農村生活污水源分離系統開發及應用

侯艷鋒，何 謙，張 健

（1.北京萬若環境工程有限公司；2.萬若（北京）環境工程技術有限公司，北京 100083）

我國環境污染形勢嚴峻，新建城區、產業園區、村鎮等的生活污水采用混合排放，末端治理模式存在諸多限制和問題。針對目前我國生活污水收集配套設施不完善和生活污水處理技術不適用的問題，本文通過負壓收集技術、生活污水源分離技術等新技術的開發應用，探尋適合我國農村綠色發展的新模式，實現高濃度污水的密閉收集與再利用，達到節水、除臭、源頭分質回收的效果，與此同時修復和完善廢物-肥料-農業-食品的物質循環系統[1]。

農村生活污水治理是新農村建設的一個重要課題。農村生活污水治理的新技術開發與應用可以進一步改善鄉村環境衛生，減少環境污染；最大限度地提升農村居住舒適度，改善農村衛生條件；從源頭治理入手，實現農村生態循環模式。人糞尿是生活污水中污染物、病原菌和營養鹽的最主要來源，其有機污染物含量占污水有機污染物總量的60%，氮磷含量占氮磷總量的90%以上，鉀含量占鉀總量的約70%[2]，所以農村生活環境治理的核心是農村生活污水的污染控制和資源化。下面分析基于負壓排水技術的農村生活污水源分離收集及資源化系統的開發及應用情況。

1 農村生活污水源分離系統

1.1 農村生活污水負壓排水技術

負壓排水技術是利用負壓管道內負壓產生的高速氣流輸送污水，負壓管網與自來水供水管網在系統結構、管網鋪設、運行上很相似，只是介質的流動方向相反。負壓超節水生態廁所可實現高濃度污水的密閉收集與排放，與重力排水的最大區別是可以實現水往高處流[2]。

負壓排水技術應用在農村生活污水收集中，可以通過3個基本單元組成農村生活污水負壓收集系統，如圖1所示。一是負壓收集單元，其由負壓便器、負壓收集器、負壓地漏等組成，主要功能為收集污水；二是負壓管網單元，其將分散的負壓收集單元以網絡形式連接，并將污水匯集于負壓站單元，主要功能為傳輸污水；三是負壓站單元，主要功能為生成并保持用于服務全系統的負壓，暫時存儲污水。

圖1 農村生活污水負壓排水技術原理

1.2 農村生活污水源分離技術

人糞尿中含有大量的氨氮及有機磷化合物，其通常隨著污水排放而白白流失。氨氮和磷酸鹽是水體中氮和磷的主要形態，是導致水體富營養化的重要物質。而磷屬于不可再生資源，是舉足輕重的工業原料和緩釋肥料。目前，高濃度污水原位減容和尾水處理中，營養鹽氮磷的去除一直是污水處理廠凈化排水的難題。由此看來，將這兩種資源從人糞尿中分離并利用，對國家可持續發展具有重要意義。目前，我國農村排水系統還不完善，很多地方剛剛開始進行建設，所以農村不需要一成不變地沿用城市的傳統排水系統，可以通過新技術的開發和應用，選擇合適的排水系統[3]。

農村生活污水可分為黑水、褐水、黃水和灰水。黑水是指糞、尿及其沖洗水；褐水是指糞便及其沖洗水；黃水是指尿液及其沖洗水；灰水是指除人糞尿及其沖洗水以外的生活污水，主要包括洗衣、洗澡、廚房產生的污水。

農村生活污水源分離技術可以將各類污水分別收集、輸送和處理。通過調研我國農村不同地形、農戶用水習慣、污水不同水質收集要求等條件，歸納出黑水、褐水、黃水和灰水四類水分開收集的不同組合模式。

1.3 生活污水源分離系統設計

生活污水源分離系統可以實現排水綠色節能，組團配置靈活。對于已經有污水處理廠的地方，除了節水和污水再生利用的優勢外，該系統還可與人口規模擴大、污水排放量等比例增長同步，避免城市建設初期污水處理廠建設、處理能力必須按預定城市人口一步到位地設置而造成時序上的矛盾和浪費。它既改善了衛生環境，又使得延續數千年的農家肥返田方式得以存續，不再有混合污水處理難、投資高和監管難的問題，突破了目前農村照搬城市模式所存在的瓶頸，推進了新農村建設。源頭分離得到的氮、磷、鉀是理想的有機肥，其可取代高能耗的傳統化肥生產方式。生活污水源分離系統可以減少供水管網建設規模，替代長距離、大口徑、高成本排水管網[4]。

1.3.1 負壓排水終端產品設計

負壓便器負責收集廁所糞便及沖廁水，設計如下：負壓便器包括模塊化負壓小便器、模塊化負壓蹲便器和模塊化負壓坐便器；對黑水與灰水進行分離式排水，可使用混合式負壓便器；糞尿分離式負壓便器沖廁水用量參考實際產品指標。

負壓收集器負責收集廁所除糞便及沖廁水以外的污水，如洗手池廢水等，設計如下：污水管或負壓收集器須設進氣裝置，保證污水順暢流入；負壓收集器的液位控制不宜采用浮球開關，液位檢測應為抗干擾的非接觸式；負壓收集器的連接元件、配件和箱體須采用防腐材料制作，連接處要結合嚴密；用于室外的負壓收集器宜布設在綠化區等受外界干擾較小的區域，盡可能避開車輛、行人通行區域；如需布設在道路或車輛通行區域，負壓收集器上方應增加井圈、井蓋與井座。

負壓閥為收集端與負壓管網的閥門開關，設計如下：負壓閥所有過流部件須采用耐腐蝕材料制造；閥體應由堅固、耐腐蝕材料制成；負壓閥宜采用氣動隔膜閥；負壓閥的控制器可為電控或氣控，如控制器為電控，須采用安全電壓；負壓閥在關閉時需要密封嚴密；負壓閥進出口端需要活絡連接，便于拆卸；在開啟狀態下，其管徑不應小于40 mm。

1.3.2 負壓排水管網設計

一是管道連接與固定設計。負壓排水管道室內部分的連接與固定應按照以下規定進行：負壓排水管道的最小設計坡度為0.002，除提升管外，管道方向不得出現倒坡，具體根據施工要求確定；管道不得穿越煙道、沉降縫和抗震縫；管道不宜穿越伸縮縫，當需要穿越時，應設置伸縮節；管道穿越地下室外墻時，應采取防止滲漏的措施；管道安裝完畢或中斷施工時，應及時將管道敞口處封堵。管道穿墻體、地面或樓面時，應采用套管。

二是管道連接方式設計。負壓污水管道之間的連接和轉向宜使用45°斜三通和45°彎頭；負壓支管道連接到主管道時，支管道接頭處應高于主管道，從主管道上部接入，接入方向與排污方向一致；負壓管道穿越障礙物時，應采用乙字彎和45°彎頭連接，繞過障礙物；繞過障礙物時，管道沿污水流動方向，由障礙物的下方或旁邊繞過，避免從上方繞過[5]。

2 農村生活污水源分離系統應用案例

天津市寧河區實施了農村生活污水收集及資源化項目，惠及4 200戶村民。該項目采用源分離模式收集農村生活污水，村民家中安裝負壓氣沖便器和負壓收集器，從源頭上分離黑水（糞便污水）和灰水（生活雜排水），分質處理，資源回用。污水從負壓收集中心分別排入黑水、灰水處理設備分質處理。

改造前，當地普遍存在雨污、糞污合流現象，農村生活污水處理設施難以有效運行。該項目以負壓節水器具產品開發及負壓管道化收集系統構建為抓手，著力突破重力流輸送排泄物的傳統模式，應用負壓排水技術和負壓收集系統，減少常規重力流用水器具的用水量，構建適用于農村環境和衛具的管道化分質收集體系，并進行示范工程建設與運行數據收集，進而制定農村生活污水負壓管道收集系統的相關設計標準。

3 結論

農村生活污水源分離系統開發和應用是農村生活污水治理的新技術嘗試。當前，人們可以通過綜合測評技術指標的方式，反饋技術選型和決策的匹配性，進一步優化農村生活污水治理的新技術和新產品系統。