李子富：基于源分離的廁所污水安全處理
報告從四個方面對廁所污水安全處理處置進行了講解，首先是前言部分，對我國農(nóng)村戶用廁所以及農(nóng)村公共廁所的現(xiàn)狀、國家針對廁所改革的指導(dǎo)意見以及我國的改廁歷程進行了介紹，同時詳細介紹了我國農(nóng)村衛(wèi)生廁所類型、各類型廁所所具有的特征和適用范圍，通過數(shù)據(jù)分析對比了1990年和2015年中國衛(wèi)生廁所狀況。第二部分從農(nóng)村廁所改革存在問題進行講解。分析了六種廁所種類的安裝量，各種類型廁所安裝、使用以及運維等方面存在的問題。第三部分從基于源分離的糞污資源化處理方面進行講解，對生活水質(zhì)源管理、各個源頭污水特征定量分析、分地區(qū)農(nóng)村生活污水水質(zhì)、農(nóng)村家庭混合污水進水水質(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(tǒng)（瑞典模式）進行了講解。最后一部分是結(jié)論和建議，源分離污水處理可以有效解決農(nóng)村糞污處理的出路問題，可以為節(jié)水或缺水地區(qū)改廁提供了更好的可行方案。其不僅適合于農(nóng)村戶用系統(tǒng)，也適合于村級糞污及灰水處理系統(tǒng)，同時也適合于城鎮(zhèn)污水管理，但是各個單元技術(shù)還需要不斷發(fā)展和逐步迭代完善，新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用將會為源分離理念的踐行提供更好的機會。
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候，是希望整個水系統(tǒng)發(fā)生變革，把過去的水處理或者污水處理的理念，變成資源化，當時沒有多少人響應(yīng)?，F(xiàn)在源分離不是主要問題，資源化是一個引起大家越來越多重視的問題。如何資源化？什么可以資源化？從源分離的角度來看看，污水處理是末端處理，還是收集以后去怎么解決，我們在前面怎么來處理？從綠色能源角度來講，能不能在源頭、在過程中就來實現(xiàn)資源化，而不是僅僅在末端。
我主要從四個方面來講，首先前言部分，農(nóng)村中污染最重的就是廁所問題，越來越引起重視，農(nóng)村的廁所問題有很多，包括最近從2018年底開始，農(nóng)村農(nóng)業(yè)部負責推進農(nóng)村廁所改造，非常重視，從2019年1月份的時候，中央政府八個部委聯(lián)合發(fā)出了這樣一個《關(guān)于推進農(nóng)村“廁所革命”專項行動的指導(dǎo)意見》，包括了農(nóng)辦、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、衛(wèi)健委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)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，提出有序推進、整體提升、建管并重、長效運行的思路，宏觀上來說是非常好的指導(dǎo)意見，對于農(nóng)村廁所的改變能起到非常重要的作用，不僅僅是指導(dǎo)意見，對應(yīng)的中央政府也有巨大的投資，可能大家知道2019年的時候，我們國家是投了70億做農(nóng)村廁所改造的補貼，2020年的時候，現(xiàn)在初步統(tǒng)計是100億，這只是中央的。根據(jù)調(diào)研從地方配套，與廁所改造相關(guān)的投入大概有900億，實際上2020年的時候大概就是1000億了。
從廁所改造過去的發(fā)展，可以做一個時間軸，最早是20世紀50年代開展愛國衛(wèi)生運動的時候，包括廁所的改造，但那時候還沒有聚焦到廁所，重點還是控制傳染性疾病。有標志性的就是80年代開展了改水改廁，包括健康教育的“三位一體”，90年代開展了農(nóng)村改廁工作，這里面有一個標志性的，就是現(xiàn)在推薦的六種農(nóng)村衛(wèi)生廁所，是2003年頒布的《農(nóng)村戶廁衛(wèi)生標準》頒布推薦六種典型戶廁，到2015年的時候，習(xí)總書記就對廁所革命做出了重要指示，當時最早是針對旅游廁所的“廁所革命”，后面對農(nóng)村的廁所也做出了重要指示，到2017年的時候有一個重要的指示，是在吉林視察的時候提出，后續(xù)也有多次針對農(nóng)村廁所的指示去改進，后面2019年有了進一步的具體推進，而且落實到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部具體推進，2021年又成立了鄉(xiāng)村振興局，專門來做，我們鄉(xiāng)村振興里面有一個核心的，也是把改廁作為一部分工作。
基于衛(wèi)生戶廁的標準，基于當時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(tǒng)下水道水沖式廁所。據(jù)統(tǒng)計，從2005年到2015年衛(wèi)生廁所覆蓋率是從50%多到78.5%，為什么寫到2015年，2015年是聯(lián)合國千年發(fā)展目標的統(tǒng)計年，當時全世界的目標是77%，我們剛剛超過世界的平均水平。但是2015年全世界范圍內(nèi)目標并沒有實現(xiàn)，最終實現(xiàn)的只有67%，說明當時目標定的太大，也說明了改廁是非常艱巨的。
由于問題沒有解決，所以聯(lián)合國又提出了2015年后的可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs），到2030年要實現(xiàn)全世界范圍內(nèi)人人享有衛(wèi)生安全的廁所，即要求糞污要得到安全處理，這個目標更難更艱巨。
針對這些問題我們怎么去解決呢？根據(jù)我國現(xiàn)狀，從推進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(tǒng)計數(shù)據(jù)里還有其他類型，就是有別于這六種基本廁所以外，已經(jīng)超過了20%，比例也很高，雖然三聯(lián)沼氣池的比例比較高，但由于農(nóng)業(yè)部不支持戶用的沼氣廁所，而且家庭養(yǎng)殖有很多的限制條件，導(dǎo)致這種戶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(nóng)業(yè)部的推動下比例很高，目前還有一定的使用比例，但總體趨勢上是在穩(wěn)定下降的。
圖1 2000~2015年中國農(nóng)村六種無害化衛(wèi)生廁所年安裝量
圖2 2015年中國農(nóng)村六種無害化衛(wèi)生廁所及其他衛(wèi)生廁所安裝量
基于此，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部組織編寫了用的最多的兩種農(nóng)村廁所類型的國家標準，一個是《農(nóng)村三格式戶廁建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 38836-2020），另一個是《農(nóng)村集中下水道收集戶廁建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 38838-2020），第一個是經(jīng)過儲存（原則上60天）以后，然后資源化利用。另一個村鎮(zhèn)集中下水道收集系統(tǒng)，實際上采用的是像化糞井的模式，停留時間很短，把液體部分處理，然后沉淀物會根據(jù)情況考慮處理、處置，還是回用。
村鎮(zhèn)集中的也建了很多，這個案例是我和中科院北方農(nóng)村中心去調(diào)研的（見圖3），采用了地埋式的處理系統(tǒng)，普遍存在欠缺長期穩(wěn)定安全運行和后續(xù)維護的措施和費用，單戶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，但我們的農(nóng)村區(qū)別于歐洲的農(nóng)村，管理和建設(shè)怎樣協(xié)調(diào)和平衡，怎么去解決問題，集中的從處理角度比較好解決，但也存在著管線、管網(wǎng)收集的問題，這也是需要考慮的。
圖3 村鎮(zhèn)集中下水道收集戶廁示意
綜合起來，針對目前現(xiàn)狀，還面臨著很多問題，如
三格化糞池廁所配套設(shè)備需要完善；
這些問題對農(nóng)村環(huán)境真正意義上根本性的改善都是挑戰(zhàn)。
我們怎么解決這些問題呢？污水是可以分成不同的水流，這些水流的水質(zhì)是有區(qū)別的，如水量和里面的污染物濃度，如果采用分質(zhì)的收集方式會有很好的效果。建設(shè)部《分地區(qū)農(nóng)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候都是按照最高值的，這也導(dǎo)致很多隱性的浪費，因為負荷算的高，實際水沒有那么高。如果受困于脫氮除磷，為什么不能從源頭進行分流呢？脫氮的問題的試驗我也做了很多年，在德國就做了，如果分流的時候，把灰水單獨拿出來，這個數(shù)據(jù)很簡單，直接采用垂直流濕地就完全實現(xiàn)氮非常低的濃度，就可以達標，后面的問題就能解決了。灰水解決了，那黑水怎么辦，可以采用組合的方式，通過同質(zhì)化的去處理，類似的污水水流進行綜合治理是可以考慮的。
這樣的話，可以實現(xiàn)不僅僅是水的回流，現(xiàn)在強調(diào)資源化其實是講了水的資源化，而沒有考慮到營養(yǎng)物質(zhì)的資源化。通過定量分析，如果采用分流飲用水可以節(jié)約，資源也可以得到回收。目前聯(lián)合國也在推進城市全域衛(wèi)生廁所設(shè)施這個概念，希望以城市來帶動周邊農(nóng)村實現(xiàn)人人享有衛(wèi)生廁所的這樣一個目標，如果把所有的污水都進去的話，就可以實現(xiàn)水的回用，但是很難實現(xiàn)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(nèi)針對這樣的資源化處理設(shè)施都是缺乏的，糞便怎么清掏處理也都沒有形成產(chǎn)業(yè)化的方式，未來我們在資源化上怎么樣去做我們新的裝備，在這方面怎么去開發(fā)一些具有創(chuàng)新意義，能夠?qū)嵱玫募夹g(shù)，這也許是我們未來的商機，未來希望通過源頭的控制實現(xiàn)資源化和環(huán)境保護的多重效應(yīng)。
沖洗水量和沖洗效果的平衡；
水資源短缺地區(qū)的管理維護；
村鎮(zhèn)集中下水道收集。
這些問題對農(nóng)村環(huán)境真正意義上根本性的改善都是挑戰(zhàn)。
我們怎么解決這些問題呢？污水是可以分成不同的水流，這些水流的水質(zhì)是有區(qū)別的，如水量和里面的污染物濃度，如果采用分質(zhì)的收集方式會有很好的效果。建設(shè)部《分地區(qū)農(nóng)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候都是按照最高值的，這也導(dǎo)致很多隱性的浪費，因為負荷算的高，實際水沒有那么高。如果受困于脫氮除磷，為什么不能從源頭進行分流呢？脫氮的問題的試驗我也做了很多年，在德國就做了，如果分流的時候，把灰水單獨拿出來，這個數(shù)據(jù)很簡單，直接采用垂直流濕地就完全實現(xiàn)氮非常低的濃度，就可以達標，后面的問題就能解決了。灰水解決了，那黑水怎么辦，可以采用組合的方式，通過同質(zhì)化的去處理，類似的污水水流進行綜合治理是可以考慮的。
這樣的話，可以實現(xiàn)不僅僅是水的回流，現(xiàn)在強調(diào)資源化其實是講了水的資源化，而沒有考慮到營養(yǎng)物質(zhì)的資源化。通過定量分析，如果采用分流飲用水可以節(jié)約，資源也可以得到回收。目前聯(lián)合國也在推進城市全域衛(wèi)生廁所設(shè)施這個概念，希望以城市來帶動周邊農(nóng)村實現(xiàn)人人享有衛(wèi)生廁所的這樣一個目標，如果把所有的污水都進去的話，就可以實現(xiàn)水的回用，但是很難實現(xiàn)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(nèi)針對這樣的資源化處理設(shè)施都是缺乏的，糞便怎么清掏處理也都沒有形成產(chǎn)業(yè)化的方式，未來我們在資源化上怎么樣去做我們新的裝備，在這方面怎么去開發(fā)一些具有創(chuàng)新意義，能夠?qū)嵱玫募夹g(shù)，這也許是我們未來的商機，未來希望通過源頭的控制實現(xiàn)資源化和環(huán)境保護的多重效應(yīng)。
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