北京某農村污水處理設施規劃研究

馮夢南 鄭婷婷

（北京清華同衡規劃設計研究院有限公司，北京 100085）

1 引言

農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，仍有很大比例的農村生活污水沒有得到有效收集處理。

生態環境部與住房和城鄉建設部于2018 年聯合印發《關于加快制定地方農村生活污水處理排放標準的通知》（環辦水體函〔2018〕1083 號），要求梯次推進農村生活污水治理。根據農村不同區位條件、村莊人口聚集程度、污水產生規模，因地制宜采用污染治理與資源利用相結合、工程措施與生態措施相結合、集中與分散相結合的建設模式和處理工藝［1］。

2 大石窩鎮現狀

2.1 自然地理基本情況

大石窩鎮地處北京房山區西南部，是通往河北的門戶城鎮。鎮域地理位置優越，交通便利，距房山區燕房組團38 km，距北京市區65 km，依托京昆高速和南水北調巡線路，大石窩鎮進入了環首都城市核心區“1 小時經濟圈”，是北京未來發展的重要空間和門戶通道。鎮域屬山前暖區，環境優美，北部山巒疊翠，泉流潺潺，南部沃野平疇、土壤豐腴。全鎮面積96 km2，總人口3.8 萬人。

大石窩鎮地處海河流域，境內主干河流有拒馬河和南泉水河，均屬季節性河流。拒馬河自西北而東南流貫鎮域西南部，境內流程10 km，平均河寬40 m；南泉水河發源鎮域北部，向南流經鎮域東部，下注胡良河。

2.2 污水處理設施現狀

大石窩鎮現有污水處理設施嚴重不足，生活污水隨意排放。大石窩鎮目前有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計（巖上污水處理站、下莊遷建小區化糞池、南河污水處理站），其他村的污水直排河道或自然下滲。各村現有污水處理設施運行養護不到位，缺少專業技術人員，導致高莊村、南河村的污水處理設施出現管道堵塞、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。

表1 大石窩鎮現有污水處理站基本情況

3 污水處理規劃

3.1 污水處理規模計算

3.1.1 農村生活污水處理規模計算

參考《農村生活污水處理設施技術標準（征求意見稿）》，確定農村居民日用水量。大石窩鎮各村戶內有給水排水衛生設備和淋浴設備，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，另計算旅游人口用水量。

未來大石窩鎮各村應完善排水設施，污水排放系數取0.7，則污水排放量取70 L/（人·d），全鎮共需要2 730 t/d 的污水處理規模。

大石窩鎮污水處理設施缺口見表2。

表2 大石窩鎮污水處理設施缺口m3/d

3.1.2 旅游業污水處理規模計算

大石窩鎮旅游業發展規劃提出建設2 個特色小鎮，分別是云居寺文化景區內的“禪修文化特色小鎮”和塔照村的“古塔文化風情小鎮”，旅游小鎮內規劃特色餐飲和特色住宿，旅游旺季將產生較多生活污水。

禪修文化特色小鎮預計年接待游客量為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，小鎮內配備公共廁所；古塔文化風情小鎮預計年接待游客量為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，小鎮內配備公共廁所。均按旅游旺季接待能力90%、旅游淡季接待能力30%統計，見表3。

表3 大石窩鎮旅游業淡季/旺季接待能力

根據GB 50015—2003 《建筑給水排水設計規范》（2009 年版），旅館客房每床位每日用水定額250～400 L，位于鄉鎮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，工程折污系數為0.7，可推算禪修文化特色小鎮產生污染物的規模及數量，見表4。

表4 禪修文化特色小鎮污染物規模及產生量

古塔文化風情小鎮污染物規模及產生量見表5。

表5 古塔文化風情小鎮污染物規模及產生量

3.2 污水處理模式研究

農村生活污水處理主要有納入城鎮污水管網、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模、人口密度（或住房間距）、距城（鎮）區市政管網的距離、環境條件、經濟條件和運行管理等［2］。

對于一個村鎮來說，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，采取集中處理（地埋式一體化設備或土建）有優勢。人口密度低（低于250～300 人）的村鎮，宜采用分散處理（單戶或多戶凈化槽）。

大石窩鎮距房山中心區過遠，不適宜納入城鎮污水管網。全鎮地形分為低山丘陵、山前臺地及平原區，低山丘陵區居住分散，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合小型凈化槽等進行分散處理。

3.3 污水處理設施及管網布局

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

根據區域DEM 高程數據，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；最后設定匯水面積閾值，并采用研究區實際水系進行校正，從而生成流域河流水系及匯水分區，見圖1。

圖1 大石窩鎮匯水分區與匯水流向示意

根據水文分析結果給出的各匯水區集水點位置，可以初步確定污水處理設施適宜的布局位置。結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，建議合建一個集中污水處理設施。全鎮各村的污水處理設施分類及規模情況見表6，共需建設分散污水處理設施10處，合建污水處理站1 座，集中式污水處理站16 座，升級改造現有污水處理站8 座。各污水處理站的規模結合現狀及未來預期人口進行測算，針對一些人口較少、處理規模較小的村莊（鄭家磨、土堤），亦可采取近遠期結合的方案，近期可以設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模適當擴大），遠期結合污水量增加情況再新建污水處理站。

表6 大石窩鎮部分村莊污水處理設施分類及擬建規模、管網長度

2 個景區污水處理設施根據景區發展階段分期建設，云居寺景區依托水頭村、三岔村、下莊村污水處理設施進行處理，旅游人口規模顯著增加超出各村污水處理設施處理能力則增加污水處理規模。古塔風情文化小鎮依托塔照村污水處理設施處理，人口規模顯著增加時即可進行擴建。污水處理規模及排放標準見表7，排入高功能水體（拒馬河）的執行北京市地標［3］一級標準，排入南泉水河的執行北京市地標二級標準。

表7 大石窩鎮景區規劃期污水規模及排放標準m3/d

新建的市政管網應主要采用雨污分流制的集中收集系統，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、三岔村可利用現有雨污排水邊溝或自然溝渠。

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

大石窩鎮農村生活污水目前實現了污染源分離，黑水和灰水分別排放，但由于儲糞池未修建出水管道，已建的村鎮管網無法收集黑水，需要對儲糞池進行改造，增設出水管，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。農村污水處理設施運行存在的主要難點就是管網建設滯后，應確保污水處理設施和配套管網同步設計、同步建設、同步運行。污水處理站選址在建設前應進行實地踏勘，確保不占用基本農田，保證足夠的安全防護距離，有良好的工程地質條件。

圖2 大石窩鎮各村污水處理設施及污水干管示意

以半壁店村為例，分為南北2 處集聚區，分別建立1 座集中污水處理站，規模為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外有散居人員，共增加3 處分散式污水處理設施，規模分別為25，25，20 m3/d。

3.4 污水處理工藝選擇

3.4.1 農村污水處理工藝研究

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

圖3 農村生活污水集中處理模式組合

農村污水分散處理模式組合見圖4。

圖4 農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，投資省，易使用；多戶可將畜禽養殖、各戶生活污水集中起來處理。

分戶污水處理設施宜采用一體化裝置，污水進入一體化裝置之前應進行預沉淀處理，可采用已建成的化糞池作為沉淀處理單元，當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筑物，污水進入污水處理站前宜經過化糞池或厭氧池預處理，污水處理站宜設置調節池，當采用生物處理設施出水不能滿足要求時，宜增加自然生物處理。農村生活污水處理應優先考慮資源化，處理水宜利用村莊的自然條件，經過周邊溝渠、水塘、土地等方式進一步處理后排入受納水體，并應符合相關標準。

3.4.2 各村污水處理工藝選擇

根據表8 中各項水處理工藝的比較結果，建議各村集中污水處理站采用調節水解＋生物氧化＋人工濕地的處理工藝組合，采用一體化地埋式設備將各部分組合（因冬季水溫較低，需采用地埋式構筑物保證溫度）。分散污水處理設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備，接觸氧化工藝。從今后運營管理方便考慮，可為各個村鎮設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，生活廢水中有機污染物較多，建議在污水處理設施前面加裝隔油池。

根據“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，可根據實際情況的需要選擇不同的材質，如不銹鋼、碳鋼和玻璃鋼。

3.4.3 原有污水處理站恢復改造方案

根據調研情況，建議對大石窩鎮現有的8 座污水處理站進行恢復性改造。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。恢復改造遵循下列原則：（1）老化設施清理修復；（2）閑置設備維修養護；（3）損壞儀表設備更換；（4）局部工藝/運行調整；（5）提升運行管理水平。

4 結語

本研究對農村污水處理設施的統一規劃進行了探索，為目前全國各地正在開展的農村污水處理設施建設提供了一些經驗，改善農村生態環境、促進鄉村振興起到促進作用。農村污水處理設施的建設應立足長遠，統籌規劃設計、建設、運行和監管。