在“2020(第十八届)水业战略论坛”中,凌志环保股份有限公司董事长、总裁凌建军作了大道至简——借鉴日本单户式(净化槽)处理农村污水经验的主题分享。
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目前,有些环保企业在处理农村污水时,选择建立大型污水处理厂,投入了很大的人力物力,但却没有达到应有的效果。对于我国农村污水处理的处理,或可借鉴日本净化槽的相关经验。在“2020(第十八届)水业战略论坛”中,凌志环保股份有限公司董事长、总裁凌建军作了大道至简——借鉴日本单户式(净化槽)处理农村污水经验的主题分享。随后,凌志环保在第一时间对此事进行了报道(参见:2020水业战略论坛|凌志环保凌建军:农村污水治理要践行大道至简)。
凌建军
环保首先应对老百姓有益
老子曰:“上善若水,水善利万物而不争,处众人之所恶,故几于道。”老子也曾说,治大国如烹小鲜。
很多环保企业在处理农村污水时,选择建立大型污水处理厂,做管道建设,投入了很大的人力物力。但我们把处理城市污水的经验,以及做管网的思路,运用在处理农村污水中,影响了老百姓的生活起居。很多老百姓认为,农村污水管网建设和他们的利益存在冲突,没有太大意义。
星云大师告诫我们,做环保首先要心环保,心环保了才是真环保了!环保人必须首先心要是真的,应该为老百姓服务,如果追求政治环保、经济环保,那么将不适合农村。
习近平总书记也说,要以人民对美好生活的向往为导向,以一体化发展带动高质量发展,携手创造现代文明生活。所以,我们环保人在治理农村污水的时候,也应该从老百姓的实际利益出发,选择最有利于老百姓的处理污水方式。
日本净化槽进化史
西洋建筑推动日本污染物处理槽的出现
“衣食住行”常常被视为日常生活的基础,粪尿的处理其实与其中的“食”密切相关。每个国家的国情不同,导致了各个国家粪尿处理的区别。以历史的眼光来看,粪尿的处理通常会受当地农业的影响。
例如,欧洲农业以小麦种植为主,人的粪尿不会作为肥料、多数是将马之类的家畜粪尿用作肥料。14世纪的伦敦桥(London Bridge)上,收费厕所林立、排泄物直接排入桥下的河水中。虽然伦敦以1347年的“鼠疫”流行为契机,废止了排泄物的直排,但是欧洲的城市,通常在屋外建造带有非常大的化粪池的公共厕所,夜间清扫的时候,会发生粪便等流入下水道或小河中的情况,这种不卫生的处理方式,使当时的欧洲城市饱受恶臭和传染病的威胁。
到了19世纪,由于城市人口的增加,粪尿的处理变得困难,虽然发现修建下水道是一条出路,但是当时并无“末端处理”的概念,直接排入河流,导致河流被污染,强烈的恶臭困扰着当时的欧洲城市。
而日本则以水稻种植为主,粪尿是珍贵的肥料,从“镰仓时代”起,更是正式地将粪尿作为农业肥料来使用。比如,当时的农家孩子甚至有将街道上游客的粪便收集起来,用在自家田地里的习惯,反而让当时的城市近郊保持了清洁。
到了明治时期,由于西洋建筑的普及,文化的进步,安装水冲式厕所的建筑物数量逐渐增加。污水则依据当时的《清扫法》规定,设置污水储存槽,并定期抽取,外运。然而,由于污水排放量的增加,基本上无法按规定施行,其结果是城市的整洁卫生受到了影响。
在这样的情况下,污染物处理槽开始出现。
净化槽诞生
1920年(大正9年),日本政府修改了《市街地建筑物法施行规则》、《污染物清扫法施行规则》,规定只有地方长官认可的“污染物处理槽”的处理出水,才可向公共沟渠、下水道、河流等公共水域排放。
由此,各式各样的污染物处理槽才由专家研究规划出来。最早的住宅污染物处理槽,可以追溯到1914年(大正3年)西原脩三规划设计,安装在原宿外交官,伊庭的官邸中日本最早的污染物处理槽。该处理槽的规划采用当时德国的化粪池和碎石滤床技术,并结合氧化槽组合而成。
1944年(昭和19年),净化槽诞生。日本“技术院”编制了《建筑占地内卫生设施的临时日本标准(临时日本标准规格586号类别A)》,该标准中,规定了“污染物处理槽”的标准,并首次以“净化槽”来称呼污染物处理槽,这一定义的含义是“用水将粪尿净化排放的设施”。
标准中关于净化槽的规定包括,腐败槽由沉淀分离槽和预过滤槽组成,设计成可将固形物完全分离的结构;散水滤床槽的构造规范化;没有排放场所的地区,可以采用地下渗透处理。
此前,净化槽均为混凝土制,直到1961年(昭和36年),(株)大管工业发售了一款用FRP(玻璃纤维增强塑料)成型的净化槽。从此以后,在工厂的品质管理下生产的净化槽成为主流。
当时的FRP净化槽图纸
技术的进步,使得企业纷纷各自开发具有独自处理工艺的净化槽,催生了“建设大臣认定型净化槽”的发售模式。建设大臣认定型净化槽第1号是1966年(昭和41年),日立化成工业(株)的日立净化槽“Haibatsuki”(处理工艺为:好氧处理全氧化方式),该净化槽由建设大臣认定为根据建筑基准法第38条的规定,具有优于建筑基准法施行令第32条规定的处理性能的净化槽。
净化槽相关标准的全国统一
伴随着日本民众生活水平的提高,对水冲式厕所的需求也逐渐变大,“单独处理净化槽”的市场急速扩大。同时,由于很多制造商参与了这一进程,各式各样构造、容积的产品被开发和普及。当时,标准型以外的净化槽,由特定行政厅根据性能试验的结果逐个认定,因此,即使是同一产品,也会由于特定行政厅的原因,形成不同的判断。并且,以往的构造标准无法评价的活性污泥法不断增加,建设大臣(现在的国土交通大臣)逐个认定的模式显得不是那么合理了。
在此背景下,为了谋求制度的合理化,1969年(昭和44年),对建筑标准法施行令进行了部分修改(如下表1)。此后,净化槽如不是建设大臣(现在的国土交通大臣)指定的构造,就无法发售。同年的5月1日,制定了《粪尿净化槽的构造标准(昭和44年建设省公告第1726号)》,其中规定了这种指定的构造。
1969年建设省公告第1726号,从“单独处理净化槽”以及水环境保护的观点出发,首次对“合并处理净化槽”的构造进行标准化,概要如下表2所示。从此以后,各制造商的产品开发以公告的第1至第3处理方式为主流。
而其他净化槽(公告第6),则由下表3中规定的内容,严格审查后,进行认定。
另外,1975年(昭和50年),为了谋求水质的提高,针对处理人口当量在501人以上的“合并处理净化槽”,制定了BOD 20mg/L的构造标准。
净化槽的性能评定
建筑标准法施行令的部分修改(1969年建设省公告第1726号)的施行,加上当时的财团法人日本建筑中心(现在的一般财团法人日本建筑中心)以接受的姿态实施的净化槽性能评定制度,使得净化槽的行政得到了顺利地推进。
性能评定是以设计、制造、销售体系、施工体系及运行维护体系全面满足为前提,特别是设计方面,基于由“粪尿净化槽性能评定委员会”提出的文档材料,对净化槽满足所需的性能,及在制造和施工上(安全性)的余量等进行审查。
另外,由于当时FRP制净化槽的急速普及,日本专门设立了“粪尿净化槽性能评定委员会材质分会”,对净化槽本体的材质强度等进行专门的审查。
直到1975年(昭和50年),为了谋求净化槽的品质保障,制定了《塑料粪尿净化槽构成部件(JISA4101-1975)》标准。该标准是针对“单独处理净化槽”的材料品质、强度试验方法制定的相关规定,但是也被用于“合并处理净化槽”的设计。
我国生活污水处理系统主要进程回顾
回顾我国生活污水处理系统主要进程可以发现,中国城市污水处理厂第一个一级A是凌志环保的发明专利,合建式奥贝尔氧化沟工艺和设备—-2007-2008年无锡城北污水处理厂。
合建式氧化沟
无锡城北污水处理厂
1、城市生活污水处理
通过调研,近二十年以来,我国每个市(县)的生活污水处理厂规模大致在20000~50000m3/d,污水收集管网规格为Φ800~Φ2000mm,管网长度大约在20公里左右,较为集中,每个县基本建成一个、两个污水处理厂,处理负荷大约可达到70%以上,管网材质采用铸铁或钢砼管,在全国环保工作者和建设者的共同努力下,基本建成并发挥着主要作用,出水也基本达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B或一级A标准,为我国环境保护工作做出了巨大的贡献,从而保护了我国广大人民群众的切身环境利益。
2、乡镇生活污水处理
近十年以来,我国政府以及相关部门建设了一批乡镇集中式污水处理厂,处理规模大约在500~3000m3/d,污水收集管网规格基本为Φ300~Φ500mm,管材以波纹管为主,同时配套相当数量的检查井,检查井结构包括砖砌、塑料或混凝土等。每个污水处理厂配套管网长度均在数十公里。站点均位于低洼处,因此每个乡镇污水收集管网在200公里以上,投资巨大,同时存在安全隐患,仍未做到真正意义上的雨污分流。
目前乡镇污水处理项目“晒太阳”工程较多,进水COD负荷较低,管网收集的到的水量大约在30%左右,能够达到70%处理负荷的工程极少。
所以,乡镇污水处理厂目前尚未能发挥其应有的环境效益,亦不能定义其取得了成功,归根结底还是管网收集系统的建设上。
乡镇污水收集管网建设受到以下几个因素的制约:管道的施工质量——施工队伍的水平;
管道采用回料或管径较小,达不到县城污水处理厂的建设管理水平;检查井数量较多,污水在收集过程中“跑、冒、滴、漏”现象较严重;污水处理厂选址一般在低洼处,其管网标高建设也影响了其处理效果;目前乡镇很难做到雨污分流,在南方地区地下水较多,北方地区雨季时水量较多,平时水量较少,从而造成雨季时水量过大,而平时没水的情况发生。
3、农村生活污水处理
农村污水处理,目前普遍的做法为:能纳管则纳管、能集中则集中、能分散则分散。没有统一的标准,很难实现“因地制宜”的做法。
在2012年以前的农村及乡镇污水连片治理不仅仅是无人维护的原因,关键原因还是收集管道的问题,管道的直径和标高、长度存在着较大的关联性,城市污水处理厂收集管道规格为Φ800~Φ2000,材质为混凝土管或铸铁管;农村污水处理收集管道规格为Φ100~Φ300,材质大多为波纹管,管道环刚度即使达到了标准,其抗冲击能力、农村污水处理工程施工队伍的水平、设计规范、监理水平、管理水平以及考虑到农村污水处理覆盖范围广的特点,远远达不到城市污水集中处理或纳管处理的水平。
我国农村污水处理,每个乡镇可达到20--30座污水处理站(即每村建设一座),配套的污水收集管网约100~200公里左右,数量相当巨大,范围较广,同时农村污水处理收集管网管径较小,堵塞情况经常出现,从而导致了农村污水处理后期运行维护成本巨高的情况发生。
即使日本这种高度发达的国家也达不到农村污水处理进行集中、纳管处理的水平,因此退一步讲,按照城市污水处理的设计标准,污水收集管道应当采用Φ800以上的管道进行集中或者纳管处理,则其代价是当前我国农村污水处理工程所无法承受的。
因此,当前的农村污水处理工程无论从投资、运维维护、施工、安全等角度考虑,均存在不接地气、劳民伤财的问题。
日本1.4亿人口目前大约设有1000万台单户净化槽装置,我国若不重视单户净化槽的处理模式,势必会影响我国农村污水治理的进程。
大面积施工管网的弊端主要包括全县农户两到三年不安宁;每个靠河的排水口都是排污隐患;每200公里管网施工大概率会有伤亡事故;收集水很难实现回用,排放也无出路;多年后的地下管网等设施都将成为废塑料垃圾;设备停留时间偏少,不能保证运行效果;集中式总氮、总磷需考核,运行费用高,且不能稳定达标;户均投资15000~25000元,户均运行费用(含管网)较高;按目前环保验收标准,很多省市>5吨/天需考核全部水质指标和污水处理率;管道难以维护,雨季时期容易管网冲毁,并诱发粪污传播。
日本大器净化槽
日本净化槽处理系统
日本单户净化槽的优点主要包括:老百姓将净化槽不视为公有物,视为私有财产;有维护意识,珍惜不被破坏;回用水可冲厕、灌溉;厕所革命改建化粪池后,更易于实施;运行成本主要是“电费”,年均电费在50元以内,且二次用水节约的水费远大于电费,每年抽粪车的费用也大于消耗的电费,此费用在百姓可以承受的范围内,老百姓可逐步承担;净化槽可地上式、可以搬运、可以放在室内;停留时间≥5天,抗冲击负荷能力强;分散式总氮、总磷一般不考核,安装方便、出水稳定;全县安装工期可控制在六个月至一年;户均投资约8000---13000元,户均直接运行费用50-100元/年。
净化槽地埋式安装
净化槽地上式安装
所有的产品都要接受老百姓的检验,老百姓觉得用的好的模式及产品才是好的产品。对于目前农村污水的处理中所存在的不接地气、劳民伤财等问题,我国或可重视单户净化槽的处理模式,真正从老百姓利益出发,为老百姓服务,更好更快地推进农村污水处理进程。