美國(guó)污水就地生態(tài)處理技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)及啟示

污水生態(tài)處理技術(shù)具有低能耗、低成本、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在美國(guó)得到了極為廣泛的應(yīng)用。分析總結(jié)了美國(guó)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(xiě)入《清潔水法》的技術(shù)背景，重點(diǎn)介紹農(nóng)村污水就地處理系統(tǒng)（OWT）在美國(guó)的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)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(xì)菌、高等植物和陽(yáng)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(diǎn)：

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

（2）造價(jià)和運(yùn)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(wú)能耗運(yùn)行，有效去除污水中的氮磷營(yíng)養(yǎng)物，而能耗只有傳統(tǒng)技術(shù)的1/10左右；

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

（5）操作管理簡(jiǎn)單，一般可以不需要專業(yè)技術(shù)人員；

（6）可以營(yíng)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(jì)收益。

其最大的缺點(diǎn)是：?jiǎn)挝晃鬯啃枰^多的土地，在污水量大而地價(jià)昂貴的城市地區(qū)難以推廣。

但有專家則認(rèn)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(guó)有“沙漠城”之稱的鳳凰城嚴(yán)重缺水，就采用城市污水作為農(nóng)業(yè)灌溉用水，同時(shí)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(jì)效益。

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

二、美國(guó)污水生態(tài)技術(shù)再興起歷史背景

其實(shí)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(chǎng)（sewage farms）在運(yùn)行；19世紀(jì)中葉美國(guó)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(guó)建成了第一個(gè)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(chǎng)投入使用，利用廢水塘灌溉約1萬(wàn)hm²的土地；

1938年英國(guó)41個(gè)城市系統(tǒng)的污水采用土地處理技術(shù)，同期美國(guó)有94個(gè)城市污水農(nóng)場(chǎng)和污水土地處理系統(tǒng)在運(yùn)行。

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

到了20世紀(jì)70年代初，美國(guó)通過(guò)實(shí)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(guó)污水生態(tài)技術(shù)的應(yīng)用概況

1. 氧化塘系統(tǒng)

美國(guó)1901年就建成了第一個(gè)城市污水氧化塘處理工程，1983年全國(guó)城市污水氧化塘處理系統(tǒng)達(dá)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(jí)處理廠8536座的82%。1990年全國(guó)氧化塘系統(tǒng)達(dá)2萬(wàn)個(gè)，占全國(guó)城市污水處理系統(tǒng)的25%。90%的氧化塘用于城市人口1萬(wàn)或小于1萬(wàn)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(guó)污水就地處理系統(tǒng)（OWTS）有上百年的歷史，最早用于沒(méi)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(jiǎn)單，化糞池出水經(jīng)過(guò)一個(gè)配水井分配到埋于地下的穿孔管，形成滲濾土壤場(chǎng)地。由于不要能耗和運(yùn)行費(fèi)用，被稱之為“革新/替代技術(shù)”，實(shí)際是一種生態(tài)技術(shù)，同時(shí)由于費(fèi)用低和管理簡(jiǎn)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(guó)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(shí)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(guó)得到政府的支持而得到廣泛應(yīng)用。19世紀(jì)中葉，美國(guó)有1800萬(wàn)個(gè)化糞池/土壤就地處理系統(tǒng)，占全國(guó)住宅總數(shù)的25%；1970年全國(guó)29%的家庭（1950萬(wàn)）污水采用了就地處理系統(tǒng)；1970~1980年，全國(guó)平均每年新建約50萬(wàn)個(gè)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(gè)州高達(dá)40%， 22個(gè)州為25%~40%，14個(gè)州小于25%。1978~1984年弗羅里達(dá)州每年平均建成56327個(gè)就地處理系統(tǒng)；1986年北卡羅林那發(fā)放57835個(gè)ST/ SAS處理系統(tǒng)執(zhí)照，1986年對(duì)該州11207個(gè)系統(tǒng)發(fā)放了改建許可證，1988年全州有1500萬(wàn)個(gè)在運(yùn)行。1988年全國(guó)建成2300萬(wàn)個(gè)化糞池-土壤處理系統(tǒng)，其服務(wù)人口約占全國(guó)總?cè)丝诘?5%；1999年達(dá)2465萬(wàn)個(gè)。

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(jìn)入地下水。在美國(guó)居民生活污水處理所使用的技術(shù)種類統(tǒng)計(jì)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?，就地處理技術(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(wèn)題

20世紀(jì)中期就地處理系統(tǒng)安全問(wèn)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(gè)問(wèn)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(wàn)個(gè)就地處理系統(tǒng)被改成了集中處理設(shè)施。

為了確認(rèn)就地處理系統(tǒng)的安全性，美國(guó)環(huán)保局委托威斯康辛大學(xué)進(jìn)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(duì)處理場(chǎng)地的評(píng)價(jià)不夠仔細(xì)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不夠合理；沒(méi)有按設(shè)計(jì)要求施工；監(jiān)管部門(mén)審查不力；缺乏合理的運(yùn)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(duì)化糞池不能定期進(jìn)行清理，導(dǎo)致泥沙淤積且進(jìn)入土壤吸附場(chǎng)，堵塞污水進(jìn)入土壤。如果有合適的場(chǎng)地，嚴(yán)格的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理，化糞池系統(tǒng)的有效運(yùn)行壽命與集中處理系統(tǒng)相同，可達(dá)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(shì)

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

（4）美國(guó)化糞池/土壤吸附處理的設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)

1）人均污水量：美國(guó)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(shí)間。例如按每個(gè)家庭5口人，4個(gè)家庭20口人的污水進(jìn)行聯(lián)合處理時(shí)，需要化糞池容積約4 m³，預(yù)計(jì)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(chǎng)，其埋深根據(jù)地區(qū)的冰凍層而定?；S池出水進(jìn)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(guó)環(huán)保局委托水環(huán)境協(xié)會(huì)召開(kāi)中長(zhǎng)期發(fā)展研討會(huì)，制定至2025年研發(fā)計(jì)劃。美國(guó)環(huán)保局制定了就地處理系統(tǒng)的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略。美國(guó)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(guó)斯托夫著《水危機(jī)》（2000年）一書(shū)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(xì)菌和太陽(yáng)的自然要素為基礎(chǔ)，組成的低費(fèi)用、低能耗、不加入化學(xué)藥劑的自然處理系統(tǒng)。

書(shū)中介紹：“這項(xiàng)技術(shù)的興趣已經(jīng)從德國(guó)擴(kuò)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(jì)的天然濕地和人工濕地用來(lái)處理廢水和暴雨水。系統(tǒng)的規(guī)模從單門(mén)獨(dú)戶的家庭到10萬(wàn)人口污水的大系統(tǒng)?！?/p>

四、我國(guó)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(jì)公報(bào)，全國(guó)自然村265萬(wàn)個(gè)，行政村53.72萬(wàn)個(gè)，總?cè)丝?.62億。有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)介紹“十二五”我國(guó)農(nóng)村污水處理目標(biāo)表示，目前我國(guó)農(nóng)村污水處理率為8%。預(yù)計(jì)“十三五”將是小城鎮(zhèn)和農(nóng)村環(huán)境治理的重要時(shí)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?yè)?jù)環(huán)保部研究，目前全國(guó)約有60萬(wàn)個(gè)行政村，按照其中1/3即20萬(wàn)個(gè)行政村迫切需要治理，每個(gè)行政村治理需要100萬(wàn)元，共需財(cái)政投入2000億元。

目前，全國(guó)各個(gè)省市普遍積極地開(kāi)展了農(nóng)村污水處理技術(shù)方案的示范研究。據(jù)報(bào)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(guó)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(guó)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?jiǎng)恿\(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了“零”成本，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行壽命可達(dá)40年。有的地區(qū)在同時(shí)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(guó)一體化設(shè)備、“厭氧+滴灌”模式和集中納管進(jìn)城市管網(wǎng)模式等。有傳統(tǒng)的“土辦法”，也有從德國(guó)引進(jìn)來(lái)的先進(jìn)技術(shù)。

值得提出的是，低能耗、低費(fèi)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(chǔ)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(qián)建設(shè)，無(wú)錢(qián)運(yùn)行”的教訓(xùn)。國(guó)家環(huán)保部和住建部應(yīng)該聯(lián)合起來(lái)及早地進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和指導(dǎo)。