黃土高原溝壑農村生活污水處理規(guī)劃及關鍵問題
全康環(huán)保:編者按：加強農村生活污水收集、處理與資源化設施建設，是我國鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中新農村建設工作的重要內容。目前，國內全面啟動了縣域農村生活污水處理規(guī)劃工作，但由于我國農村情況差異大，導致了生活污水處理工作的復雜性。國內眾多的關于農村污水處理的技術指導資料，也無法解決一些實際問題。本文以黃土高原溝壑區(qū)縣域規(guī)劃為例，探討農村生活污水處理的一些關鍵問題，為該項工作的實施提供技術指導，也可供國內同行參考。
第一作者簡介：張莉紅（1988―），女，甘肅蘭州人，在讀博士，工程師，主要從事污水處理方面的研究。
通信作者：李杰 E-mail:wye@mail.lzjtu.cn
該研究得到國家重點研發(fā)項目（2016YFC0400705）資助。
目前，甘肅也和全國其它省份一樣，開始了農村污水規(guī)劃與治理工作，但甘肅地域廣闊、農村自然及生活條件差異太大，這為農村生活污水規(guī)劃治理工作增加了難度。國內現(xiàn)有的一些農村生活污水處理技術指導資料與政策性的文件，無法滿足實際工作需要。以甘肅黃土高原溝壑區(qū)典型縣域（秦安縣）為例，探討農村生活污水規(guī)劃處理中的一些實際問題，希望為該地區(qū)相關工作的開展提供技術支持。
01 地理氣候與水系特征
隴東隴中黃土溝壑區(qū)（圖1）主要涵蓋甘肅中東大部，該區(qū)域四季分明，氣候干旱少雨，冬季寒冷結冰，蒸發(fā)量較大。受降雨及地表徑流影響，被分割成大小不等的黃土階地和丘陵。區(qū)域水土流失嚴重，塬面切割破碎，溝壑縱橫，農田分布較廣，人口呈現(xiàn)“大分散、沿河川小集聚”的特征。
秦安縣位于甘肅省東南部，渭河支流葫蘆河下游，縣域內海拔在1120～2230m。據(jù)秦安縣1965年―2011年氣象資料統(tǒng)計，年平均氣溫10.4℃，最熱月（7月）平均22.7℃。最冷月（1月）平均-3.4℃，相對濕度67%，縣域內最大河流為葫蘆河（屬渭河北岸一級支流)，南北貫穿縣域，其主要支流有清水河、顯清河、南小河和西小河。秦安縣山區(qū)原始森林破壞殆盡，植被種類較為貧乏。就分布面積來說，以農作物植被為主。2020年，縣域戶籍人口為63萬人，常住人口53.0萬人，城鎮(zhèn)人口約～為24萬人。2018年全縣實現(xiàn)地區(qū)生產總值561125萬元。
02 水量水質特征
農村居民生活用水量受生活條件、排水系統(tǒng)、水資源利用方式、生活習慣等因素的直接影響。根據(jù)《甘肅省農村生活污水治理技術指南》（試行）（以下簡稱《指南》），結合調查當?shù)鼐用竦挠盟F(xiàn)狀、給水規(guī)劃、經濟條件、發(fā)展?jié)摿Φ惹闆r，以及村民生活條件的改善，廚衛(wèi)設施的改造、生活習慣的改變等因素，參照《指南》中農村居民日用水量參考值（見表1），確定秦安鄉(xiāng)域農村居民平均用水量取40L/（人?d）和60L/（人?d）。
污水排放量取決于生活用水量的大小。農村生活污水排放量應結合農村所在地域、住戶衛(wèi)生設施水平、室內排水系統(tǒng)完善程度等因素，根據(jù)實地調查結果綜合確定。本規(guī)劃參考《指南》來確定農村居民污水排放系數(shù)，見表2。本規(guī)劃污水排放系數(shù)確定為75%。
經調查分析，秦安縣農村生活污水的排放具有以下特征：
（1）農村生活污水包括洗滌、洗浴和炊飲污水及人、畜糞尿等，家禽養(yǎng)殖廢水很少,具有分散、污染物成分簡單、有機污染物含量低、水量變化大等特點。多數(shù)村莊采用明渠或自然溝渠排放生活污水和雨水（圖2）。絕大多數(shù)住戶建有旱廁，黑水基本不外排，糞渣清掏后作為農家肥利用。在靠近縣城經濟較發(fā)達的地區(qū)或者新農村建設村，建有化糞池。大多數(shù)化糞池沒有出水管，定期自行或者由專人抽吸外運，作為農家肥資源化利用。少數(shù)化糞池建有出水管，經化糞池處理后的污水中含有大量的有機污染物，化糞池出水由明渠排放，或就近排入水體。
（2）秦安縣地形地貌復雜多樣，地域、特別是山川地勢與交通因素，造成不同地域間農村之間發(fā)展不平衡，最后造成了生活污水排放的巨大差異。經濟越欠發(fā)達的村莊，人均污水排放量越少。農村污水流量主要集中在三餐前后，日變化系數(shù)一般為 3.0~5.0，間歇性排放明顯。春節(jié)前后，外出打工的人回家后，排水量最大，其余時間、特別是農閑期間，家里能外出打工的人員離家出走后，排水量最小，故季節(jié)性排放更為明顯。
（3）農村生活污水主要污染物為COD、氮磷、懸浮物及大腸桿菌等，水質相對較穩(wěn)定?！吨改稀诽峁┝吮?所示的甘肅省農村生活污水水質參考范圍，調查發(fā)現(xiàn)秦安水質大都在中等偏上的范圍內。
03 農村生活污水治理原則與模式
（1）治理順序
遵循：先大村后小村；先急后緩（改善環(huán)境迫切需要的優(yōu)先）；先易后難（優(yōu)先建施工難度小的川區(qū)平坦村莊；先近后遠（以縣城和中心鎮(zhèn)區(qū)為原點，先考慮較近的）；先川區(qū)后山區(qū)；先鎮(zhèn)后村；先聚集后分散。
（2）規(guī)劃重點
城市規(guī)劃區(qū)、城市建成區(qū)為重點，考慮沒有延伸到的盲區(qū)；建鎮(zhèn)中心村莊和鎮(zhèn)區(qū)為重點；圍繞葫蘆河及5條二級支流；其它山區(qū)的行政村和自然村。
（3）治理技術要求
與經濟發(fā)展相適應，綜合考慮自然條件、環(huán)境承載能力與污水排放負荷之間的關系，充分利用近自然處理方式。
污水治理采用的模式如下：
（1）模式Ⅰ―村域收集集中處理
以村或自然村為收集區(qū)域，建設管網與小型污水處理站。由于秦安縣葫蘆河斷面水質時有超標現(xiàn)象發(fā)生，所以沿河兩岸川區(qū)人口集中、各村相距較遠的大中型村莊多采用此模式，此外，山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)府所在地等人口集中的村莊也采用此模式。
每戶修建三格式化糞池，將生活污水經過管網收集后，收集到處理站統(tǒng)一處理。污水處理站出水水質達到《農村生活污水處理設施水污染物排放標準》（DB 62/4014―2019）相關標準。
污水處理工藝主要規(guī)劃采用一體化污水設施+人工濕地、微動力污水處理（太陽能微動力處理工藝或常規(guī)電力污水處理工藝）等出水水質較好，節(jié)省占地面積，抗沖擊負荷能力較強，管理簡單且能長期安全有效的運行的工藝。鑒于運行穩(wěn)定性與成本，盡量避免采用MBR工藝。
糞渣（污泥）有3種處理模式：①農戶自行收集-高溫堆肥，用于房前屋后果疏種植、林木綠化、肥土或改良士壤等；②吸糞車收運-高溫堆肥，用于規(guī)模化種植如苗木培育、林果種植、有機農作物種植等；③吸糞車收運到有機肥生產企業(yè)制作有機肥銷售。
（2）模式Ⅱ―單戶、聯(lián)戶分散治理
對于居住分散、人口密度小、地形條件復雜、施工難度較大、污水不易集中收集的村莊，采用相鄰農戶聯(lián)合或者單戶處理的模式。這是秦安葫蘆河沿岸川區(qū)給水水源豐富的村莊采用的主要模式。
相鄰住戶聯(lián)合或者獨戶修建三格式化糞池?；S池出水采用資源化利用方式，農戶自行取用，用于庭院綠化、農田灌溉如房前屋后果種植等、林地、山地或濕地等消納吸收利用。也可以建設植物隔離帶或通過建設人工濕地系統(tǒng)處理（必要時前面設置簡單的預處理措施），達到進一步利用與凈化的目的。糞渣（污泥）處理模式同模式Ⅰ。
（3）模式Ⅲ―資源化利用
針對偏遠、人口密度小、人口少、遠離環(huán)境敏感地域、傳統(tǒng)上采用旱廁的村莊，修建衛(wèi)生廁所，糞渣（污泥）處理模式同第一種處理模式?；宜ú蛷N、洗滌、淋浴等水）不得進入三格化糞池，可通過管道、溝渠等接入濕地等消納吸收。這是秦安山區(qū)村莊采用的主要模式。
（4）模式Ⅳ―集中納管入廠處理
主要針對近期市政排水管網能到達的村莊，重點進行管網完善建設，深化村內雨污分流工作，保證條件成熟時順利接入城鎮(zhèn)污水收集管網，進入城鎮(zhèn)污水處理廠進行集中處理（稱為納管）。
每戶修建三格式化糞池，出水進入城鎮(zhèn)污水處理廠進行集中處理。糞渣（污泥）處理模式同模式Ⅰ。
具備實現(xiàn)農村生活污水處理由“分散治污”向“集中治污、集中控制”轉變條件的農村地區(qū)采用。
04 規(guī)劃投資估算
規(guī)劃中支管、支干管的設計水量按照村莊的遠期流量Q遠期乘以（4～5）（變化系數(shù)）設計；主干管的水量按照連接村莊遠期流量總和Q遠期總乘以2（變化系數(shù)）設計；重點發(fā)展鄉(xiāng)鎮(zhèn)依據(jù)縣城總體規(guī)劃，污水處理廠水量計算按照遠期流量Q遠期乘以1.5（人口放大系數(shù)）設計。
處理模式Ⅰ管道長度根據(jù)實際地形測量或者按照每戶村民平均支管長11.35m、支干管長3.79m估算；處理模式Ⅱ按照處理模式Ⅰ管道長度的1/4估算。處理模式Ⅲ未估算管道長度。處理模式Ⅳ主要為管道工程，長度根據(jù)實際測量。污水提升泵房按照每座50萬元估算；管道建設綜合費（包括檢查井等附屬設施與管溝開挖回填等工程費用）依據(jù)DN200～400不同的管徑，按照500～700元估算；廁所改造每戶2500元，化糞池每戶500元。污水處理站建設費用按處理水量1萬元/m3估算；污水處理運險費按照1元/m3，污泥處理按照處理水量0.2元/m3計。投資估算結果見表4。
相比周圍各縣規(guī)劃，秦安縣規(guī)劃投資偏大。分析原因：（1）秦安縣葫蘆河省控斷面要求，迫使針對主要人口聚集發(fā)展區(qū)修建蓮花、郭嘉、安伏污水處理廠，并對沿河敏感區(qū)域村莊采用投資成本高的模式Ⅰ治理方式；（2）秦安屬人口大縣；三是本次規(guī)劃估算參數(shù)取自實測，比估算值偏大一些。
05 重點問題討論
（1）農村人口是規(guī)劃的主要參數(shù)。一般規(guī)劃中，都按照0.7%左右的人口增長率進行遠期規(guī)劃。但隨著我國農村經濟與生活水平的提高，有些條件差的偏遠村莊人口在減少，而有些靠近交通便利等條件區(qū)域的村莊人口會加速增加。
本規(guī)劃中，除蓮花污水處理廠、魏店污水處理廠、安伏污水處理廠、郭嘉污水處理廠和納入縣城污水處理廠（葉堡、南小河、西小河）涉及的村鎮(zhèn)屬將來發(fā)展的重點村域，污水處理廠水量計算考慮約1.5的人口放大系數(shù)外，其余村鎮(zhèn)人口按照目前實際調研數(shù)據(jù)計算。
（2）農村人均排水量，會隨著不同地區(qū)氣候、經濟發(fā)展水平與生活習慣的變化而變化。甘肅省環(huán)科院組織幾家高校對甘肅隴東、中部、河西等不同地區(qū)的城鎮(zhèn)污水處理廠進行調查，核算出的農村人均排水量約為35L/（人? d），近遠期排水量分別為37.5L/（人? d）和42L/（人? d）。
針對甘肅農村進行的生活污水水質調查發(fā)現(xiàn)，各地的水質差異很大。根據(jù)秦安縣及其周邊地區(qū)已建成運行的農村污水處理設施的進水水質，本規(guī)劃采用表2中的中值高限。
（3）農村生活污水處理模式，是我國進行農村污水處理的核心問題，不僅直接影響著我國該項工程的投資、成效與進展，更體現(xiàn)出我國環(huán)保理念的實施水平?？傮w來說，西北地區(qū)地廣人稀，土地貧瘠，資源化利用與近自然處理是首選模式，只有在有可能影響飲用水源保護區(qū)或者自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)等環(huán)境敏感點的村莊，才要根據(jù)實際需要進行污水的集中處理。
調查發(fā)現(xiàn)，已經建成的農村污水處理工程，處于“曬太陽”狀態(tài)的居多。主要原因：(1)由于絕大多數(shù)農民外出打工，村莊僅剩老人小孩，污水排量太小導致設備無法正常運行；(2)設備運行費用太高，地方政府無力承擔；(3)設計缺陷（如原水調節(jié)不夠）、管網不完善（大量泥土混入污水管網）、技術人員短缺等其他原因。
農村改廁有水沖式與衛(wèi)生旱廁兩類，在水源充足的地區(qū)，應該提倡水沖式廁所，但要注意冬季給水系統(tǒng)保溫。出水經過厭氧化糞池消化處理后，抽吸還田資源化利用。采用衛(wèi)生旱廁（具體分為尿糞混合與分離式）的農戶，尿液與糞渣經過厭氧處理后，均可還田資源化利用。上述情況下農戶家庭排出的灰水，要提倡修建房前屋后的土地處理系統(tǒng)進行處理，避免倒入雨水收集排放系統(tǒng)。總之，筆者認為，建立在資源化利用基礎上的農村改廁行動，是有效解決農村生活污水治理的主要途徑，解決問題的關鍵是便于實際使用的低成本廁所技術與產品的研發(fā)，以及農戶環(huán)保意識的提高。
甘肅省頒布了《甘肅省農村生活污水處理設施水污染物排放標準》（DB 62/4014―2019），為農村生活污水、特別是小規(guī)模分散農村生活污水處理創(chuàng)造了條件。
（4）本規(guī)劃實際調研（圖3）過程中，針對模式Ⅰ，測量了88個村莊的地形、范圍與高程，布置了排水支管與支干管，并按照地形坡度進行了簡單的管道設計計算，最后將88個村莊的總管長除以總村民戶數(shù)。得出每戶村民平均支管長度11.35m，支干管長度3.79m。
模式中相鄰村莊合建一個污水處理站的問題，有些技術指導書中給出相距5km范圍內的村莊可以考慮合建一個污水處理站。筆者認為，第一，鑒于農村污水收集水量小、變化系數(shù)大、技術人員缺乏等因素，首先盡量合并；第二，合并要充分考慮實際地形導致的管道工程的復雜性，如村莊彼此高差大、中間隔有溝壑，管道穿越濕陷性黃土溝壑時工程造價極高，此時距離再近也不好合并建站，相反，在一些相對平坦的沿公路或河岸分布的村莊，這些村莊往往是將后發(fā)展擴大的重點，此時相距遠一些，也可以考慮合并建站。
（5）秦安規(guī)劃中，不同治理模式的戶均、人均投資見表5。從表5可見，戶均投資大小順序為模式Ⅰ>模式Ⅳ>模式Ⅱ>模式Ⅲ，而采用廁所改造突出資源化利用模式Ⅱ、Ⅲ村莊的比例接近70%。從治理模式發(fā)布看，規(guī)劃的合理性較高，但在這種情況下，投資遠高于秦安縣財政的承擔能力，充分說明西北地區(qū)農村生活污水治理工作面臨的實質問題還是比較嚴重。
（6）為使農村生活污水設施實現(xiàn)建設規(guī)范、設施完好、管理有序、水質達標的目標，甘肅省也和其它省份一樣，建立了完善的針對處理模式Ⅰ的運行管理制度，內容涉及管理體系、職責分工、排放要求、運維模式機制與監(jiān)測、制度保障等內容。但由于絕大多數(shù)設施處于“曬太陽”狀態(tài)，運行管理效果很差。對于絕大多數(shù)的模式Ⅱ和Ⅲ的管理制度，全國基本處于空白狀態(tài)。
06 結語
加強農村生活污水收集、處理與資源化設施建設，是我國鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中新農村建設工作的重要內容。我國農村情況差異大，導致了生活污水處理工作的復雜性。目前只針對集中農村生活污水處理站建設管理的做法太狹窄。針對農村生活污水處理特征，結合農村改廁行動，強化資源化利用為主導的治理思路；完善污水收集-處理-利用的技術體系；研發(fā)性能更好的廁所與運行成本低便于管理的近自然處理工藝，是當務之急。