關中某區農村污水收集與處理系統的探討與分析

巨拓 張鵬輝

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司西安分公司，陜西西安 710000）

1 引言

由于環境治理和管理投入不足，農村污水處理設施的建設遠落后于農村經濟發展速度，大量未經處理的污水直接排放，嚴重影響農村居住環境和村民身心健康［1］。近年來，各地積極推動農村生活污水治理工作，均取得了一定的成效，在改善農村生活環境、提升農民生活品質上發揮了重要作用，但目前農村生活污水治理仍然是改善農村人居環境最突出的短板。

農村污水具有區域分散、人口眾多、收集困難等特點，農村污水成為當地水污染的主要成因［2］。實施農村生活污水治理，是削減污染物排放量、落實國家環保政策的具體行動，是改善人居環境和周邊水環境、促進區域可持續發展的有效手段。農村污水治理的實施可以解決污水直排問題，提升區域整體生態環境質量，將會產生巨大的社會、環境和經濟效益，因此，應高度重視農村地區環境污染問題，加強污水的治理力度，積極修建污水收集和處理設施，確保污水達標排放。

2 農村污水來源和特點

關中某區共有涉農行政村232 個，自然村426個，總戶數16.4 萬戶，服務人口54 萬人。根據現場調研，該區農村生活污水主要來源為村民日常洗漱、洗浴、廚房等用水產生的灰水以及農戶廁所、禽畜圈舍等產生的黑水，灰水排入現狀排水渠或散排，黑水基本上都進入院內的化糞池，定期拉運返田回用；其次是村內的學校、村委會、農家樂等產生的污水，此類污水成分與農村生活污水基本一致，可與其一起收集處理；還有很少一部分是村內或村附近小型工廠、農作坊、養殖場等產生的廢水，此類廢水由于污染物成分較為復雜，且濃度較高，應采取獨立的廢水收集處理設施，處理達標的尾水排入附近管渠或水體。

根據調查走訪，該區農村污水呈現如下特點：（1）污水量較少。各村常住人口規模為100～6 300人，污水量為5～370 m3/d，整體偏低。（2）不同時段水量變化較大。早、中、晚集中做飯時間污水量達到高峰，是平時污水排放量的2～3 倍［3］。（3）污水成分單一，且濃度低。污水主要以農村生活污水為主，存在很少量的小型工廠、農作坊、養殖場等產生的廢水，污水的可生化性較好。（4）污水收集困難。由于缺乏系統的規劃、部分區域地形較復雜、村與村之間較分散、道路狹窄、資金短缺等情況，農村污水收集設施難于實施。（5）收集率偏低。村內收集系統大多采用雨污合流排水渠，村內排水渠不完善且排水渠滲漏堵塞嚴重，部分村莊仍采取散排的方式。

3 農村供水和污水現狀調研

3.1 農村供水現狀

該區所轄村莊基本上采用全天候集中供水，占總量約97%；個別比較偏遠的山區內小村莊采用分散式供水，僅約占總量3%。該區已建成390 座農村供水站，凈水工藝均采用常規處理工藝，村最小供水站供水規模1 m3/d，村最大供水站供水規模773 m3/d，供水總規模約3.87 萬m3/d，受益村民約52 萬人。

3.2 農村污水現狀

目前，該區村民家中95%以上有洗滌盆、洗衣機，90%以上有洗浴間，50%以上有室內衛生間，無害化廁所覆蓋率達到80%以上，基本上每戶都有化糞池，化糞池污水定期拉運回田。

經調研，該區426 個自然村中，已有153 個自然村的生活污水進行了治理。其中，44 個自然村采用污水處理站模式，99 個自然村采用納管模式，8 個自然村采用化糞池返田模式，2 個自然村采用集水池拉運模式。生活污水已治理的村莊仍存在戶改不徹底、管網修建不完善、污水處理站修建或運行不健全等情況，已建成的村級污水處理站規模為30～400 m3/d不等，均采用A/O＋MBR 處理工藝，標準執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準，在管渠較完善的村莊，污水處理站可正常運行，基本上滿足排放標準；部分村莊管渠存在缺陷或不健全，污水無法有效收集，導致其污水處理站不能連續運行或出水不達標，還有一部分污水處理站處于停運或未建成狀態。尚未治理的村莊雨水及灰水主要通過村內排水明渠（溝）、暗渠（管），最終排至河道、澇塘、灌溉渠、低洼地等，還有部分村莊、街道沒有任何收集設施，雨水及灰水均無組織散排，目前95%以上農戶院外已設置化糞池，農戶污水進入化糞池，定期拉運回田，未治理的村莊收集設施中明渠（溝）、暗渠（管）、散排占比分別約為45%，40%，15%。大部分排水渠存在淤積現象，部分街道污水散排漫流，滋生蚊蠅及細菌，給村民生活造成較大影響。

4 河道及澇塘等污染情況分析

造成河道、澇塘等污染的主要原因是點源污染、面源污染和內源污染。經過調研，發現具體由以下幾方面引起：（1）點源污染。沿線村莊雨污合流，造成污水處理站進水水質偏低、水量偏大，溢流或處理不達標的尾水進入河道、澇塘；沿線村莊雨污合流，旱季生活污水直排，雨季混合水進入河道、澇塘。（2）面源污染。初期雨水沖刷農業種植、硬化道路等地表上的較多污染物進入河道、澇塘；村內垃圾隨意丟棄至河道、澇塘，或垃圾滲濾液沖刷進入河道、澇塘。（3）內源污染。河道及澇塘底泥淤積較嚴重，在缺氧/厭氧情況下大量釋放污染物。

由于河流水量的季節性變化，在枯水期河流水量相對較少，河水整體流動性較差，使得水體自凈能力減弱，加上沿線村莊的持續性排污，河道水體污染嚴重；在夏季豐水期雖然河流水量較大，河水自凈能力較強，但生活污水量、降雨的增加以及河體富營養化的加劇，使得水體污染加重。雨污水、處理尾水排入澇塘，澇塘水體不流動，水體基本無自凈能力，在內源與外源污染共同作用下，水體富營養化加重，導致水體發黑發臭。針對這些實際情況應采取分級治理措施，原則上按照先點源、再面源、后內源的治理順序實施，但在治理過程中應按照農村實際情況靈活進行。

5 污水收集及處理存在問題分析

根據現狀調查結果，分析該區范圍內農村污水治理主要存在以下問題：（1）大部分村莊未建設完善的污水收集管渠，現狀排水渠普遍存在滲漏、堵塞現象；（2）現狀污水收集系統絕大多數為雨污合流，大部分未經處理直接排放，對周圍環境和地表水造成嚴重污染，還有一小部分排至污水處理設施，影響處理設施正常運行；（3）區域內部分村莊已建成一定數量的污水處理設施，但總體占比較少，污水處理站存在出水不達標、建設還不健全或未運行等情況；（4）河流沿線的現狀排放口錯綜復雜，且有一定的隱蔽性，排放口源頭很難摸清楚，雨污水嚴重影響河道水體；（5）區域面積大，部分區域地形復雜，自然村分布較分散，不利于污水的統一收集和處理；（6）農村污水治理需要投入大量資金，農村經濟薄弱，財政補助有限，資金落實難度較大。

6 排水體制比選

排水體制一般分為合流制和分流制兩種類型，目前，我國農村污水收集設施薄弱，資金投入有限，難以一次性實施雨污完全分流。因此在排水體制的選擇上，應充分考慮當地實際情況，一方面要滿足環境保護要求，另一方面要考慮工程投資和運營管理等［4］，通過綜合分析確定。

環境保護方面，截流式合流制排水系統將污水和初期雨水收集處理，對保護周邊水體環境非常有利，但隨著雨水量增大，雨水及污水一部分進入污水終端設施中，另一部分溢流至附近水體，對周邊水體環境造成污染。分流制排水系統將污水全部收集至污水終端設施中，雨水則通過原有排水系統排放至附近水體，雖然污水得到了有效處理，但初期雨水不能有效收集，可能對周圍水體造成污染。從環境保護角度看，分流制排水系統對水體造成的影響小于截流式合流制排水系統。

工程投資方面，截流式合流制管渠綜合造價遠低于分流制，但截流式合流制終端治理設施在實際處理量上要比分流制大，再者截流式合流制排水系統的運營管理和人員成本費用要高于分流制。

運營管理方面，對于截流式合流制排水系統，在雨季時，可利用雨水沖刷管渠內淤積的沉積物，降低管渠平日的維護管理費用，但同時進入污水處理站的水量較大、水質濃度降低，不利于污水處理站的運行。分流制則在管道日常維護和污水處理站運行管理上更為有利。

考慮上述情況，并結合村莊實際，綜合分析確定：（1）附近有飲用水水源或位于環境保護區內的村莊，采用分流制排水系統，利用原有排水系統排放雨水，村內新建污水收集管網；（2）附近無飲用水水源且不在環境保護區內的村莊，現狀主要以散排為主，村內有少量排水渠的村莊，采用分流制排水系統，利用原有排水系統排放雨水，村內新建污水收集管網；（3）附近無飲用水水源且不在環境保護區內，村內有較完善的排水渠的村莊，采用截流式合流制排水系統，通過在末端設置溢流井實現晴天和初降雨時廢水進入終端設施，隨著雨水徑流量增加，混合廢水流量超過截流能力后，可經溢流管渠溢流至附近水體。

7 農村污水收集設施改造

7.1 戶內污水收集設施改造

廁所污水、庭院養殖污水進入化糞池，廚余灰水進入浮渣池，通過戶內排水管道進入村級污水管渠系統。化糞池可單戶單建或多戶合建，化糞池和浮渣池應定期清掏，將清掏的污泥和浮渣回用農田。化糞池和浮渣池進水管管徑均為DN160，坡度按0.010，出水管管徑均為DN110，坡度按0.012，管材采用UPVC 塑料管，在化糞池和浮渣池進水管上設置清掃口，方便疏通，在進入村級污水管渠的排水支管上設置細格網。戶內收集設施改造方案見圖1。

圖1 戶內收集設施改造方案示例

7.2 村級污水收集設施改造

村級污水收集設施包括管道、溝渠、檢查井、提升泵站等。村級污水收集設施應盡可能利用原有管道或溝渠，在原有的基礎上進行完善和修繕；污水檢查井采取兩種形式，一種是φ700 的磚砌檢查井，另一種是φ315 的塑料檢查井（應有防護井蓋），φ700的磚砌檢查井按每隔40 m 設置1 個，在2 個φ700的磚砌檢查井之間根據農戶戶內接出管位置設置φ315 的塑料檢查井。在地勢較低的區域，污水采用一體化提升泵站提升。從技術性、經濟性綜合確定，重力流污水主管道管徑為DN300，管材采用HDPE雙壁波紋管，壓力流污水管道管徑為DN110，管材采用PE100 聚乙烯管。根據村莊現狀情況分析，村級收集管渠的改造或新建有以下3 種形式。

7.2.1 修繕明渠、暗渠

在有較完善的排水明渠、暗渠的村莊，對于采用分流制的村莊，新建污水收集管道，修繕村內原有明渠、暗渠，保障雨水正常排放；對于采用截流式合流制的村莊，對村內明渠、暗渠進行修繕，并對明渠加裝蓋板，修繕后的明渠和暗渠收集村內污水和雨水。在明渠、暗渠末端散排的或未接入附近水體的，應在明渠、暗渠末端設置溢流井，并在溢流井出口處設置兩趟管道，一趟為溢流管，將超流混合水溢流至附近水體或低洼地；另一趟為截污管，旱季和初降雨時將污水截流至污水終端設施。而明渠、暗渠末端已接入水體的，則在接入水體前設置溢流井，并設置一趟截污管，將污水截流至污水終端設施。

7.2.2 完善村內污水管道

村內已經敷設污水管網，但未全部覆蓋，通過完善村內管網，將污水全部收集并接至污水終端設施中，雨水則沿用原有排水系統排放。

7.2.3 整村新建污水管道

村內只有少量排水渠或無任何排水設施，大部分或全部雨灰水散排漫流，通過新建村內污水管道，將污水收集處理，雨水則按原有排水形式排放；村內渠道為灌溉渠的，不得將污水排至灌溉渠中，通過新建村內污水管道，將污水收集處理，雨水利用灌溉渠排放；村內街道有小邊溝無法加蓋的，通過新建村內污水管道，將污水收集處理，雨水則利用小邊溝排放。

8 終端治理設施的選擇

根據該區不同區域村落所處位置的地形地勢、人口數量、聚集程度、退水情況、尾水利用、現有排水系統及工程造價等綜合分析，確定以下終端治理模式。

8.1 納管模式

適用于距離城鎮污水管網5 km 以內［5］，人口密度較大、較集中，地勢較平坦的村莊。通過新建或修繕村內污水管渠，將污水納入城鎮市政污水管網。

8.2 污水處理站模式

適用于距離城鎮污水管網較遠，人口密度較大、較集中的村莊；距離城鎮污水管網較遠，位置上臨近的多個村莊，村與村之間地勢較平坦，采取連村合建。根據村莊實際情況，通過新建或修繕村內污水管渠，將污水收集至污水處理站集中處理。對于個別無退水條件且尾水不可回用的村莊，采用污水集水池拉運模式。

8.3 污水收集池拉運或小型污水處理設施模式

適用于距離城鎮污水管網較遠，人口較少、較分散，地形地勢較復雜、起伏較大的村莊。對于無退水條件且尾水不可回用的村莊，通過新建或修繕村內污水管渠，將污水收集至污水收集池，定期轉運至附近污水處理站（廠）進行集中處理；對于有退水條件或尾水可回用的村莊，通過新建或修繕村內污水管渠，將污水收集至小型污水處理設施處理。

8.4 化糞池返田模式

適用于人口很少且分散、位置偏僻的小山村，采用單戶單建或多戶合建三格式化糞池，化糞池內污水定期返田回用。

9 處理標準與處理工藝的選擇

根據污水處理水量、處理后尾水的用途以及排入受納水體的功能和環境容量，綜合確定該區農村污水處理的排放標準。污水處理工藝應結合當地農村實際情況，選擇抗沖擊負荷能力強、運行維護簡單、能耗低、造價與運行費用低、節約用地的工藝技術［6］，并結合目前國內農村生活污水處理工藝的使用情況。目前農村污水處理工藝主要為生物處理工藝、生態處理工藝、生物處理＋生態處理工藝、生物處理＋MBR 膜處理工藝，針對不同排放標準選擇適合的污水處理工藝。單一的生態處理工藝往往不穩定，處理效果比較差，組合式生態處理工藝雖然出水效果較好［7］，但占地面積較大，不利于農村地區廣泛使用。在土地相對寬裕的村莊，生態處理可作為生物處理之后的深度處理單元，但不能作為全流程工藝［8］，可采用生物處理工藝、生物處理＋生態處理工藝；用地比較緊張的村莊，可采用生物處理工藝、生物處理＋MBR 膜處理工藝。針對關中地區的農村所處區域的位置、性質以及現有處理工藝使用情況，提出該區不同排放標準的首選處理工藝。

（1）位于飲用水水源保護區或自然保護區內的村莊，執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準，處理后尾水不得排入附近河、湖、庫等水體，應建設回用水池或生態澇塘，用于農田、林地灌溉及道路澆灑，采用A2/O＋潛流式人工濕地或A2/O＋MBR 處理工藝，如圖2 所示。

圖2 A2/O＋潛流式人工濕地/MBR 處理工藝流程

（2）位于一般區域的村莊，污水處理站規模為50～500 m3/d，執行DB 61/1227—2018《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》，處理后尾水直接排入河道、生態澇塘，采用A/O＋潛流式人工濕地處理工藝或A/O＋MBR 處理工藝，如圖3 所示。污水處理站規模大于500 m3/d，執行DB 61/224—2018《陜西省黃河流域污水綜合排放標準》表1 中B 標準，處理后尾水直接排入河道、生態澇塘，采用A2/O＋潛流式人工濕地處理工藝或A2/O＋MBR 處理工藝。生態澇塘內的水可溢流至附近河湖或回用。

圖3 A/O＋潛流式人工濕地/MBR 處理工藝流程

（3）位于一般區域的村莊，尾水用于農田灌溉，污水處理站規模大于等于5 m3/d，執行GB 5084—2021《農田灌溉水質標準》［9］，應建設回用水池或生態澇塘，用于農田灌溉，采用厭氧＋潛流式人工濕地處理工藝或A/O＋MBR 處理工藝，如圖4 所示。

圖4 厭氧＋潛流式人工濕地處理工藝流程

10 結語

（1）污水處理設施用地首先選擇村內低洼地、荒地、廢棄水池水坑等，避免選擇宅基地或基本農田。

（2）由于農村污水處理站產生污泥量較少，每個站單獨設置污泥處置設備，投資、占地較大，且閑置時間較長，通過定期外運至附近污水處理廠集中處置是可行且有效的。

（3）污水處理設施排放的尾水以及管渠雨季溢流水進入澇塘，澇塘內水體長期不流動不循環，逐漸會形成黑臭水體，通過對村內澇塘進行清淤、修復改造，將澇塘打造為生態澇塘（如荷花塘、生態浮島等），不但改善了村內的水體環境，而且提升了人居環境。

（4）政府需加強對區域內排污企業及個體的監督和管理，建立良性的政群互動機制，通過多渠道激勵群眾主動參與水環境監督，從源頭上杜絕工廠、農作坊、養殖場等廢水的直排現象。