新农村污水治理工作的探讨（何刚,霍连生,战楠,赵立新）

关键词：新农村建设 污水治理 探讨

中图分类号TU992.3 文献标志码A 文章编号1673- 4637( 2007) 06- 0022- 04

“十一五”规划提出了建设社会主义新农村的重大历史任务, 并明确了“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”的建设目标。农村生活污水造成的环境污染不仅是农村安全饮水的潜在隐患,而且容易造成疾病传染扩散, 威胁农民的身体健康,危害农民的生存发展。因此, 加强农村生活污水的治理, 是社会主义新农村建设的重要内容, 也是农村人居环境改善需要解决的迫切问题。

目前, 我市在开展社会主义新农村建设中, 污水治理工作难度大, 任务重。农村的污水治理工作尚属起步阶段, 农村污水治理到底采用何种方案更加科学、合理、经济, 还在探索之中。笔者近2 a 一直从事新农村污水治理工作, 参与了新农村污水治理工作的调研、设计、施工和评估。下面就新农村污水治理实践过程中出现的一些共性问题, 提出一些心得和思考,抛砖引玉与各位同仁探讨。

1 农村污水治理的模式

农村地区居住相对分散, 自然条件和经济条件千差万别, 采取一种统一的污水治理模式绝无可能, 而应该因地制宜, 根据村庄的具体实际来确定污水治理模式。笔者认为, 可以按照以下的次序来选择农村的污水治理模式。

1.1 接入城镇污水处理厂

对于靠近城镇的村庄或者靠近城镇污水管网的村庄, 所有的生活污水集中收集后, 送入城镇污水处理厂集中处理。适用于距离中心城、卫星城、建制镇的城镇污水管网较近( 5 km 以内) , 符合高程接入要求的村庄污水处理。

由于城镇污水处理厂相对运行规范、管理完善,而且污水处理的运行较为经济, 污水处理的效果也更有保障, 有条件的村庄应优先考虑这种污水治理模式。在2006 年的新农村污水治理工作中, 海淀区门头村和朝阳区高碑店村就将污水接入市政污水管网。在2007 年的新农村污水治理工作中, 延庆县盆窑村1 km外的镇污水处理厂已经竣工即将投入运行, 设计人员在设计中调查到这一因素, 否定了原有在污水收集管网末端建污水处理站的方案, 而是铺设干管将村庄污水送入镇污水处理厂集中处理。这样设计不但工作上删繁就简, 而且建设费用和运行费用大大降低, 经济上更合理。

1.2 单村或联村污水集中处理

村庄距离城镇污水管网比较远, 或者接入城镇污水管网的村庄污水干管投资较大, 或者高程上不合适需要污水提升, 单村或者居住集中的两三个村庄采用污水集中收集后, 就地建污水处理设施处理。

在平原区, 如果地形地势上没有限制条件, 易采用污水集中处理。污水集中处理总是比污水分散处理更为经济, 也更好管理。单村污水集中处理是一种主要的农村污水处理模式, 如果可能, 居住集中的两三个村庄也可以协商共同建设一处污水处理设施。

在2007 年的新农村污水治理工作中, 昌平区白羊城村是试点村, 新建村不是, 但是两个村庄紧密相连,排水方向也一致。设计人员建议两村污水集中处理,经过区新农办的协调、两村委会的协商, 目前已达成一致, 两村污水系统统一设计, 先期建设白羊城村的污水系统, 污水处理站预留日后新建村污水的接入。

1.3 村庄污水分散处理

在山区, 大部分村庄地形高低错落不平, 村庄靠近河道, 且较为分散, 污水难以集中收集。个别平原区的村庄地势中间高四周低, 集中收集导致管线埋设过深。这时, 村庄根据地形地貌条件, 分区收集生活污水, 每个区域污水单独处理。

在2006 年的新农村污水治理工作中, 北京市北部山区, 如延庆县、怀柔区、平谷区的大部分村庄采取的是村庄污水分散处理。各村根据地形或者自然村落建设几处小型的污水处理设施。污水处理设施以小型一体化污水处理设备和自然处理为主, 这样布局灵活、施工简单。而在2007 年的新农村污水治理工作中, 昌平区南庄村地处平原, 但是地形正是中间高四周低,污水集中处理难以实现。设计人员依据南庄村的地形地势特点, 利用村庄外的几处废弃坑塘, 设计了3 处小规模的人工潜流湿地。

2 农村污水收集管网的设计

2.1 管材

自2000 年起, 国家有关部门明确大力推广PVC- U( 硬聚氯乙烯) 排水管, PVC- U 排水管与传统钢筋混凝土排水管相比具有重量轻、价格低、阻力小、耐腐蚀、不易堵塞、安装维修方便、使用寿命长等优点,新农村污水治理工程的排水管大都采用PVC- U双壁波纹管。

管道铺设质量与管材质量和施工质量都有很大的关系。2006 年有的村庄在这两方面都出现过问题, 导致返工。

目前生产PVC- U 双壁波纹管的厂家很多, 市场不规范, 质量良莠不齐, 价格差别也较大。同一规格的管材, 有时厂家报价差距很大, 甚至有的低得离谱,这样的厂家生产的管材质量很难保证, 因此价格和质量应一并考虑。

另外, 铺设的质量常常是埋地塑料排水管成败的关键, 埋地塑料管是柔性管材, 对回填要求较高, 施工控制不当, 易出现管位偏移。实践经验和试验研究证明: 保证铺设质量良好, 管道周围土壤密实, 塑料排水管的变形和负载关系不大, 受管材环刚度的影响也有限。建议埋地塑料排水管厂家和施工单位密切合作, 以保证管道铺设质量良好。

2.2 管径

根据计算, D200 mm 的排水管在最小坡度时的最大污水流量为950 m3 / d, 而D300 mm 的排水管在最小坡度时的最大污水流量为2 500 m3 / d。新农村污水治理工程中的污水管道流量都<500 m3 / d, 很多村庄污水干管流量<100 m3 / d。街巷下的支管和干管管径选用D200 mm 即可。

但是在排水规范中规定, 塑料排水管D200 mm 的最小设计坡度为0.3 %, D300 mm 的最小设计坡度为0.2%, 而在平原区, 地势平缓, 管道埋深是很重要的限制因素。因此, 村庄污水管网中的主干管采用D300mm 能有效地降低整个管网的埋深, 从而提高村庄污水管网的经济性。在山区, 路面坡度很大, 管道铺设一般跟随地面坡度, 主干管采用D200 mm 既能节约管材, 又能增加管道水流速度。

2.3 管道埋深

根据笔者2006 年在新农村污水治理工程设计和施工中的经验, 管道埋深其实是村庄污水管网最重要的限制因素。很多村庄的污水管网设计都修改过或者在施工中做了设计变更, 一方面是因为时间紧, 另一方面是因为没有充分考虑到施工的难度。很多村庄的街巷太窄, 有的甚至只有2 m 宽, 既无施工场地也容易引发塌方等安全事故, 管道铺设超过2 m 则基本上无法施工。

在设计中, 要充分考虑, 精心设计, 把降低整个村庄污水管网埋深作为设计目标之一, 这样才能保证施工的可操作性。建议村庄街巷内主干管控制在2 m深以内, 宽敞马路上和村外主干管控制在3 m 深以内。如果地形不利无法做到, 建议考虑分散处理。

3 农村生活污水处理技术的选择

3.1 污水处理技术路线

农村污水处理技术的选择要量力而行, 充分考虑到农村地区财力状况薄弱、农民实际承受能力较低这一普遍情况, 处理工艺的选择不能盲目攀比, 不能一味地选择时髦先进、处理效果好、自动化控制水平很高的处理工艺, 而着重应该考虑选用既成熟可靠,又适合农村特点和实际的污水处理适用技术。建议污水处理技术的选择优先达到两个目标: 一是达标排放或回用; 二是注重经济适用, 运行成本低, 管理维护简单。

目前国内外应用农村生活污水治理的处理技术比较多, 名称也多种多样, 但从工艺原理上通常可归为两类: 第一类是自然处理系统。利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理, 又称为生态处理系统, 常用的有: 人工湿地处理系统、地下土壤渗滤净化系统等; 第二类是生物处理系统, 又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理是通过动力给污水充氧, 培养微生物菌种, 利用微生物菌种分解、消耗吸收污水中的有机物、氮和磷, 常用的有: 普通活性污泥法、AO 法、生物转盘和SBR 法等。厌氧生物处理是利用厌氧微生物的代谢过程, 在无需提供氧气的情况下把有机污染物转化为无机物和少量的细胞物质,常用的有: 厌氧接触法、厌氧滤池、UASB 升流式厌氧污泥床等。

3.2 人工湿地处理系统

有条件的村庄, 应充分利用现有的农田灌排渠道与附近的荒地、废塘、洼地和沼泽地等, 建设人工湿地处理系统。

污水湿地处理系统分自然和人工湿地处理系统,自然湿地就是自然的沼泽地, 人工湿地污水处理技术是一种基于自然生态原理, 使污水处理达到工程化、实用化的新技术。将污水有控制地投配到土壤经常处于饱和状态、生长有象芦苇、香蒲等沼泽生植物的土地上, 利用植物根系的吸收和微生物的作用, 并经过多层过滤, 来达到降解污染、净化水质的目的, 它是一种充分利用地下人工介质中栖息的植物、微生物、植物根系, 以及介质所具有的物理、化学特性, 将污水净化的天然与人工处理相结合的复合工艺。

湿地处理系统工艺设备简单、运转维护管理方便、能耗低、工程基建低、运行费用低、对进水负荷的适应性强, 能耐受冲击负荷, 净化出水水质良好、稳定。缺点占地面积大, 易受气候影响, 表面径流的臭味比较大。

3.3 地下土壤渗滤净化系统

分散的几户或十几户人家适合采用地下土壤渗滤净化系统。

地下土壤渗滤净化系统是一种基于自然生态原理,予以工程化、实用化而创造出的一种新型小规模污水净化工艺技术, 是将污水有控制地投配到经一定构造、距地面约50 cm 深和具有良好扩散性能的土层中, 投配污水缓慢通过布水管周围的碎石和砂层, 在土壤毛管作用下向附近土层中扩散。表层土壤中有大量微生物,作物根区处于好氧状态, 污水中的污染物质被过滤、吸附、降解, 所以地下渗滤的处理过程非常类似于污水慢速渗滤处理过程。由于负荷低, 停留时间长, 水质净化效果非常好, 而且稳定。地下土壤渗滤净化系统建设容易、维护管理简单, 基建投资少, 运行费用低。整个处理装置放在地下, 不损害景观, 不产生臭气。

3.4 好氧生物处理系统

好氧生物处理系统是新农村污水处理中最常用的一种处理技术。好氧生物处理工艺众多, 各有优缺点, 选择时要根据实际情况仔细论证和比选, 注重经济适用。

生物处理法就是通过风机等设备给污水输氧, 培养生物菌种和微生物, 通过菌种和微生物把污水中的大部分有机物分解为无污染的二氧化碳、水等物质,少部分合成为细胞物质, 促使微生物增长, 并以剩余污泥的形式排出, 使污水得以净化排放。如SBR 法,集曝气、沉淀、排水功能于一体, 不断地转换, 省去了传统的污泥回流设备, 大大降低了建设费用; A20法具有脱氮、除磷功能, 还有如生物转盘处理工艺、膜生物反应器处理工艺等。生物处理法和自然处理系统比较, 占地面积小, 抗气候等外界影响的能力强,建设的地点选择范围大, 处理稳定, 处理效率高。但基建投资、运行成本要高于自然处理系统。

3.5 厌氧生物处理系统

我国从上个世纪80 年代开始开展生活污水厌氧生物法的开发和研制工作, 许多形式各异的无动力或微动力的低能耗型一体化污水处理装置得到应用。如无动力地埋式生活污水处理装置采用无动力厌氧生物膜技术, 工艺流程简单, 不耗能, 全部埋于地下, 也无需专人管理。与好氧生物处理相比, 无动力地埋式生活污水处理装置技术设备的基建投资略高于好氧处理,无日常运行费用的支出。

厌氧生物法目前技术上还存在一些问题, 主要表现在生物处理效率较低, 尤其表现为氮磷去除率很低,在一定程度上限制了其应用。

4 农村污水处理站的设计

4.1 设计规模

设计规模也即设计污水量是污水处理站设计的最重要的参数, 不但影响到投资, 而且影响到污水处理站的运行, 污水处理站“大马拉小车”或者超负荷运行都很难达到期望的运行效果。2006 年新农村污水治理工程普遍前期工作深度不够, 造成部分工程污水处理站设计规模偏大, 运行管理困难, 密云县塘子村由于外出打工人口较多, 实际污水量大大少于设计预期, 导致塘子村污水处理站建成后由于没有污水而无法运行。

2007 年, 市发改委和市水务局下文规定的设计用水量标准为平原区100 L/ d, 山区60 L/ d, 污水量折减系数为0.5 ～0.7。笔者认为标准较为合理, 虽然目前大多数村庄的污水量还没有这么多, 但随着村民用水状况、卫生状况的改善, 排水设施的完善, 村庄的发展, 污水量标准有一定的余地是必需的。

还有, 污水的有效收集是实施本项目成败与否的关键所在。虽然农户改为水冲厕所, 污水进入三格式化粪池后进入村庄污水管网, 但是目前多数化粪池结构过于简单, 多采用12 砖墙, 沙浆抹面, 从表面看做到了防渗, 但由于化粪池埋深浅, 经过1 a 冻融后,化粪池多数都将渗漏, 给污水收集带来困难, 污水处理站的预测污水量偏小。所以, 必须改造村民家中化粪池, 减少渗漏、确保污水能进入污水管网; 同时,污水管道的选材和检查井的建设形式应有利于污水的收集与输送; 应严格遵照有关标准, 保证施工质量,最大限度地降低污水在输送过程中的渗透率。

4.2 调节池

在2006 年新农村污水治理工作中, 很多污水处理站未设调节池。农村污水特点之一就是水量变化大,白天几个时段集中排水, 夜间基本没有排水。不设调节池使水量、水质都难以有效调节, 水量大时, 一方面由于污水没有出路, 只能直排, 另一方面污水处理系统必须根据水质变化情况, 不断调整运行参数, 增加了管理难度。

笔者建议污水处理站必须设调节池, 并且调节池容积应足够大, 水力停留时间达到6 ～8 h 为宜。

4.3 污泥储存池

由于新农村污水处理站规模很小, 相对剩余污泥也就很少, 单独对污泥进行脱水或压榨处理也就既不经济也不合理, 只能是储存一起定期来车运走。对于污水处理站的管理来说, 污泥排放运走很麻烦, 花费也大。建议设计1 个较大的污泥储存池, 储存污水处理站6 月～1 a 的剩余污泥量。

农村污水处理剩余污泥处置可参照垃圾处置方式。建议污泥处理采用“村收集, 镇运输, 区处理”的模式, 各村将剩余污泥贮存于污泥池, 所属镇有关部门统一由环卫吸粪车运走, 送至区县集中处理。

4.4 污水排放与回用

2006 年, 新农村污水治理工作中, 延庆县考虑到农村对于污水处理费用的承受能力较低, 污水处理全部选择动力消耗低、管理相对简单的厌氧生物滤池工艺, 但由于永宁镇上磨村为妫水河源头, 是官厅水库的二级保护区, 黄柏寺村是中心区集中饮用水源保护区, 出水执行北京市地方标准一级A 标准, 其他村庄也属于二级保护区的汇水范围, 出水执行北京市地方标准一级B 标准, 而不增加其他措施, 厌氧生物滤池工艺出水很难达标, 增加措施必然增加后期运行费用,但如果污水处理系统增加一部分污水回用投资, 减少污水处理后的排放, 将使系统更加完善, 不仅较好回避了所选工艺难以达到地标一级A、一级B 要求的问题, 同时也使水资源得到更加充分有效的利用。

5 新农村污水治理的可持续发展

5.1 加强规划

在推进新农村建设过程中, 应加强综合规划和专业规划的制定, 根据规划来系统地开展污水治理工作,避免废弃工程。

5.2 运行费用

市、区财政应对污水处理工程运行费用进行适当补贴。调查结果显示, 目前村委会和村民对污水处理费虽有一定的承受能力, 但都不愿意承担, 多数区县运行费用来源不清, 另一方面由于目前国家对于农村排污既没有排污收费政策, 也没有污水处理补偿政策, 要求村民承担污水处理费不合理, 也不现实, 急需市、区相关部门出台政策, 以保证设施的长期运行, 并建议市、区财政给予相应补贴, 村民或村委会可以负担部分污水处理费用, 以提高村民的责任感, 市、区根据污水处理站运行情况, 出台奖励政策, 作为对村民的补偿。

5.3 技术开发

先进的新农村污水处理技术是适合我国农村实际,高效、低耗、低成本的污水处理技术。我国农村地区自身财力有限, 管理者素质不高, 应结合这些特点及当地农村的实际情况, 开发推广处理效果好、建设投资费用低、运行管理简单的小型污水处理工艺。

5.4 完善管理

在推进新农村污水治理的过程中, 要建管并重,注重管理, 建立行之有效的运行管理机制, 保证新农村污水治理工程的长期稳定运行。

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作者简介: 何刚( 1973 — ) , 男, 工程师。

来源：《北京水务》2007年第6期