長春新區農村生活污水污染負荷計算及治理措施研究——以長德經濟開發區為例

楊婧，吳興晨，孫述海

長春工程學院，吉林 長春 130021

0 引言

一直以來，農村生活污水治理就是國家政策的重點關注方向，國家先后出臺了很多相關政策，如2018、2019年先后頒布了《中共中央國務院關于實施鄉村振興戰略的意見》《農村人居環境整治村莊清潔行動方案》《關于推進農村生活污水治理的指導意見》等。加強農村生活污水的收集、處理和資源化利用，是農村水環境改善迫切需要解決的問題，也是鄉村振興戰略的重要內容[1]。此次研究區為長春新區長德經濟開發區，分析該區域農村生活污水現狀并總結其特點，對污染物負荷量進行預測，因地制宜篩選出適合該地區的農村生活污水治理措施，為農村地區生活污水處理設施建設提供科學的參考依據。

1 項目區域概況

長德經濟開發區隸屬長春新區，位于長東北開放開發先導區的核心位置，哈大經濟走廊與長吉城市群的交叉地帶，距長春市中心直線距離20 km，距龍嘉機場直線距離15 km，位于長春半小時經濟圈內。

圖1 研究區范圍圖Fig.1 Map of the study area1.居民區；2.公路；3.河湖水系；4.研究區

長德經濟開發區屬于中溫帶大陸性季風氣候區，季節變化明顯，冬季干冷漫長，夏季溫熱多雨，春季干燥多風，秋季涼爽。多年平均溫度4.9 ℃，年極度最低氣溫為值-39.92 ℃，年極端最高氣溫值39.82 ℃，多年平均日照時數為2 580.8 h。多年平均降水量(1915～2005年)為520.13 mm，全年無霜期114 d。

長德經濟開發區位于飲馬河一級支流霧開河流域中游地區，行政邊界右邊界瀕臨飲馬河一級支流霧開河，境內有飲馬河二級支流干霧海河從南至北穿境而過。

2 農村生活污水現狀分析

2.1 農村生活污水種類

2.1.1 廚余污水

廚余污水的主要雜質為清洗果蔬產生的菜葉、泥沙等以及清洗肉類產生的油脂組成的[2]。約占污水總量的15%～20%。淘米后也有一定的有機物殘留物，而隨著農民收入水平的上升，魚蝦肉類是家庭常見的菜肴，加上油脂的大量使用，也增加了污水中動植物脂肪、鈉、醋酸、氯、碘等元素的含量。

2.1.2 沐浴、洗滌污水

主要來源于生活中洗衣、沐浴、洗漱用水等。該類污水在生活污水中的比例最大，約占50%～60%，含有的污染物比較少，不含有毒物質，對環境的危害比較小，稍微處理后就可以排放，或可以二次利用。但因為洗衣粉中含有磷，所以增加了污水中磷的負荷。

2.1.3 廁所污水

是生活污水中的主要污染物，約占25%左右，其中氮、磷、重鉻酸鹽指數比較高。現階段人畜糞便很多不經過處理直接排入河道，是污水中污染物的主要組成。

2.1.4 養殖污水

主要指畜禽養殖、水產養殖和家庭作坊農產品加工等所產生的，與之前三類污水混合在一起無法分流的污水。大概占5%～10%，其成分類似廁所污水，可能還含有一些病源微生物和寄生蟲。

2.2 農村生活污水特征

農村生活污水較為分散，且缺少收集設施，隨著雨水的沖刷，地表徑流至河道、湖泊、溝渠、池塘、水庫等地表水體、土壤水和地下水體，其中有機物含量大是其主要的特點。目前，長春新區農村污水存在以下幾個特點：

(1)點多、面廣、規模小：村莊分散，集中統一供水的成本和難度較高，單村供水工程是主要供水設施。

(2)污水來源構成復雜：農村生活用水來源分為自來水、井水、河水。農村地區的洗衣用水、洗浴、沖廁普遍使用井水，產生的污水直接匯入河道。除日常生活污水外，養殖廢水以及廚余污水等也是污水的重要組成部分。

(3)用水地域差異性較強：經濟較為落后的農村，由于人口居住分散，常住人口少，水量相對較少，產生的生活污水量也較小，缺少污水處理設施；而經濟較為發達的農村地區，三格化糞池、污水收集池等處理設施已經逐年完善，污水隨意潑灑的現象正在逐年減少。

(4)水量波動大、水質變化大：居民生活規律相近，導致農村生活污水集中在早上6：00～8：00、中午11：00～12：00、晚上6：00～8：00三個時段排放量大，夜間排水量小，晚9：00以后甚至可能斷流，水量變化非常明顯。

2.3 水質特點

生活污水含纖維素、淀粉、糖類、脂肪、蛋白質等有機類物質，還含有氮、磷等無機鹽類、多種微生物和多種病原體。由于生活污水中污染物以有機物為主，同時生活污水還含有許多微生物，對有機污染物進行分解，因而生活污水是不穩定的、易生物降解的和易腐爛的，如果不經處理直接排放到環境中會引起環境的污染。農村生活污水水質的主要特征是：

(1)農村生活污水污染物濃度低，排放面積廣。

(2)大部分農村生活污水的水質相差不大，水中基本不含有重金屬和有毒有害物質，含有一定量的氮、磷，氨氮含量偏高，水質波動大，可生化性強。

(3)不同時段的水質不同。

(4)廁所排放的污水水質較差，但可進入化糞池用作肥料。

(5)污水水量和水質在時間上體現出非均勻性，在水質上體現出不穩定性[3]。

2.4 水量特點

因生活習慣、生活方式、經濟水平等的不同，長德經濟開發區農村生活污水的人均排放量和排放水質差異較大。農村生活污水排放水量主要有如下幾個特點和問題：

(1)污水水量存在差異。各村經濟條件、常住人口和生活習慣不同，生活污水排放量差異較大。

(2)日變化系數較大。農村生活污水的日變化系數較大，排放量的峰值一般出現在早晨、中午和晚上三個時段，在這些時間段中，居民的家庭活動往往比較集中，用水量也相對較大，污水中的氮、磷等主要污染物濃度的峰值也隨之出現。而在其他的時段，尤其是午夜至清晨這段時間，由于用水量的大幅減少，致使污水量很小，甚至出現斷流。污水的排放量隨季節變化表現為夏季水量較多，冬季較少。與排放量相反，主要污染物如化學氧量、總氮和總磷的濃度變化，則為夏季較低，冬季較高。同一地區農村污水流量日變化系數一般為3.0～5.0，間歇性排放明顯，季節性排放更為明顯。

2.5 污水排放特點

總體來說，農村生活污水排放特征以粗放型排放為主，顯著特點是間歇性排放、呈不連續排放方式，大部分均采用隨意排放[4]。

(1)長德經濟開發區農村人口居住比較分散，特別是目前農村外出務工人員比較多，常年在農村居住的主要人群是老人、婦女與兒童，所以農村生活污水集中排放量并不很大。大部分村未建設生活污水處理設施及污水收集管網，少數建有集中式生活污水處理設施的村屯，也因設計、施工等方面原因而未達到預期治理目標，存在運行不正常導致超標排放或停運的現象，因此大部分自然村排出污水的污染還是比較嚴重。

(2)農村排污有一定的規律性。主要集中在上、中、下午用餐前后，這一期間洗滌、廚房排水比較多；早晚排放量比白天大，夜間排放比較少；春節前后、節假日排放量比日常大。

(3)存在生產廢水排放的村污水量大、成分復雜、處理難度大的特征，偶有污水處理設施超標排放的現象。農村建設及規劃變更較快，部分現有治理設施已跟不上村莊發展速度，部分污水得不到有效預處理，給建成的污水處理設施帶來沖擊與治理難度。

3 污染負荷量預測

其中興順村、躍進村、四家子村、五家子村、梁家村和天吉村人口已搬遷至城鎮，生活污水統一納入柏林水務污水處理廠。因此此次農村生活污水污染負荷量不對上述6個行政村進行預測。

3.1 農村人口預測分析

根據《吉林省2018年國民經濟和社會發展統計公報》公布的數據，2018年吉林省人口自然增長率為0.36%，結合長春新區各城鎮總體規劃，按照人口年均增長率0.4%，基準年為2019年，預測長德經濟開發區各行政村近期(2025年)、遠期(2035年)農村人口數量(表1)。

根據人口綜合年均增長率預測人口規模，按下式計算：

Pt=P0(1+r)n

式中：Pt——預測目標年末人口規模；

P0——預測基準年人口規模；

r——人口年均增長率(根據歷年統計數據算出)；

n——預測年限。

表1 長德經濟開發區農村人口預測表

3.2 農村生活用水定額及用水量預測

長德經濟開發區隸屬長春新區，長春新區人均用水量、萬元GDP和萬元工業增加值用水量均低于長春市平均水平，整體用水效率較高。根據《用水定額》(DB 22/T389—2019)，結合東北地區農村居民生活用水量及現場實際調查，生活用水量按表2定額。

表2 農村生活用水定額

根據《長春新區總體方案水資源論證報告》相關內容，2020年長春新區農村居民生活用水定額為90.0 L/人·天。隨著新區內生活水平的不斷提高，用水定額將呈現出較明顯遞增的趨勢，結合長春新區發展的實際狀況，預計2025年、2035年長德經濟開發區農村居民生活用水定額為100.0 L/人·天，120.0 L/人·天(表3)。

表3 長德經濟開發區農村居民用水量

3.3 污水排放系數

根據《農村生活污水處理技術標準》(GB/T51347—2019)、《用水定額》(DB22/T389—2019)，設計污水量應根據所納農戶實際產生的廢水水量確定，可按用水量的80%～90%取值，并充分考慮建筑內部給排水設施水平和排水系統普及程度等因素。對于農村居民生活污水，進入排水系統的污水量很大程度取決于供水的用途與污水收集的完善程度，以及常住人口與戶數的匹配度。2025年此值取0.8，2035年取0.85。

3.4 污水量預測

預計2025年、2035年新區農村居民生活用水定額為100.0 L/人·天，120.0 L/人·天。根據表3已預測出的長德經濟開發區農村居民用水量(m3/d)，污水排放系數2025年取值0.8，2035年取值0.85，由此可預測出2025年與2035年農村生活污水量。各行政村污水產生量詳見表4。

表4 長德經濟開發區農村生活污水量預測表

3.5 污水水質狀況及主要污染物負荷量預測

依據《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》(DB22/ 3094—2020)，當農戶未設置化糞池時，可按表5的數值確定。

表5 農村居民生活污水水質參考值

根據長德經濟開發區農村生活污水組成情況，考慮污水治理工程的遠期處理能力及未來發展規劃，最終確定農村生活污水水質，并根據該水質指標和預測水量計算污染負荷量。其中，動植物油排放濃度限值僅針對農村旅店飯館、農家樂的生活污水處理設施(表6、表7)。

表6 農村生活污水水質指標

表7 長德經濟開發區農村生活污水污染負荷預測表

4 農村生活污水治理措施研究

污水收集治理工程主要建設內容包括污水收集系統及處理系統[5]。

4.1 污水收集系統

根據《吉林省農村改廁和生活污水處理技術導則(試行)》相關要求，農村生活污水收集系統可分為進戶收集系統、分散收集系統和集中收集系統。

4.1.1 單戶收集系統

單戶收集系統污水量一般不大于0.5 m3/d，服務人口5人以下，服務家庭戶數1戶。化糞池上清液、廚房、洗衣洗浴間污水收集排至戶用污水處理系統圖2。

4.1.2 分散收集系統

分散收集系統污水量一般不大于5 m3/d，服務人口50人以下，服務家庭戶數2～10戶，污水處理設施可在村中建設污水處理設施，也可通過罐車抽運至污水處理設施；在單戶收集系統基礎上，將各戶的污水用管道引至污水處理設施(圖3)。

圖3 分散式污水收集系統示意圖Fig.3 Schematic diagram of distributed sewerage collection system

4.1.3 集中收集系統

集中收集生活系統為10戶以上收集系統，污水量在5～150 m3/d 之間，服務人口50～1 500人，服務家庭戶數10～300戶，污水處理設施布置在村落中；在單戶收集系統基礎上，將各戶的污水池用管道引入或罐車抽運至污水處理站進行集中處理，與分散收集系統相比，污水池或罐車所收集運輸的污水量更大。

根據長德經濟開發區的實際污水收集系統建設需求，依據行政村的規劃方案以及村內每戶的實際人數及農改廁情況，采用單戶收集系統、分散收集系統和集中收集系統相結合的方式，在村內規劃建設三格化糞池。

4.2 污水處理系統

本次規劃涉及農村主要分布在長德新區北部，各個村區域類型差異較大，所以農村污水治理方案應根據各個農村特點進行分類并提供針對性方案。綜合考慮長德經濟開發區農村地區的經濟水平、地質地勢、污水水質情況、水質要求、后期維護管理等各方面情況，并結合現有設施各處理工藝的運行效果等，在現有設施的基礎上，根據現場條件，優先采用納廠處理；按分戶處理，主要依托農改廁化糞池；按村莊集中收集處理，推薦采用一體化污水處理設備、人工濕地、穩定塘這三種處理工藝(表8)。

表8 所選農村生活污水處理工藝比較

4.3 農村生活污水治理方案

根據上述污水收集系統及污水處理技術工藝的選擇，綜合考慮長德經濟開發區近期拆遷計劃、措施的持久性等因素，針對研究區內各村屯實際情況，明確相應的各村屯農村污水治理方案(表9)。

表9 長德經濟開發區各行政村治理方式匯總表

5 結論

北方農村大部分地區排水管網不完善，缺乏有效的排水措施，導致大量生活污水得不到處理，直接排放到房屋前后的河道和溝渠中，污水中的污染物在大氣降雨、地表徑流的作用下向附近的受納水體運移，從而造成地表水體的污染。因此，在對農村生活污水進行治理時，應先分析農村生活污水的種類，水質、水量特征，污水排放特點，對主要污染物的污染負荷量進行預測，再結合各行政村所在的地形地勢特點、經濟發展水平等因素，提出有針對性的、有效可行的污水治理方案。