新農村低成本污水收集系統探究
——以萊蕪市薛家埠村為例

于 洋,王金巖,左長安

山東大學 土建與水利學院,山東 濟南 250000

新農村低成本污水收集系統探究
——以萊蕪市薛家埠村為例

于 洋*,王金巖,左長安

山東大學 土建與水利學院,山東 濟南 250000

農村水污染問題日益嚴重，造成農村環境惡化。本研究以萊蕪市薛家埠村新農村污水收集作為研究對象，通過分析萊蕪市農村分布及污水排放特點，提出以因地制宜為原則，集中收集處理與分散收集處理相結合、低成本與環境效益相結合的兩種污水收集模式。詳細闡述了適合新農村特色的低成本污水收集系統，為我國其他地區農村污水治理及污水收集系統的設計提供借鑒經驗。

低成本;新農村;污水收集模式;污水收集系統

隨著農村經濟的快速發展和人民生活水平的日益提高，農村生活污水排放量急劇增長。2005年建設部發布的《村莊人居環境現狀與問題》的調查結果表明，由于我國大部分農村受到地形等因素的限制，人口分布較分散。96%的村莊缺少系統的污水收集和處理設施，直接排放到附近河流；80%的村莊生活垃圾直接堆放在路邊甚至水源地、泄洪槽及水塘邊，造成地下水質不斷惡化，水污染問題日益嚴重。由于大部分農村直接引用自然水，水污染問題嚴重威脅農村居民的生命安全[1]。因此，本研究以萊蕪市薛家埠村新農村污水治理為例，通過分析萊蕪市農村分布及污水排放特點，提出因地制宜的適合農村環境特點的低成本污水收集系統。

1 村莊分布及污水排放特點

1.1 村莊分布特點

在人口分布方面，農村與城市相比具有居住分散的特點。根據對萊蕪市農村的現場調研、分析，村莊具有以下特點：

1.1.1 不同村莊規模大小不等，集中與分散分布相結合 行政村的中心村住戶住宅分布較為集中，村莊的經濟基礎條件較好，生活污水排放量大；自然村住戶住宅呈分散式分布，住戶之間距離較遠，生活污水排放量相對較小，污水對環境影響較小。

1.1.2 村莊受到地形因素影響 部分村莊由于受到地形、溝渠、高地、水體等因素的影響，住宅多順地勢特點布局，依山而建，建筑呈分散式分布，隨意性強，表面看起來缺乏規劃，但實際是以某點為中心，例如池塘、谷場等。由于村莊所處地形高差較大，且溝渠較多，不利于排水管線的布置。

1.1.3 村莊道路狹窄 建筑布局相對集中的村莊內，住宅前后間距較窄，街巷不寬，路面較窄，人行通道寬度僅1～2 m；此外，大部分人行道路隨建筑位置的變化而產生大量拐角，增加了管線開挖的難度。

1.2 村莊污水排放特點

根據對萊蕪市農村的現場調研、分析，發現村莊水污染問題嚴重。農村生活污水主要包括廚房用水、廁所污水、生活洗滌用水及其他污水。日排放量變化大，集中做飯時間污水排放量大，約為平時排放量的2～3倍。COD和BOD5濃度分別為350～770 mg/L、200～400 mg/L；SS、TKN濃度分別為250 mg/L、30～40 mg/L，B/C為0.45～0.55，污水可生化性好，pH值為6～9，TP濃度為2.5～3.5 mg/L[3]。廚房用水主要包括涮鍋水、洗碗水、洗菜水、淘米水等，其污水總量占生活污水總量的1/5[2]。其中，洗碗水和涮鍋水中BOD、COD含量很高，是生活污水中BOD、COD的主要來源，這是農村污水中COD、BOD濃度普遍高于城鎮生活污水的直接原因。農村廚房用水普遍未經處理直接排入附近溝渠或大部分直接傾倒在土地上，污染地下水。隨著社會主義新農村建設，越來越多的農村住宅實現了改水改廁，開始使用抽水馬桶，但仍有部分村莊仍然在使用旱廁。農村住宅廁所糞便污水通過室外無底化糞池下滲或建造室外旱廁收集還田，小部分住宅由于受到房屋前后間距較小的限制，無法建造化糞池，將廁所糞便污水排入室內廁所下的無底化糞池下滲，或未經處理直接排放到附近的排水溝渠。

2 農村污水收集模式

農村污水收集模式應根據房屋布置形式、地形、污染排放特點，以因地制宜為原則，集中收集處理與分散收集處理相結合、低成本與環境效益相結合。根據現場的調研以及對萊蕪市的農村現狀分析，農村污水收集模式主要有以下3種。

2.1 房屋集中式分布的村莊，采用集中收集模式

房屋集中式布置的村莊且房屋戶數不低于50戶的片區，考慮在村莊內鋪設污水管網，污水通過集中收集后，通過氧化塘、人工濕地等自然處理技術進行污水的處理，水質達標后排放到農田進行灌溉或排入附近的水體。集中收集模式適用于房屋布局相對集中、村莊規模大、經濟基礎良好的村莊。集中收集處理模式具有占地面積小、污水處理程度高、出水水質標準高等優點。全村鋪設污水管網每戶平均費用不超過7000元[4]。

如條件允許，可將相鄰的房屋相對集中布局的鄰近村莊污水集中收集，就地建設污水處理設施，集中處理污水能有效降低成本。

2.2 房屋分散式布置的村莊，采用單戶或聯戶處理排放

在我國，農村由于受到地形、溝渠、水體、橋路等因素的制約，大部分房屋布局都相對分散，相互之間距離較遠，這種布局分散、規模較小、地形復雜的村莊，將各住戶污水集中收集處理難度大，污水不易集中收集處理，且村莊集中鋪設管網建設成本高，鋪設污水管網每戶平均費用超過7000元。相對于經濟基礎薄弱的村莊來說，建設和運行費用負擔較重，實施難度大[5]。為了節約成本和降低施工難度，建議采用分散式收集模式，采用單戶或聯戶處理排放。分散式收集處理模式根據房屋密度、地勢坡度、水體、溝渠等因素劃分片區，每個片區內的住戶污水按照分區進行收集、處理。該模式具有施工難度低、布局靈活的優點。

2.3 管網截污收集模式

一些臨近城市、房屋布局相對集中、地形平坦、管網建設難度低的村莊，為節省成本，村莊內可鋪設排水管網，污水集中收集排入臨近城市污水管網，由城鎮污水處理廠統一處理。管網截污收集模式不需要在村莊附近建設污水處理站[6]，具有投資低、見效快、管理方便、污水處理程度高等優點，實現農村污水處理由“分散治污”向“集中治污、集中控制”的方向轉變，滿足條件的村莊應優先考慮[7]。

3 薛家埠村污水收集系統的設計

3.1 薛家埠村基本介紹

薛家埠隸屬山東省萊蕪市萊城區寨里鎮，位于萊城西偏30 km處，北臨孔埠村，東南臨太平村，南臨水北。共有315戶，940人。薛家埠村是寨里鎮一個自然村，地勢平坦，一馬平川，除北面與孔家埠接壤外，其他三面均被農田圍繞，是典型的平原集中型村落，建筑布局相對集中（圖1）。地形整體比較平坦，西北高東南低，利于排水。但仍存在下面問題。

3.1.1 基礎設施落后 薛家埠村受傳統生活習慣的影響和排污管道、污水處理場、垃圾收集、處理等基礎設施建設嚴重滯后的制約。村內原部分污水通過村民自建排污口就近排入下游水溝內[8]，大部分污水均無合理排放，污水依然直接就地勢排入周邊水體，造成河流、水塘等水環境污染，嚴重危害了村鎮生態環境。

3.1.2 環境質量低 薛家埠村存在池塘、洼地、溝渠等景觀不佳問題。

3.2 污水收集與治理

3.2.1 分散污水收集系統布置 在薛家埠村的東北角、西北角、東北角存在零星分散住戶，采用庭院污水收集及處理技術，將處理后的污水達標后農用或排放。

3.2.2 集中型污水收集設計 在薛家埠村房屋集中布局的片區，主要鋪設排水管網，污水集中處理。

3.2.2.1 劃分排水流域 在排水區界內應根據地形和城市豎向規劃劃分排水流域，薛家埠村屬于在地形較平坦的地區，該地區地勢自西向東傾斜，坡度為8‰，坡度較小。薛家埠村南北方向根據分水線劃分為三個排水流域，排水流域分別定義為A、B、C（圖2）。排水流域中最低標高處，作為該排水流域的集水線。

圖1 薛家埠村房屋布局圖Fig.1 The housing layout of Xuejiapu Village

圖2 薛家埠村排水流域劃分范圍Fig.2 The drainage range of Xuejiapu Village

由于受到村莊常年主風向、當地地形、污水處理設施位于村莊東南方向等因素的影響，干管流向應為自西向東（圖3），街道支管布置在街區地勢較低一側的道路下。

在排水流域A中，村莊主干道路l1北側，地勢自北向南逐漸降低；村莊主干道路l1南側，地勢自南向北逐漸降低；因此將L1污水管線作為排水流域集水線。

在排水流域B中，村莊次干道路l2北側，地勢自北向南逐漸降低；因此將L2污水管線作為排水流域集水線。

在排水流域C中，村莊次干道路l3北側，地勢自北向南逐漸降低；因此將L3污水管線作為排水流域集水線。村莊次干道路l4東側，地勢自東向西逐漸降低；西側地勢自西向東逐漸降低；因此將L4污水管線鋪設在村莊次干道路l4上，用于收集主干道兩側的住戶污水。

3.2.2.2 污水管線定線 薛家埠村屬于在地形平坦無顯著分水線的地區，應使污水干管在合理埋深的情況下，讓絕大部分污水自流排出。綜合分析薛家埠村地勢，薛家埠村屬于地形平坦但略向東傾斜的村莊，因此采用干管垂直于等高線的布置方式（圖4）。將干管與地形等高線垂直相交布置，而主干管與等高線平行敷設。污水干管設于地勢相對較低的集水線上，盡可能在管線較短和埋深較小的情況下，讓最大區域上的污水自流排出[9]。

圖3 薛家埠村集水線位置Fig.3 The location of waterline in Xuejiapu Village

圖4 薛家埠村污水干管正交布置形式Fig.4 The mode of trunk sewer in Xuejiapu Village

結合薛家埠村的地形，污水主干管L5、干管L1、L2、L3、L4布置如圖（圖5）。

在排水流域A內，污水干管L1的北側，地勢從北向南逐漸降低，污水干管L1的南側，地勢從南向北逐漸降低。南北向紅色箭頭是排水流域A內污水支管的水流方向，東西向的紅色箭頭是污水主干管L1的水流方向。

在排水流域B內，污水干管L2的北側，地勢從北向南逐漸降低。南北向綠色箭頭是排水流域B內污水支管的水流方向，東西向的綠色箭頭是污水干管L2的水流方向。

在排水流域C內，污水干管L3的北側，地勢從北向南逐漸降低。南北向藍色箭頭是排水流域C內污水支管的水流方向，東西向的藍色箭頭是污水干管L3的水流方向。南北向污水管線L4水流逆坡從南向北流動，用于收集村莊次干道l4兩側農戶污水。

（3）污水支管定線 污水支管采用穿坊式，污水支管穿過街坊，而街坊四周不設污水管，其管線較短，工程造價低。[10]污水支管收集污水支管兩側的住戶污水（圖6）。

圖5 薛家埠村污水干管定線及污水干管水流方向示意圖Fig.5 The location of trunk sewer and water direction in Xuejiapu Village

圖6 薛家埠村污水支管定線Fig.6 the location of branch sewer in Xuejiapu Village

4 結語

根據對萊蕪市農村的現場調研，結合當地村莊經濟、環境條件，提出適合農村特點的污水收集模式。這種收集模式實現了管網布置靈活、投資成本低，施工難度小，為我國其他地區農村污水治理及污水收集系統的設計提供借鑒經驗。

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Study on Low Cost Sewage Collection System in New Countryside——The case in Xuejiapu Village of Laiwu City

YU Yang*,WANG Jin-yan,ZUO Chang-an
College of Civil Engineering and Water Resources/Shandong University,Jinan 250000,China

Rural water pollution is becoming more and more serious,resulting in deterioration of environment.By analyzing the characteristics of rural distribution and waste water discharge in Laiwu city,this paper puts forward two kinds of sewage collection modes,which are based on local conditions,centralized collection and decentralized treatment,low cost and environmental benefits.This paper elaborates on the low cost sewerage system suitable for the new rural features,and provides reference experience for the design of rural sewage treatment and sewerage system in other areas of China.

Low cost;new countryside;sewage collection mode;sewage collection system

X703

A

1000-2324(2017)05-0736-04

2017-08-01

2017-08-09

“十二五”國家科技支撐計劃課題:低成本村鎮基礎設施與環境建設技術研究與示范(2014BAL04B05)

于 洋(1933-),女,碩士,助理研究員,主要從事城鄉規劃研究工作.E-mail:617102948@qq.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:617102948@qq.com