大数据在农村污水治理中的作用和意义

乡村与城镇建设2018-11-08 19:28:34
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版权声明:原文刊登于《小城镇建设》杂志2016年10月,版权为《小城镇建设》杂志社所有。欢迎转载,转载请注明作者及出处。



作者简介:

郭银波,软通动力信息技术(集团)有限公司副总裁,智慧事业群环保水务事业部总经理。



摘要

近年来我国环境问题日益严峻,农村污水治理长期得不到重视,其来源面广基本不经处理即排入周边水体,破坏生态环境危害人类健康。随着互联网、移动互联网、物联网、云计算等现代信息技术的快速发展,大数据应用正以前所未有的速度与传统产业实现全方位、深层次融合。本文系统阐述了大数据在农村水治理中的作用和意义,可以预测未来大数据对农村污水治理体制改革、机制创新将会产生深远影响,对建设社会主义新农村具有重大意义,为未来农村污水治理的运营模式提供了新的发展的思路。


Abstract

In recent years, China's environmental problems have become increasingly severe, the rural sewage treatment has not paid much attention to the long-term, the source of the surface of the water is discharged into the surrounding areas, the destruction of the ecological environment of human health hazards. With the rapid development of modern information technology such as the Internet, mobile Internet, Internet of things, cloud computing, big data applications are at an unprecedented speed and traditional industries to achieve a full range of deep level integration. This paper expounds the significance and big data in rural water governance role, can predict the future of big data have a profound impact on the rural sewage treatment system reform and mechanism innovation will have great significance to the construction of a new socialist countryside, provides new ideas for the future development of rural sewage treatment operation mode.


关键词

大数据;农村;污水治理


Keywords

big data; rural; sewage treatment


农村污水治理的现状和存在问题


农村污水是指农村居住区范围内产生的以居民生活污水为主的综合排放污水。农村生活污水种类繁多,成分复杂,主要有厨房洗涤水、洗衣污水、洗浴污水、清洗农具污水、冲洗卫生间的粪便污水、生活垃圾堆放渗滤产生的污水、人畜混居产生的畜禽粪便及部分降水等。农村生活污水处理具有来源面广、间歇排放、水质差异大、有机物浓度偏高等特点。


大部分农村污水未经处理或未达标处理即排入周边水体,导致地表水水质下降,河道、湖泊严重污染,破坏农村生态环境,危害居民身体健康,阻碍农村社会发展。现阶段我国农村污水处理存在如下主要问题。


1
农村污水处理的工程量大、需求复杂


通常一个完整的农村污水处理设施系统包括室内卫生设施、室外排水设施和污水处理设施三个部分,三者分别对应个人卫生需求、社区环境需求和公众环境需求。这三个部分不能孤立地分割,只有构成一个有机的整体时,才能保证最佳的污水处理绩效。


农村基础设施建设长期亏欠,因此很多农村污水处理工程项目不仅要建设室外排水设施(包括污水收集管道和污水处理设施),还可能会延伸到室内的卫生间改造,其工程量大,结构独特,施工复杂,从而增加了农村污水处理的工程量。


2
农村污水处理工程的单位建设成本和运行成本高


一般来说,以村落为主要集聚形态的农村,其人口规模与居住密度都大大低于城市,除土地成本以外,在相同出水水质要求下污水处理设施的单位建设成本和运行成本普遍高于城市。我国大部分农村土地资源并不丰富,污水处理工艺不可能大量采用占地指标很高的处理方法。农村污水处理工程在很多情况下是对现有村庄的改造,涉及对现有道路和绿化等设施的破坏与恢复,从而使农村污水处理工程的单位造价大幅提升。总体而言,按人均或户均投入计算,农村污水处理的成本要高于城市污水处理的成本。


3
农村污水治理组织实施成本高


农村污水处理在管理功能上涉及基础设施、卫生健康、环境保护、水利与水源、农村与农业等多个方面,然而目前政府管理体制并未将污水处理系统的多个环节和多种功能按照不同政府部门的管理职能进行有机结合,农村污水处理同时存在条块分割、组织不力、监管缺位等现象。


农村污水处理行业管理体制缺失。污水处理有集中处理和分散处理两种方式,集中处理主要适用于居住密度和人口规模均较大的城镇,分散处理主要适用于居住密度和人口规模均较小的农村地区及不适合通过主干管网连通收集的城镇片区。集中处理和分散处理的管理需求、技术需求与环境约束存在很大不同,适合作为两个行业区别对待,这也是国外通行的做法。无论是城镇还是农村,两种处理方式都可以适用,但需要从技术经济和生态环境的角度进行对比和选取。结合我国农村实际,考察国外发展趋势,采取分散式农村污水处理势在必行。然而,我国目前尚未将分散污水处理作为一个相对独立的行业部门来管理,现有的适用于城市的污水处理行业管理体制,与农村污水处理的需求不相适应,导致规划、监管与技术标准等缺失,严重制约了农村污水处理的有效开展。


农村污水处理需要大量采用分散污水处理的方式,对组织实施的要求高于城市污水集中处理,到目前为止我国尚未有成熟的经验。农村污水处理具有农村工作的一般性特征,与城市相比,农村情况复杂,农村居民的整体素质和基层干部的管理水平不及城市,使得农村污水处理组织实施的难度高于城市。因此,农村污水处理组织实施成本高于城市污水处理。


4
农村污水处理资金保障能力低


我国的城镇化与发达国家有三个显著区别,一是起点低,二是速度快,三是各种问题包括环境污染的问题集中爆发,这就意味着我国农村污水处理所面临的困难比发达国家大得多。虽然近年来我国一些发达地区和政府部门在推进农村污水处理工作上做出巨大地努力,但由于缺乏在国家层面上的整体部署,使得我国当前农村污水处理的资金能力、管理能力和技术能力与迫切而巨大的需求极不适应,导致农村污水处理工作推进困难,工程项目投入产出绩效低下,大量已建设的农村污水处理设施质量差、难以运行或无法运行。在三大能力建设中,资金瓶颈的矛盾最突出,并且直接影响或间接影响了其他两个方面的能力建设。


我国农村污水处理中面临的资金瓶颈,首先是总量不足,影响到农村污水处理的整体推进速度。目前,我国农村污水处理的投入主要来源于县级政府财政,但长期以来我国所实行的城乡二元发展模式严重制约了县域经济和社会发展,县级公共财力不足,农村居民支付能力有限且缺乏为污水处理付费的意愿,致使农村污水处理面临投入不足、投资分散的尴尬局面,农村污水处理不能得到大面积开展。


其次是资金供给的强度不足。农村污水处理属于基础设施建设的范畴,设施寿命应能达到30年以上,由于客观上受到资金供给总量的限制,主观上受到决策者的错误观念导向,我国当前的农村污水处理工程普遍存在片面追求不切实际的低成本的倾向,部分工程预算资金不能及时到位或被任意截留,不仅导致大量的“半拉子工程”和无效建设,同时也使得已投资建成的工程因运行费用不能落实使实施效果大打折扣。


再次是资金供给的可持续性较差。我国当前的农村污水处理投入大多依赖于领导的意志和突发性的环境事件,缺乏制度性的、可持续性的安排,是制约农村污水处理最主要的结构性问题。这不仅导致所谓的“重建设、轻管理”“重建设、轻运行”的现象,而且也使我国农村污水处理管理能力和技术能力建设不能获得良性的发展环境。


5
农村污水处理技术能力不足


首先,农村污水处理缺乏规划技术指导。在目前的农村污水处理实践中,存在以下几种突出的规划问题,即过度依赖集中处理模式,忽视分散污水处理技术的应用;集中污水处理系统布局不合理,存在城乡分割、行政区划分割的现象;在农村分散污水处理中套用城市的规划技术,导致不恰当的污水处理规模和处理深度。


其次,农村污水处理缺乏应用技术指导。在实践中存在两大误区:一是成本与技术误区。污水处理属于基础设施建设范畴,建成后的设施应能够正常运行,且使用寿命应保持在二、三十年以上。如因资金不足和急于求成导致无效建设,则是最大的浪费;相反,则是盲目的高投入,照搬城市污水收集处理的方式与技术模板,或试图以昂贵的设备投资和动力消耗来减少精细化管理的需求。二是“因地制宜”误区。


农村污水处理过分强调并片面理解“因地制宜”,技术应用五花八门,导致生产制造、工程建设和运行管理均形不成规模效应,不利于降低投资与运行费用。尽管目前农村污水分散处理工艺、设备材料、运行管理等方面均不存在难以克服的技术难点,但一些常见的成熟工艺技术仍难以发挥应有的效果,这与生产制造、施工及服务质量控制不严有相当大的关系,从而极大地挫伤了政府投资分散污水处理的积极性,同时也制约了行业的健康发展。


最后,农村污水处理设施运行管理不完善。统计数据显示,各地已建成的农村分散污水处理设施的有效运行率不足20%,长期缺乏有效维护还将加快设施老化与报废。目前农村分散污水处理设施通常由乡镇自行组织运行,这种方式难以配备不同专业的技术人员且存在监管难题,当运行维护资金不能及时到位或没有保障时,农村分散污水处理设施便成了摆设。


资料统计表明:截止到2015年我国有6亿多农村人口,分布在270多万个自然村,每年产生污水量达100亿吨左右。由于农村污水处理设施建设普遍存在厂网建设不完善,水平低下的问题,导致农村污水处理率不足10%,仍有大部分的污水未经处理就任意排放。相比于目前城镇污水90%以上的处理率,农村污水处理任重而道远,形式严峻。


大数据的基本特征


大数据通常是指数据数量巨大到常规统计分析软件不能及时有效处理分析及管理的各类数据信息集合(包括结构化和非结构化数据),大数据应用正是大量数据收集、存储、分析、管理、挖掘与运用的新技术体系。其主要特征表现为:


1)数据量巨大,这是大数据的基本属性和特征,该特征不仅表现为数据自身的大小,同时也说明处理数据的方式由传统的单一个体处理转变为多方的云平台处理。


2)数据具有多样性,这是大数据的重要特性之一,具体表现为数据种类复杂多样。这种多样性可从多方面、多角度解释事物属性,同时也可保证数据的准确性和精度。


3)数据处理速度快,这是大数据与传统海量数据处理的重要区别。这是由于相关技术支持,使得大数据处理速度快,可以快速对数据进行有效分析。


4)单一数据价值低,这是大数据的基本特征。为了得到事物更多的细节,通常需要采集大量的原始数据,这些数据的单独个体价值不高,但整体数据的价值高。


随着互联网、移动互联网、物联网、云计算等现代信息技术的快速发展,大数据应用正以前所未有的速度与传统产业实现全方位、深层次融合,并对传统产业技术创新、生产方式、经营模式、商业模式产生革命性影响。


大数据在农村污水治理中的作用和意义


我国地域辽阔、地区差别大、农村居民生活习惯各不相同、加之各地水资源禀赋不同和经济发展严重不均衡,致使农村污水治理工作开展非常复杂。现有农村污水产生量、水质、治理技术、处理方式、处理效果、排放去向、污水处理厂规模及运营状况、水资源循环利用情况等数据收集困难、数据量大且分散、规律性不强、单体数据代表性不足,这些特点恰与大数据的特点相吻合,运用大数据收集、存储、分析、管理、挖掘与运用等大数据应用技术处理农村污水治理中存在的问题,对破解当前农村污水治理困局具有重大意义。下面,笔者引述一些具体的事实,举例加以说明。


1
村镇污水厂建设缓慢,多数污水厂“建而不用”


根据起始于2000年由中国水网创建的E20研究院统计分析,建制镇污水处理厂在过去的9年中有了显著发展,数量由2007年的763座增加至2015年的3082座。处理能力方面也有了较大提升,从2007年的416万立方米/日提升至2015年的1992万立方米/日。据悉,从2008年开始,国家提出并实施“以奖促治”政策,2011~2012年,中央财政投入专项资金95亿元用于农村环境综合治理,在政府资金的推动之下,建制镇集中污水处理厂快速发展(图1)。



图1 建制镇污水处理厂个数与处理能力变化(2007-2015年)


作为集中式污水处理设施中重要的配套设施,排水管线建设呈现逐渐增加的趋势,由2007年的87550千米上升至2015年的158288千米,增长约81%。对比发现,排水管网的建成速度要低于污水处理厂建成速度。所以,排水管网不足是导致目前污水处理厂出现“建而不用”现象,成为摆设的重要原因之一(图2)。



图2 建制镇排水管道长度变化(2007-2015年)


此外,E20研究院调研发现,在村镇建立污水处理厂,所建立设施投资“厂管比”为1:3左右,如果污水处理厂投资500万,那管网投资要达到1500万,如果管网没有资金支持,建立的“厂”或者“站”就会很难运转,这对村镇的政府来说是很大的负担,所以这也是现在很多村镇地区存在污水处理设施“建而不用”现象很重要的原因,造成资源浪费严重。


2
乡村污水处理装置成主力,且单体规模有扩大趋势


与建制镇相比,乡污水处理厂数量明显较少,据E20研究院分析,2015年全国建成乡污水处理厂423个,处理能力仅有71.89万立方米/日,约为建制镇污水处理厂处理能力的3.6%。E20研究院研究发现,一方面建制镇人口更为集中,污水产生量更大,对污水处理厂需求较高;另一方面,支付能力上,建制镇要强于乡(图3)。



图3 乡污水处理厂个数与处理能力变化(2007-2015年)


乡污水管网建设在过去9年间一直增长缓慢,从2007年的10881千米到2015年的17189千米,仅增加了6308千米。管网建设耗资巨大,而乡一级政府支付能力不足是管网建设难的关键。排水管道建设缓慢,严重不足也成为限制乡污水处理厂发展的一个重要原因。此外,乡的分散程度相对建制镇更高,采用分散式处理装置进行污水处理更符合目前的现状,这也是乡污水处理厂发展缓慢的原因(图4)。



图4 乡排水管道长度变化(2007-2015年)


此外,据E20研究院的研究结果显示,到2015年,全国乡污水处理装置为1288个,处理能力达到29.835万立方米/日。对比历年数据可以看出,乡污水处理装置的处理能力呈现明显上升的趋势,而处理装置的个数却没有较大变化。可能的原因有以下两点:(1)近两年农村污水分散式处理装置技术发展较快,单个装置的处理能力和服务人口比例显著提高;(2)在原有处理设施的基础上进行了改扩建,提升了原有处理装置的处理能力。


虽然目前乡村人口有集中化趋势,但在大多数地区人口集中程度和总规模相比城镇而言仍比较低,分散式处理装置仍将是未来乡村污水处理的主要模式(图5)。


图5 乡污水处理装置个数与处理能力变化(2007-2015年)


3
对特定区域,采取相关技术手段“因地制宜”的进行治理


软通动力信息技术(集团)有限公司凭借多年在物联网、大数据、云计算等现代信息技术方面的服务优势和在智慧农业领域丰富的经验,通过抽取农村污水治理相关数据并进行大数据分析,针对地广人稀、住户分散区域或污水收集管网建设困难的地方(如偏远山区、污水收集管网辐射不到的城镇远郊),提出分散式农村污水治理系统解决方案:首先根据用户用水量数据分析污水产生量,在此基础上指导上游设备制造企业针对至少一家一户、大到连片的3~5户,开发适合分散布置,一站完成处理的一体化污水处理装置(处理能力为0.6~25吨/日),再根据以往农村污水治理装置运行效率低下、农村技术人员缺乏等问题,通过配以前端的物联网技术、加之运行过程自动运行和实时监控,既可以大大降低污水处理工程建设成本(取消或减少污水收集管网建设)、又能在较低成本工况下保证污水治理装置的有效运行、同时还能有效缓解偏远农村技术力量不足。一体化污水处理装置在河北承德、云南大理洱海农村均已投入使用(图6、图7)。



图6 河北农户使用的一体化污水处理装置



图7 云南大理洱海农村使用的一体化污水处理装置


结语


综上所述,大数据在农村污水治理中的作用已经初显,可以预期随着大数据技术应用的不断深入,大数据在农村污水治理技术研发、设备制造、产品开发、工程建设、运营模式革新等方面必将发挥更大作用,对农村污水治理体制改革、机制创新产生深远影响,对建设社会主义新农村具有重大意义。




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