污水日产生量在1000~5000m3/d的比例为71.03%,其中1000~2000m3/d的建制镇比例为25.87%,2000~3000m3/d的建制镇比例为21.46%,3000~4000m3/d的建制镇比例为14.38%,4000~5000m3/d的建制镇比例为9.32%;这些建制镇主要分布在四川东部、重庆、湖南、湖北、安徽等我国中部与东部地区。而污水日产生量在5000m3/d以上的建制镇数量占全国比例为15.85%,这些大污水产生量的建制镇集中在江苏、浙江、广西、广东、福建等东部沿海地区。

　　从以上结果不难看出,我国建制镇污水产生量基本呈现橄榄型分布,且具有较强的地域性和规模性特点。小规模产生量的建制镇污水更为接近农村分散型污水水量特征,且周围环境具有较强污水资源化需求的西部地区。而大规模产生量的建制镇污水特征更为接近城市污水,周围环境多为水质型缺水或敏感地区,而地处经济发达地区可以为满足高标准城镇污水排放及城市水回用提供较强的经济与技术基础。因此,通过对我国建制镇人口和污水产生量的统计与分布分析,可以初步明确建制镇污水的产生特征和规模界定范围。

　　1.2 建制镇生活污水的处理现状图1显示了2020年我国省级行政区划内建制镇的生活污水处理情况[1]。一方面,建制镇污水处理均呈现出较大的地区差异:江苏、福建、重庆、山东等地区的建制镇污水处理率排名前列,最高接近100%;而海南、西藏、内蒙古、黑龙江等地区的建制镇污水处理率则相对较低,从10%至26%。要完成农村人居环境整治提升五年行动计划,必须遵照分区分类推进治理的思路,镇村统筹,以镇带村,充分发挥出建制镇在乡村振兴中的关键节点与领头覆盖作用。

　　1.3 建制镇生活污水排放标准的执行现状对全国1155座已建成建制镇污水处理厂执行的排放标准情况进行了调查,结果如图2所示,并根据建制镇污水处理规模将其划分为三类:Ⅰ 类:<1000m3/d;Ⅱ 类:1000~5000m3/d;Ⅲ 类:>10000m3/d。52%的建制镇污水处理厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准,39%的污水处理厂执行一级 A标准,两者共计91%;其余大多执行 GB18918-2002中的二级和三级标准,或其他地方标准。从不同处理规模的具体执行排放标准情况来讲:1000m3/d以下的建制镇污水厂执行一级 B 标准的占到了62%,执行一级 A 标准有27%;在1000~5000m3/d的建制镇污水厂中执行一级 A和一级B的比例为44%和47%;在>5000m3/d以上污水厂执行一级 A和一级B标准的比例分别40%和50%。

　　建制镇污水主要产生范围是在5000m3/d以下,集中在1000~5000m3/d;绝大多数处理设施是执行城镇污水处理厂的一级B和一级 A 排放标准。建制镇污水的产排规律接近农村污水,周围环境也更接近自然与农业环境,具有更强烈的污水资源化需求。因此建制镇污水处理“一刀切”地采用城镇污水处理排放标准,特别是一级 A 标准,并不符合“因地制宜、分类施策”的目标,同时对后续工艺路线选择、运维成本带来一系列的技术与经济影响。2018年《关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知》(环办水体函〔2018〕1083号)[10]发布,我国各省、市自治区均根据通知精神分别制定了省内农村污水的分级分类排放标准,建制镇污水的排放标准应借鉴农村污水的成功经验,根据本地水资源禀赋、水环境承载力、发展需求和经济技术水平等因素进行分级分类治理。

　　1.4 建制镇污水处理技术与相关规范的使用现状目前建制镇污水处理使用的相关技术标准主要为住建和环保部门颁布的两个行业标准(表1),与成套的城市和农村标准相比,建制镇相关内容依旧偏少,在工艺选择、污水收集、运行维护等方面容易出现运行不稳定、出水水质不达标等现象。对全国1155座建制镇污水处理厂采用的主要处理工艺进行了详细调查(图3)。建制镇污水处理厂目前主要使用的处理工艺包括:针对一级 A排放标准的厌氧/缺氧/好氧(AAO)脱氮除磷工艺、针对一级B以下排放标准的活性污泥法(包括 AO 法、SBR、氧化沟等相关处理工艺及其变形形式)、接触氧化法(生物滤池)、土地处理和氧化塘等[13]。

　　在处理规模<1000m3/d的污水处理工艺中以生物滤池和活性污泥法为主,但还存在13%比例的 AAO 工艺;在1000~5000m3/d的范围内,接触氧化法的比例有所下降(37%降至20%),活性污泥法的比例大幅上升(67%),AAO 工艺比例有所上升(16%);随着污水处理规模的持续增加,AAO 工艺比例逐渐升高,在>10000m3/d的规模范围内达到36%,在实际运行中工艺选择与执行排放标准不匹配的情况又比较普遍:一方面在1000~5000m3/d内执行一级 A标准的平均比例接近50%,而具有严格脱氮除磷能力 AAO 工艺的使用比例却相对较低,在<1000m3/d规模设施执行一级 A排放标准使用,工艺对回流、厌氧/缺氧条件、能耗的严格要求使得小规模建制镇污水处理厂能否具有长效稳定处理能力和获得可持续运行能力资金支持面临较大挑战。同时值得注意的是,由于执行较高排放标准,大多数工艺路线(如 AAO法和部分活性污泥法)是以高能耗方式去除污水所合氮磷元素。

　　因此,按照“卫生需要、环境需要、资源化需要”准确规划定位建制镇污水处理厂功能前提下,其处理工艺的选择与采用迫切需要专门针对建制镇污水相关处理技术规程的指导与管理,使工艺与建制镇污水处理的真正规模相匹配,真正满足“污水处理资源化利用新格局”排放标准的要求。影响建制镇污水处理厂正常运行的另一个重要原因是污水收集。设施的处理规模依据污水产生量进行设计,但实际处理量却受限于管网。由于镇、村生活污水处理领域缺乏管网的建设与运行管理标准,造成管网建设落后且建成管网收集率不高,雨污混流现象突出;一些镇村管网采用城市标准建设,在水量小、波动大的条件下容易成为“沉淀池”造成管网堵塞。目前,小城镇污水处理设施的平均负荷率约为60%,有近一半的省份建制镇污水处理率低于35%,导致污水处理厂长期“吃不饱”,无法按设计要求正常运行,成为“晒太阳”工程。

　　因此,有必要制定镇村生活污水收集系统的设计、施工及运行管理规程,以保证生活污水的应收尽收与设施的正常运行。同时,已建设施运管能力不足,长效保障欠缺等因素使得镇、村污水处理设施无法完全发挥自身的环境改善作用。如何保障建设与后续运行质量是建制镇与农村污水治理同时面临的重要难题。在分散型污水处理技术工艺中一体化及撬装式正在成为建制镇污水处理设施和农村生活污水处理设备的重要实现形式。但市场内的设备普遍存在产品设计规范性低,一体化处理设施运行及管理中低稳定性和难持续性等现象频发。应该尽快研究确定适合我国镇、村污水小型设备稳定运行材质、性能评估的标准方法,不仅可为当前各项繁杂技术的比对提供统一客观依据,更重要的是为镇村小型设施的长效稳定运行提供有力的专业保障。

　　2 “十四五”建制镇生活污水处理技术标准体系建议建制镇是推动公共服务向农村延伸的重要节点。相比较而言,我国城市污水处理技术标准体系通过近三十年的建设已经日趋完善;“十三五”期间以因地制宜策略建立各省农村排放标准为标志性事件的农村污水标准体系建设也逐渐走上快车道;而处于两者衔接地位的建制镇污水则处于相对空白区域,亟需定位准确、内容恰当的标准体系进行覆盖。精准聚焦建制镇污水处理,在明确其污水产排规律、处理与运维现状的基础上,牢牢秉持建制镇污水是城乡污水统筹治理关键节点的认识,通过内容覆盖准确的标准体系规范作用,引导建制镇污水解决目前从管网建设到设施运维的具体问题,真正发挥镇级污水处理设施在技术上对城市污水承接、在运维上对农村污水引领的统筹衔接作用,实现建制镇污水处理的高质量发展、可持续发展。

　　2.1 以资源化为导向、分级分类管理的建制镇污水排放标准目前,调研案例中90%的建制镇污水处理设施执行 《城 镇 污 水 处 理 厂 污 染 物 排 放 标 准》(GB18918—2002)中的一级 A、一级B标准。而建制镇作为乡之头、城之尾,其周边存在着复杂水环境,与城市水环境具有较大差异,既存在资源化的农业灌溉需求,也有因为特殊地理因素形成的水质敏感区,具有不同层次的水利用途径。在国家大力提倡水资源就地、就近回用前提下,根据实际情况因地制宜地对建制镇污水处理设施的出水排放进行分级分类的排放标准制定,指导后续具体工艺技术路线选择与未来运营管理模式[14]。

　　根据我国建制镇污水的产生分布特征,同时借鉴发达国家(如欧盟城市污水处理法规(UWTD))根据设施规模和所处位置确定排放标准的经验,有必要针对处理规模在5000m3/d以下的建制镇生活污水提出分级分类管理的排放要求,例如,除重点流域及特殊敏感水域的特殊要求外,要根据处理规模及资源化要求等确定建制镇污水的排放水质标准:①当建制镇污水产生量<500m3/d,其处理设施出水应执行当地的农村污水排放标准;②当建制镇污水产生量在500~1000m3/d时,其处理出水应参考当地的农村污水排放标准,而在严重缺水地区,污水处理应与资源化利用结合;③当建制镇污水产生量在1000~5000m3/d时,要根据不同的排放去向(达标排放、城市再生水回用、农村地区的资源化利用)执行不同的排放标准;④当产生量>5000m3/d时应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)或更为严格的排放标准。

　　2.2 区域统筹的建制镇污水处理规划区域统筹是全面保障镇、村生活污水长效治理的根本方法,作为引领建制镇污水设施建设与管理的规划,要明确“有条件的地区推行城乡污水处理统一规划”的指导思想,在具体规划中要将建制镇生活污水治理纳入县域污水处理的“四个统一”中去,以县(市、区)为单位推进区域生活污水治理:以县域或流域为单元,统一规划建制镇污水处理,厂-网河、县-镇-乡-村统筹,厂网并重;要明确管网建设与污水处理能力的相互耦合,明确建制镇污水收集的近、中、远三期目标与相应工作内容,推进建制镇污水治理工作的有序开展;注重环境敏感区域,因地制宜选择恰当排放标准与适宜处理技术,注重污水资源化和氮磷资源循环利用,推行污水处理设施建设运行一体化,强化设施运行维护保障。通过制定建制镇污水处理设施建设规划技术指南,指导地方编制污水处理规划中以生态修复保护和环境景观建设等手段贯彻低碳生态理念,完善建制镇污水处理的设计、施工、评价、验收的统一技术标准规范。

　　2.3 建制镇生活污水适用处理技术标准建制镇污水处理技术标准是我国城镇污水处理体系的重要组成部分,应与城镇污水和农村分散型污水处理技术内容进行有机衔接,同时对建制镇污水处理设施建设和后续运行维护能够起到规范与引导作用。所以需要针对建制镇污水的产排特征,按照不同处理规模建立对应的建制镇污水处理技术规程,根据排水去向、住户集聚程度的基础上,统筹考虑了当地经济承受能力、区域水环境保护与资源化利用要求、后续运行维护能力等关键因素后,因地制宜地选择与处理规模和可能执行排放标准相匹配的处理模式,真正解决目前直接套用城市污水处理技术造成建制镇污水运行不稳定、污水资源化利用率低的实际问题。在技术工艺上,建议以处理规模为主要依据,同时结合《农村生活污水处理工程技术标准》(GB/T51347-2019)及《室外排水设计标准》(GB50014-2021)中相关工艺适宜的处理范围进行因地制宜的技术选择(表2),并在标准中规定相应的适宜参数[15-16]。

　　2.4 运行维护标准以“统一管理”的思想构建县域范围的建制镇污水处理设施运维模式:县域范围内建制镇污水的运行维护不仅仅只包括建制镇,要在区域范围内通过建制镇污水处理设施的“以点带面”,覆盖相应范围的农村分散型污水处理设施的运行维护;通过提升运行管理的信息化程度与专业化运维水平,创建、发展建制镇污水处理运行管理的新技术和新模式,保证县域范围内全部生活污水处理设施的稳定达标运行。内容应该包括:①需要对管理人员进行再培训,提升管理人员的管理水平及专业技术能力;②针对建制镇污水处理,开展污水收集管网摸底排查,建立完善相应的管网信息系统;③逐步实现对设施运行过程的远程监控、信息采集、系统智能调度、事故智慧预警等功能。

　　污水处理论文：集中将纺织业的污水进行处理

　　3 结语

　　建制镇污水治理体系与城市污水、农村污水治理体系在污水的产生规模与分布、污水排放标准与处理技术选择、设施长效运行维护等方面确实存在着较大差异。从城乡融合发展角度,亟待建立以县城及建制镇污水处理设施为支撑点,镇乡村一体化的污水治理技术、模式、管理机制。因此建制镇污水应该尽快推进生活污水处理标准化体系建设,建立涵盖从规划到建设、运行、监管全过程的技术标准化体系,确立完整的具有不同分类管理特征的建制镇污水治理与管理模式体系。从科学规划到高效组织,全面考虑镇村水、土、气、生、景观等要素的协同建设;加强相关机制制度政策创新与探索,最终形成包括技术模式、管理机制和制度政策实施与保障的综合体系;在完善污水收集及处理相关技术路线选择、相关设施建设质量控制、运行维护等准体系的基础上,提升引导镇村污水处理行业的规模化、产业化与标准化发展,提升镇村污水治理工作的整体水平,完成城乡融合发展、新型城镇化的建设目标。

　　参考文献

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　　作者：齐 嵘1 张 斌1,2 荣月静1,2 钟 慧1 严 岩1 刘俊新1 魏源送1 杨 敏1