農村污水入河治理探討

劉力鵬

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

隨著國家推進新農村建設，農村生活質量大幅度提升，農村生活污水排放量亦大幅度增加，但是農村污水的處理方式基本沒有改變，依舊排入河道。污水排放量的日益增加進一步破壞了河道水體生態環境，對農村及其下游環境造成不同程度的污染。如何對農村污水入河現狀進行高效、環保的治理，已成為工程技術人員關注的焦點。本文通過某渠截流導流工程實例，提出合理的治理方案，為同類工程提供借鑒。

1 工程概況

某渠位于華北平原，自西向東途經多個市、縣及村莊，擔負著向下游灌區灌溉及城鎮供水的輸水任務。渠道兩岸存在入渠排水口，入渠水體多為村莊污水和村內瀝水。根據對渠道兩岸村莊排水口、地勢和排水歷史出路的現場查勘，農村排水入渠存在以下特點和問題［1，2］。

（1）排水口和入渠水源。農村排水口呈粗放型排放，排水管網等基礎設施缺失。枯水、平水季節生活污水潑灑在庭院、菜園或道路上，依靠自然蒸發、下滲的形式消納；豐水季節村內生活污水、小型垃圾隨雨水排入渠道。

（2）村莊地勢。大部分村莊地勢較高，村內瀝水沿道路由高到低排入路邊溝渠或田地；小部分村莊因周邊修建道路、高速公路等建筑物，地勢較低，形成積水洼地，村內瀝水只能排入地勢更低的渠道。

（3）村莊排水出路。渠道地勢較低，沿渠村莊將渠道作為村內污水和瀝水的排水出路，個別地勢低的村莊將渠道作為唯一的排水出路。

2 治理方案

根據農村排水入渠的特點和問題，設計提出“堵、收、導、水處理、蓄和用”的治理方案?！岸隆奔磳ρ厍信盼?、排瀝口門實行封堵，從源頭上杜絕渠道的水污染?！笆铡奔磳υ湃肭奈郏r）水進行收集，因地制宜地建立收集系統?！皩А奔磳⑹占奈郏r）水導入城鎮污水管網或新建的小型污水處理設施。“蓄”即將污水處理設施處理后的水排入新建防滲坑塘進行自然氧化和降解?！坝谩奔丛诜罎B坑塘中放養魚類、田螺等水生生物，種植水生經濟植物，同時坑塘蓄水可用于農田、苗圃和綠地的灌溉。沿渠選取王村對污水入渠治理方案進行詳細的闡述。

2.1 排水規模確定

王村入渠水主要為豐水季節廚房、洗衣、洗漱用水和雨水的混合水體，現階段很難做到雨污分流，排水規模按雨污合流計算。

2.1.1 設計瀝水量計算

（1）根據《室外排水設計規范》（GB50014-2006），設計排瀝流量采用推理公式法計算：

式中：Q為設計排瀝流量（L/s）；q為設計暴雨強度[L/（s·hm2）]，選取當地公式；F為排水面積（hm2）；ψ為徑流系數；P為重現期（a），參照規范村莊適當降低，取1 a；t為降雨歷時（min）；t1為地面集水時間（min），一般采用5～15 min；t2為管渠內雨水流行時間（min）；A1、C、b、n為參數，根據統計方法進行計算確定。

（2）設計瀝水量是防滲坑塘設計的依據。坑塘容量需要滿足容納豐水季節的降雨產流。設計瀝水量由徑流深乘以排水面積推求。考慮當地豐水季節中6、9兩個月為玉米和小麥的灌溉季節，本工程按7、8兩個月的徑流深計算排水量。

2.1.2 設計污水量計算

（1）兩村排水口入渠污水主要為生活污水，村莊生活污水產生量按如下公式計算：

式中：k為生活污水排放系數，取0.8；q為農村居民生活用水標準[L/（d·人）]，取40 L/（d·人）；n為村莊居民數；其余變量含義同上。

實際排入渠道的設計污水最大瞬時流量計算公式為：

式中：QS為污水設計最大瞬時流量（m3/s）；s為地貌系數，取0.5（實際排入渠的比例）；其余變量含義同上。

（2）設計污水量按7、8兩個月的實際入渠最大瞬時流量進行計算。

2.1.3 排水規模計算

（1）“收、導”工程設計流量取各村瀝水設計流量和污水設計最大瞬時流量疊加值：

式中：Q設為排水設計流量（m3/s）；其余變量含義同上。

（2）“蓄”工程設計水量取設計瀝水量和設計污水量疊加值。

（3）“處理”工程主要采用污水處理站，其緊鄰防滲坑塘，收集的生活污水經調節池調質后，進入污水站處理，經處理后的生活污水進入防滲坑塘暫存，其設計規模按7、8兩個月實際入渠的污水最大瞬時流量進行計算。排水規模計算結果，詳見表1。

表1 排水規模計算結果

2.2 工程布置設計

通過現場調研、走線，結合兩村實際情況進行總體布置，排水口封堵由當地村負責，隨工程同步實施，其他布置如下：王村位于渠道北側，地勢北高南低、西高東低。村南緊鄰渠道，原有入渠口3個。村南沿渠道種植經濟作物，征占遷較為困難，經設計、建設方和村負責人現狀查勘及討論，確定排水主線自村西高架橋與東西向大街交口處現狀排水管開始，沿東西向大街向東，于村東樹林折向南至防滲坑塘，線路全長709.7 m。

2.2.1 收水工程

村內零星現存收水口，小部分為路面排水，大部分無收水設施。在無收水設施的區域，于街道邊設置收水箅子和排水涵，各家生活污水通過收水箅子和排水涵進行收集。沿排水主線，在各街道路口設置雨水口井收集路面排水。

2.2.2 導水工程

根據排水主線現狀地形，確定主線采用重力自流輸水管道進行排水，在各街道路口和主線彎道處設置檢查井、跌水井，用于管道與排水涵、雨水口井的連接。

2.2.3 防滲坑塘工程

坑塘選址主要考慮占地難易程度，結合村意見，選取村東外樹林低洼地為坑塘位置，該地為村集體用地，占地難度小。村生活污水經污水處理站處理后排入防滲坑塘，村瀝水直接收集于防滲坑塘，坑塘水用于農田灌溉等。

2.2.4 污水處理站

為減少占地難度，污水處理站選址緊鄰防滲坑塘，采用占地面積小的一體化［3］設計。

2.3 收水工程設計

通過修建排水涵和雨水口井收集瀝污水。排水涵及其蓋板均采用鋼筋混凝土結構，排水涵采用矩形斷面。為便于收水，在蓋板上現澆球墨鑄鐵雨水口箅子，球墨鑄鐵雨水口箅子和雨水口井具體做法參照《雨水口》（05S518）圖集。排水涵具體尺寸由明渠均勻流計算公式確定：

式中：Q為設計流量（m3/s）；A為水流有效斷面面積（m2）；v為流速（m/s）；R為水力半徑（m）；i為水力坡降；n為粗糙系數，取0.013。

2.4 導水工程設計

2.4.1 管道材質

根據排水管道的承壓形式，王村采用重力自流輸水管道。重力自流輸水管道主要有鋼筋混凝土管道、玻璃鋼管道和埋地塑料排水管道。本工程重力自流輸水管道采用造價最低且實用的鋼筋混凝土排水管。

2.4.2 管道水力計算

根據《室外排水設計規范》（GB50014-2006），雨水管道和合流管道應按滿流計算，最小設計流速為0.75 m/s，非金屬管道最大設計流速為5.0 m/s。管道內水流大體分以下情況。

（1）當管道進、出口都未淹沒時，管道的局部水頭損失較小，沿程水頭損失為主，此時按長管進行計算，計算公式如下：

式中：所有變量含義同上；n取0.014。

（2）當管道進口淹沒時，管道的局部水頭損失增大，損失不可忽略，此時按短管進行計算。

a.當管道出口沒有淹沒時，為自由出流，計算公式如下：

式中：μc為管道系統流量系數；A為管道斷面面積（㎡）；d為管道內徑（m）；l為管道計算段長度（m）；λ為沿程水頭損失系數；g為重力加速度（m/s2）；為管道計算段中各局部水頭損失系數之和；H0為包括行進流速水頭的作用水頭；其余變量含義同上。

b.當管道出口淹沒時，為淹沒出流，計算公式如下：

表2 重力自流輸水管道計算結果

2.5 防滲坑塘設計

防滲坑塘采用村現有洼地，對現狀邊坡進行修整、削坡和開挖，設計邊坡1∶3?？犹敛捎?76 g/m2的土工膜進行防滲，上覆厚60 cm土層。考慮上下交通方便，在防滲水池內側的西側、南側各留1道臺階，寬1.5 m，采用M10漿砌石砌筑、水泥砂漿抹面。為防止匯集瀝水對坑塘的沖刷破壞，在坑塘頂設寬2.5 m泥結碎石路面，同時考慮村民安全，在泥結碎石路面外側設防護圍欄，在圍欄明顯處設禁止游泳、禁止攀爬標志牌。

防滲坑塘中水由管道導入，防滲坑塘為土質結構，需對管道出口邊坡進行防護，對出口坑塘底進行消能防護，防止對坑塘的沖刷破壞。管道在入坑塘處采用“八”字管道出水口。出水口背水側擋墻采用漿砌石結構，墻高2 m，背坡1∶0.5，底板厚0.5 m，其下設厚0.1 m碎石墊層。出水口兩側采用“八”字翼墻結構，翼墻為變截面。翼墻出口接漿砌石流槽，流槽坡比同坑塘，流槽底寬3 m、深0.5 m，出口設消力池。消力池按照《水閘設計規范》（SL265-2016）進行計算，確定池長5 m、寬3 m、深0.5 m。

2.6 污水處理站設計

適用于小型分散式城鎮生活污水處理的工藝有A/O工藝［1］、MBR膜生物反應器、SBR工藝、曝氣生物濾池工藝及生物接觸氧化工藝。從管理、投資和運行3個方面對上述工藝進行比較，選取適合農村生活污水處理的A/O工藝。

根據處理工藝確定污水處理站型式，包括格柵、調節池、地埋式生活污水一體化［3］等生產性構筑物，均以日最大時水量設計。瀝、污水集中收集后首先進入污水處理系統內的格柵井，內部設有過濾格柵，對污水中懸浮物進行處理去除，柵渣通過人工定期清理外運安全處理。經過濾格柵后，瀝、污水由閘門控制分流分別進入污水處理站調節池和防滲坑塘。污水經調節池調節水質、水量后，進入WS一體化污水處理設備，該設備由缺氧池、好氧池、二沉池、消毒過濾池及機房五部分組成，采用地埋形式，節約占地，設備出水滿足國家一級A排放標準，導入防滲坑塘，用于農田灌溉等。

3 討論

農村污水入河治理涉及村居民自身利益，治理方案需根據當地村居民的意見，經建設、設計方和村負責人現場查勘后討論確定，如此才能高效、環保地進行農村污水入河治理。本文以王村為例，詳細地闡述了農村污水入河治理的設計方案，為同類工程提供借鑒。