北京某農(nóng)村污水處理設(shè)施規(guī)劃研究

馮夢南 鄭婷婷

（北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，北京 100085）

1 引言

農(nóng)村生活污水主要包括沖廁污水、廚房廢水、洗浴污水等，具有水量小、間歇排放等特點。我國農(nóng)村生活污水處理起步較晚，由于居住分散、水量較小、管理難度大，仍有很大比例的農(nóng)村生活污水沒有得到有效收集處理。

生態(tài)環(huán)境部與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2018 年聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快制定地方農(nóng)村生活污水處理排放標(biāo)準的通知》（環(huán)辦水體函〔2018〕1083 號），要求梯次推進農(nóng)村生活污水治理。根據(jù)農(nóng)村不同區(qū)位條件、村莊人口聚集程度、污水產(chǎn)生規(guī)模，因地制宜采用污染治理與資源利用相結(jié)合、工程措施與生態(tài)措施相結(jié)合、集中與分散相結(jié)合的建設(shè)模式和處理工藝［1］。

2 大石窩鎮(zhèn)現(xiàn)狀

2.1 自然地理基本情況

大石窩鎮(zhèn)地處北京房山區(qū)西南部，是通往河北的門戶城鎮(zhèn)。鎮(zhèn)域地理位置優(yōu)越，交通便利，距房山區(qū)燕房組團38 km，距北京市區(qū)65 km，依托京昆高速和南水北調(diào)巡線路，大石窩鎮(zhèn)進入了環(huán)首都城市核心區(qū)“1 小時經(jīng)濟圈”，是北京未來發(fā)展的重要空間和門戶通道。鎮(zhèn)域?qū)偕角芭瘏^(qū)，環(huán)境優(yōu)美，北部山巒疊翠，泉流潺潺，南部沃野平疇、土壤豐腴。全鎮(zhèn)面積96 km2，總?cè)丝?.8 萬人。

大石窩鎮(zhèn)地處海河流域，境內(nèi)主干河流有拒馬河和南泉水河，均屬季節(jié)性河流。拒馬河自西北而東南流貫鎮(zhèn)域西南部，境內(nèi)流程10 km，平均河寬40 m；南泉水河發(fā)源鎮(zhèn)域北部，向南流經(jīng)鎮(zhèn)域東部，下注胡良河。

2.2 污水處理設(shè)施現(xiàn)狀

大石窩鎮(zhèn)現(xiàn)有污水處理設(shè)施嚴重不足，生活污水隨意排放。大石窩鎮(zhèn)目前有5 個村（高莊村、巖上村、獨樹村、下灘村和南河村）已建成8 座污水處理站，但運行效果不穩(wěn)定，污水處理站基本情況見表1。有3 個村已開展污水處理站設(shè)計（巖上污水處理站、下莊遷建小區(qū)化糞池、南河污水處理站），其他村的污水直排河道或自然下滲。各村現(xiàn)有污水處理設(shè)施運行養(yǎng)護不到位，缺少專業(yè)技術(shù)人員，導(dǎo)致高莊村、南河村的污水處理設(shè)施出現(xiàn)管道堵塞、機械故障、污水外溢等，難以正常運行，嚴重影響污水處理站出水水質(zhì)。

表1 大石窩鎮(zhèn)現(xiàn)有污水處理站基本情況

3 污水處理規(guī)劃

3.1 污水處理規(guī)模計算

3.1.1 農(nóng)村生活污水處理規(guī)模計算

參考《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施技術(shù)標(biāo)準（征求意見稿）》，確定農(nóng)村居民日用水量。大石窩鎮(zhèn)各村戶內(nèi)有給水排水衛(wèi)生設(shè)備和淋浴設(shè)備，由于水資源匱乏，地下水超采嚴重，居民用水量取100 L/（人·d），水頭村由于有云居寺景區(qū)，另計算旅游人口用水量。

未來大石窩鎮(zhèn)各村應(yīng)完善排水設(shè)施，污水排放系數(shù)取0.7，則污水排放量取70 L/（人·d），全鎮(zhèn)共需要2 730 t/d 的污水處理規(guī)模。

大石窩鎮(zhèn)污水處理設(shè)施缺口見表2。

表2 大石窩鎮(zhèn)污水處理設(shè)施缺口m3/d

3.1.2 旅游業(yè)污水處理規(guī)模計算

大石窩鎮(zhèn)旅游業(yè)發(fā)展規(guī)劃提出建設(shè)2 個特色小鎮(zhèn)，分別是云居寺文化景區(qū)內(nèi)的“禪修文化特色小鎮(zhèn)”和塔照村的“古塔文化風(fēng)情小鎮(zhèn)”，旅游小鎮(zhèn)內(nèi)規(guī)劃特色餐飲和特色住宿，旅游旺季將產(chǎn)生較多生活污水。

禪修文化特色小鎮(zhèn)預(yù)計年接待游客量為350萬—500 萬人次，住宿總體接待能力200 床，餐飲總體接待能力500 位，小鎮(zhèn)內(nèi)配備公共廁所；古塔文化風(fēng)情小鎮(zhèn)預(yù)計年接待游客量為100 萬人次，住宿總體接待能力3 000 床，餐飲總體接待能力4 000 位，小鎮(zhèn)內(nèi)配備公共廁所。均按旅游旺季接待能力90%、旅游淡季接待能力30%統(tǒng)計，見表3。

表3 大石窩鎮(zhèn)旅游業(yè)淡季/旺季接待能力

根據(jù)GB 50015—2003 《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（2009 年版），旅館客房每床位每日用水定額250～400 L，位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)的特色住宿用水量少于旅館客房用水量，可取每床位每日用水200 L，工程折污系數(shù)為0.7，可推算禪修文化特色小鎮(zhèn)產(chǎn)生污染物的規(guī)模及數(shù)量，見表4。

表4 禪修文化特色小鎮(zhèn)污染物規(guī)模及產(chǎn)生量

古塔文化風(fēng)情小鎮(zhèn)污染物規(guī)模及產(chǎn)生量見表5。

表5 古塔文化風(fēng)情小鎮(zhèn)污染物規(guī)模及產(chǎn)生量

3.2 污水處理模式研究

農(nóng)村生活污水處理主要有納入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)、村莊集中污水處理、分戶污水處理3 種方式。決定污水處理方式的因素主要包括村莊人口規(guī)模、人口密度（或住房間距）、距城（鎮(zhèn)）區(qū)市政管網(wǎng)的距離、環(huán)境條件、經(jīng)濟條件和運行管理等［2］。

對于一個村鎮(zhèn)來說，人口越多，集中處理的人均成本越低，因而人口密度高的村鎮(zhèn)，采取集中處理（地埋式一體化設(shè)備或土建）有優(yōu)勢。人口密度低（低于250～300 人）的村鎮(zhèn)，宜采用分散處理（單戶或多戶凈化槽）。

大石窩鎮(zhèn)距房山中心區(qū)過遠，不適宜納入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)。全鎮(zhèn)地形分為低山丘陵、山前臺地及平原區(qū)，低山丘陵區(qū)居住分散，人口密度低，不宜采用集中污水處理方式，故水頭和三岔兩村采用分散處理方式。山前臺地和平原區(qū)主要采用村莊集中污水處理模式，有條件合建的村莊采用合建一個集中污水站的模式。有分散居民點的可結(jié)合小型凈化槽等進行分散處理。

3.3 污水處理設(shè)施及管網(wǎng)布局

通過水文分析確定大石窩鎮(zhèn)地區(qū)河流水系流向、匯水分區(qū)、匯水點等水文特征，綜合地形、人口集聚特征、現(xiàn)狀建設(shè)情況，確定各個村莊的污水處理模式、處理站的位置。

根據(jù)區(qū)域DEM 高程數(shù)據(jù)，基于D8 單向流法確定水流流向；基于最陡坡度原則確定水流方向；最后設(shè)定匯水面積閾值，并采用研究區(qū)實際水系進行校正，從而生成流域河流水系及匯水分區(qū)，見圖1。

圖1 大石窩鎮(zhèn)匯水分區(qū)與匯水流向示意

根據(jù)水文分析結(jié)果給出的各匯水區(qū)集水點位置，可以初步確定污水處理設(shè)施適宜的布局位置。結(jié)合影像圖中各村居住用地分布情況，確定是否需要分散污水處理設(shè)施及具體位置。前石門村與后石門村連片分布，且同屬一個匯水分區(qū)，建議合建一個集中污水處理設(shè)施。全鎮(zhèn)各村的污水處理設(shè)施分類及規(guī)模情況見表6，共需建設(shè)分散污水處理設(shè)施10處，合建污水處理站1 座，集中式污水處理站16 座，升級改造現(xiàn)有污水處理站8 座。各污水處理站的規(guī)模結(jié)合現(xiàn)狀及未來預(yù)期人口進行測算，針對一些人口較少、處理規(guī)模較小的村莊（鄭家磨、土堤），亦可采取近遠期結(jié)合的方案，近期可以設(shè)置污水收集池由運輸車輛運至就近村莊污水處理廠（同時考慮就近村莊污水處理廠規(guī)模適當(dāng)擴大），遠期結(jié)合污水量增加情況再新建污水處理站。

表6 大石窩鎮(zhèn)部分村莊污水處理設(shè)施分類及擬建規(guī)模、管網(wǎng)長度

2 個景區(qū)污水處理設(shè)施根據(jù)景區(qū)發(fā)展階段分期建設(shè)，云居寺景區(qū)依托水頭村、三岔村、下莊村污水處理設(shè)施進行處理，旅游人口規(guī)模顯著增加超出各村污水處理設(shè)施處理能力則增加污水處理規(guī)模。古塔風(fēng)情文化小鎮(zhèn)依托塔照村污水處理設(shè)施處理，人口規(guī)模顯著增加時即可進行擴建。污水處理規(guī)模及排放標(biāo)準見表7，排入高功能水體（拒馬河）的執(zhí)行北京市地標(biāo)［3］一級標(biāo)準，排入南泉水河的執(zhí)行北京市地標(biāo)二級標(biāo)準。

表7 大石窩鎮(zhèn)景區(qū)規(guī)劃期污水規(guī)模及排放標(biāo)準m3/d

新建的市政管網(wǎng)應(yīng)主要采用雨污分流制的集中收集系統(tǒng)，分流改造困難的建成村采用截流式合流制，人口相對分散的水頭村、三岔村可利用現(xiàn)有雨污排水邊溝或自然溝渠。

村民分散居住、污水處理設(shè)施服務(wù)人口50 人左右、服務(wù)家庭數(shù)2～10 戶、處理設(shè)施布置在村落中的，可采用分散收集系統(tǒng)，在庭院收集的基礎(chǔ)上，將各戶的污水用管道或溝渠引入污水處理設(shè)施。

大石窩鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水目前實現(xiàn)了污染源分離，黑水和灰水分別排放，但由于儲糞池未修建出水管道，已建的村鎮(zhèn)管網(wǎng)無法收集黑水，需要對儲糞池進行改造，增設(shè)出水管，與灰水一起收集后進行污水處理。

沿道路走向、坡度及匯水方向，確定污水管總體走向，描繪出各村污水主干管及主要支管，如圖2 所示。農(nóng)村污水處理設(shè)施運行存在的主要難點就是管網(wǎng)建設(shè)滯后，應(yīng)確保污水處理設(shè)施和配套管網(wǎng)同步設(shè)計、同步建設(shè)、同步運行。污水處理站選址在建設(shè)前應(yīng)進行實地踏勘，確保不占用基本農(nóng)田，保證足夠的安全防護距離，有良好的工程地質(zhì)條件。

圖2 大石窩鎮(zhèn)各村污水處理設(shè)施及污水干管示意

以半壁店村為例，分為南北2 處集聚區(qū)，分別建立1 座集中污水處理站，規(guī)模為140 m3/d 及150 m3/d。污水干管沿村莊主干道向東布置，總長度8.2 km。

南尚樂村與北尚樂村由于集中聚居區(qū)外有散居人員，共增加3 處分散式污水處理設(shè)施，規(guī)模分別為25，25，20 m3/d。

3.4 污水處理工藝選擇

3.4.1 農(nóng)村污水處理工藝研究

我國農(nóng)村生活污水一般采用常規(guī)處理＋深度處理的工藝組合形式。常規(guī)處理工藝有無（微）動力地埋式厭氧技術(shù)、接觸氧化法、A2/O 法以及生物膜處理技術(shù)等，深度處理工藝有人工濕地、生態(tài)塘（穩(wěn)定塘）、土壤滲濾技術(shù)等［4］。農(nóng)村生活污水集中處理模式組合見圖3。

圖3 農(nóng)村生活污水集中處理模式組合

農(nóng)村污水分散處理模式組合見圖4。

圖4 農(nóng)村污水分散處理模式組合

污水處理凈化槽起源于日本，有小型和大型凈化槽，分別針對單戶或多戶污水處理。單戶可使用小型凈化槽，分散處理，無需管網(wǎng)，投資省，易使用；多戶可將畜禽養(yǎng)殖、各戶生活污水集中起來處理。

分戶污水處理設(shè)施宜采用一體化裝置，污水進入一體化裝置之前應(yīng)進行預(yù)沉淀處理，可采用已建成的化糞池作為沉淀處理單元，當(dāng)采用一體化裝置出水不能滿足要求時，宜增加自然生物處理。村莊污水集中處理宜采用一體化裝置或工程構(gòu)筑物，污水進入污水處理站前宜經(jīng)過化糞池或厭氧池預(yù)處理，污水處理站宜設(shè)置調(diào)節(jié)池，當(dāng)采用生物處理設(shè)施出水不能滿足要求時，宜增加自然生物處理。農(nóng)村生活污水處理應(yīng)優(yōu)先考慮資源化，處理水宜利用村莊的自然條件，經(jīng)過周邊溝渠、水塘、土地等方式進一步處理后排入受納水體，并應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準。

3.4.2 各村污水處理工藝選擇

根據(jù)表8 中各項水處理工藝的比較結(jié)果，建議各村集中污水處理站采用調(diào)節(jié)水解＋生物氧化＋人工濕地的處理工藝組合，采用一體化地埋式設(shè)備將各部分組合（因冬季水溫較低，需采用地埋式構(gòu)筑物保證溫度）。分散污水處理設(shè)施采用中小型凈化槽。

表8 污水處理工藝對比［5］

目前大石窩鎮(zhèn)建成的幾座集中污水處理站中，采用MBR＋濕地處理工藝的全都故障停用，單獨使用化糞池＋人工濕地處理工藝的也出現(xiàn)故障停運，運行較好的巖上、獨樹村的2 座污水處理站采用一體化設(shè)備，接觸氧化工藝。從今后運營管理方便考慮，可為各個村鎮(zhèn)設(shè)計同樣工藝的污水處理站，采取接觸氧化＋人工濕地處理工藝。

三岔村、水頭村存在多個餐飲企業(yè)，生活廢水中有機污染物較多，建議在污水處理設(shè)施前面加裝隔油池。

根據(jù)“運行管理簡單、低能耗、易維護”的原則，建議小型分散污水處理設(shè)施使用無/微動力凈化槽，采用厭氧濾池＋人工濕地的處理工藝。

厭氧生物濾池采用地埋式臥式儲罐的形式，兩頭封堵，可根據(jù)實際情況的需要選擇不同的材質(zhì)，如不銹鋼、碳鋼和玻璃鋼。

3.4.3 原有污水處理站恢復(fù)改造方案

根據(jù)調(diào)研情況，建議對大石窩鎮(zhèn)現(xiàn)有的8 座污水處理站進行恢復(fù)性改造。首先對污水處理站進行綜合評價，確定是否有升級改造的空間。恢復(fù)改造遵循下列原則：（1）老化設(shè)施清理修復(fù)；（2）閑置設(shè)備維修養(yǎng)護；（3）損壞儀表設(shè)備更換；（4）局部工藝/運行調(diào)整；（5）提升運行管理水平。

4 結(jié)語

本研究對農(nóng)村污水處理設(shè)施的統(tǒng)一規(guī)劃進行了探索，為目前全國各地正在開展的農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)提供了一些經(jīng)驗，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、促進鄉(xiāng)村振興起到促進作用。農(nóng)村污水處理設(shè)施的建設(shè)應(yīng)立足長遠，統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)、運行和監(jiān)管。