北京某农村污水处理设施规划研究

冯梦南 郑婷婷

（北京清华同衡规划设计研究院有限公司，北京 100085）

1 引言

农村生活污水主要包括冲厕污水、厨房废水、洗浴污水等，具有水量小、间歇排放等特点。我国农村生活污水处理起步较晚，由于居住分散、水量较小、管理难度大，仍有很大比例的农村生活污水没有得到有效收集处理。

生态环境部与住房和城乡建设部于2018 年联合印发《关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知》（环办水体函〔2018〕1083 号），要求梯次推进农村生活污水治理。根据农村不同区位条件、村庄人口聚集程度、污水产生规模，因地制宜采用污染治理与资源利用相结合、工程措施与生态措施相结合、集中与分散相结合的建设模式和处理工艺［1］。

2 大石窝镇现状

2.1 自然地理基本情况

大石窝镇地处北京房山区西南部，是通往河北的门户城镇。镇域地理位置优越，交通便利，距房山区燕房组团38 km，距北京市区65 km，依托京昆高速和南水北调巡线路，大石窝镇进入了环首都城市核心区“1 小时经济圈”，是北京未来发展的重要空间和门户通道。镇域属山前暖区，环境优美，北部山峦叠翠，泉流潺潺，南部沃野平畴、土壤丰腴。全镇面积96 km2，总人口3.8 万人。

大石窝镇地处海河流域，境内主干河流有拒马河和南泉水河，均属季节性河流。拒马河自西北而东南流贯镇域西南部，境内流程10 km，平均河宽40 m；南泉水河发源镇域北部，向南流经镇域东部，下注胡良河。

2.2 污水处理设施现状

大石窝镇现有污水处理设施严重不足，生活污水随意排放。大石窝镇目前有5 个村（高庄村、岩上村、独树村、下滩村和南河村）已建成8 座污水处理站，但运行效果不稳定，污水处理站基本情况见表1。有3 个村已开展污水处理站设计（岩上污水处理站、下庄迁建小区化粪池、南河污水处理站），其他村的污水直排河道或自然下渗。各村现有污水处理设施运行养护不到位，缺少专业技术人员，导致高庄村、南河村的污水处理设施出现管道堵塞、机械故障、污水外溢等，难以正常运行，严重影响污水处理站出水水质。

表1 大石窝镇现有污水处理站基本情况

3 污水处理规划

3.1 污水处理规模计算

3.1.1 农村生活污水处理规模计算

参考《农村生活污水处理设施技术标准（征求意见稿）》，确定农村居民日用水量。大石窝镇各村户内有给水排水卫生设备和淋浴设备，由于水资源匮乏，地下水超采严重，居民用水量取100 L/（人·d），水头村由于有云居寺景区，另计算旅游人口用水量。

未来大石窝镇各村应完善排水设施，污水排放系数取0.7，则污水排放量取70 L/（人·d），全镇共需要2 730 t/d 的污水处理规模。

大石窝镇污水处理设施缺口见表2。

表2 大石窝镇污水处理设施缺口m3/d

3.1.2 旅游业污水处理规模计算

大石窝镇旅游业发展规划提出建设2 个特色小镇，分别是云居寺文化景区内的“禅修文化特色小镇”和塔照村的“古塔文化风情小镇”，旅游小镇内规划特色餐饮和特色住宿，旅游旺季将产生较多生活污水。

禅修文化特色小镇预计年接待游客量为350万—500 万人次，住宿总体接待能力200 床，餐饮总体接待能力500 位，小镇内配备公共厕所；古塔文化风情小镇预计年接待游客量为100 万人次，住宿总体接待能力3 000 床，餐饮总体接待能力4 000 位，小镇内配备公共厕所。均按旅游旺季接待能力90%、旅游淡季接待能力30%统计，见表3。

表3 大石窝镇旅游业淡季/旺季接待能力

根据GB 50015—2003 《建筑给水排水设计规范》（2009 年版），旅馆客房每床位每日用水定额250～400 L，位于乡镇的特色住宿用水量少于旅馆客房用水量，可取每床位每日用水200 L，工程折污系数为0.7，可推算禅修文化特色小镇产生污染物的规模及数量，见表4。

表4 禅修文化特色小镇污染物规模及产生量

古塔文化风情小镇污染物规模及产生量见表5。

表5 古塔文化风情小镇污染物规模及产生量

3.2 污水处理模式研究

农村生活污水处理主要有纳入城镇污水管网、村庄集中污水处理、分户污水处理3 种方式。决定污水处理方式的因素主要包括村庄人口规模、人口密度（或住房间距）、距城（镇）区市政管网的距离、环境条件、经济条件和运行管理等［2］。

对于一个村镇来说，人口越多，集中处理的人均成本越低，因而人口密度高的村镇，采取集中处理（地埋式一体化设备或土建）有优势。人口密度低（低于250～300 人）的村镇，宜采用分散处理（单户或多户净化槽）。

大石窝镇距房山中心区过远，不适宜纳入城镇污水管网。全镇地形分为低山丘陵、山前台地及平原区，低山丘陵区居住分散，人口密度低，不宜采用集中污水处理方式，故水头和三岔两村采用分散处理方式。山前台地和平原区主要采用村庄集中污水处理模式，有条件合建的村庄采用合建一个集中污水站的模式。有分散居民点的可结合小型净化槽等进行分散处理。

3.3 污水处理设施及管网布局

通过水文分析确定大石窝镇地区河流水系流向、汇水分区、汇水点等水文特征，综合地形、人口集聚特征、现状建设情况，确定各个村庄的污水处理模式、处理站的位置。

根据区域DEM 高程数据，基于D8 单向流法确定水流流向；基于最陡坡度原则确定水流方向；最后设定汇水面积阈值，并采用研究区实际水系进行校正，从而生成流域河流水系及汇水分区，见图1。

图1 大石窝镇汇水分区与汇水流向示意

根据水文分析结果给出的各汇水区集水点位置，可以初步确定污水处理设施适宜的布局位置。结合影像图中各村居住用地分布情况，确定是否需要分散污水处理设施及具体位置。前石门村与后石门村连片分布，且同属一个汇水分区，建议合建一个集中污水处理设施。全镇各村的污水处理设施分类及规模情况见表6，共需建设分散污水处理设施10处，合建污水处理站1 座，集中式污水处理站16 座，升级改造现有污水处理站8 座。各污水处理站的规模结合现状及未来预期人口进行测算，针对一些人口较少、处理规模较小的村庄（郑家磨、土堤），亦可采取近远期结合的方案，近期可以设置污水收集池由运输车辆运至就近村庄污水处理厂（同时考虑就近村庄污水处理厂规模适当扩大），远期结合污水量增加情况再新建污水处理站。

表6 大石窝镇部分村庄污水处理设施分类及拟建规模、管网长度

2 个景区污水处理设施根据景区发展阶段分期建设，云居寺景区依托水头村、三岔村、下庄村污水处理设施进行处理，旅游人口规模显著增加超出各村污水处理设施处理能力则增加污水处理规模。古塔风情文化小镇依托塔照村污水处理设施处理，人口规模显著增加时即可进行扩建。污水处理规模及排放标准见表7，排入高功能水体（拒马河）的执行北京市地标［3］一级标准，排入南泉水河的执行北京市地标二级标准。

表7 大石窝镇景区规划期污水规模及排放标准m3/d

新建的市政管网应主要采用雨污分流制的集中收集系统，分流改造困难的建成村采用截流式合流制，人口相对分散的水头村、三岔村可利用现有雨污排水边沟或自然沟渠。

村民分散居住、污水处理设施服务人口50 人左右、服务家庭数2～10 户、处理设施布置在村落中的，可采用分散收集系统，在庭院收集的基础上，将各户的污水用管道或沟渠引入污水处理设施。

大石窝镇农村生活污水目前实现了污染源分离，黑水和灰水分别排放，但由于储粪池未修建出水管道，已建的村镇管网无法收集黑水，需要对储粪池进行改造，增设出水管，与灰水一起收集后进行污水处理。

沿道路走向、坡度及汇水方向，确定污水管总体走向，描绘出各村污水主干管及主要支管，如图2 所示。农村污水处理设施运行存在的主要难点就是管网建设滞后，应确保污水处理设施和配套管网同步设计、同步建设、同步运行。污水处理站选址在建设前应进行实地踏勘，确保不占用基本农田，保证足够的安全防护距离，有良好的工程地质条件。

图2 大石窝镇各村污水处理设施及污水干管示意

以半壁店村为例，分为南北2 处集聚区，分别建立1 座集中污水处理站，规模为140 m3/d 及150 m3/d。污水干管沿村庄主干道向东布置，总长度8.2 km。

南尚乐村与北尚乐村由于集中聚居区外有散居人员，共增加3 处分散式污水处理设施，规模分别为25，25，20 m3/d。

3.4 污水处理工艺选择

3.4.1 农村污水处理工艺研究

我国农村生活污水一般采用常规处理＋深度处理的工艺组合形式。常规处理工艺有无（微）动力地埋式厌氧技术、接触氧化法、A2/O 法以及生物膜处理技术等，深度处理工艺有人工湿地、生态塘（稳定塘）、土壤渗滤技术等［4］。农村生活污水集中处理模式组合见图3。

图3 农村生活污水集中处理模式组合

农村污水分散处理模式组合见图4。

图4 农村污水分散处理模式组合

污水处理净化槽起源于日本，有小型和大型净化槽，分别针对单户或多户污水处理。单户可使用小型净化槽，分散处理，无需管网，投资省，易使用；多户可将畜禽养殖、各户生活污水集中起来处理。

分户污水处理设施宜采用一体化装置，污水进入一体化装置之前应进行预沉淀处理，可采用已建成的化粪池作为沉淀处理单元，当采用一体化装置出水不能满足要求时，宜增加自然生物处理。村庄污水集中处理宜采用一体化装置或工程构筑物，污水进入污水处理站前宜经过化粪池或厌氧池预处理，污水处理站宜设置调节池，当采用生物处理设施出水不能满足要求时，宜增加自然生物处理。农村生活污水处理应优先考虑资源化，处理水宜利用村庄的自然条件，经过周边沟渠、水塘、土地等方式进一步处理后排入受纳水体，并应符合相关标准。

3.4.2 各村污水处理工艺选择

根据表8 中各项水处理工艺的比较结果，建议各村集中污水处理站采用调节水解＋生物氧化＋人工湿地的处理工艺组合，采用一体化地埋式设备将各部分组合（因冬季水温较低，需采用地埋式构筑物保证温度）。分散污水处理设施采用中小型净化槽。

表8 污水处理工艺对比［5］

目前大石窝镇建成的几座集中污水处理站中，采用MBR＋湿地处理工艺的全都故障停用，单独使用化粪池＋人工湿地处理工艺的也出现故障停运，运行较好的岩上、独树村的2 座污水处理站采用一体化设备，接触氧化工艺。从今后运营管理方便考虑，可为各个村镇设计同样工艺的污水处理站，采取接触氧化＋人工湿地处理工艺。

三岔村、水头村存在多个餐饮企业，生活废水中有机污染物较多，建议在污水处理设施前面加装隔油池。

根据“运行管理简单、低能耗、易维护”的原则，建议小型分散污水处理设施使用无/微动力净化槽，采用厌氧滤池＋人工湿地的处理工艺。

厌氧生物滤池采用地埋式卧式储罐的形式，两头封堵，可根据实际情况的需要选择不同的材质，如不锈钢、碳钢和玻璃钢。

3.4.3 原有污水处理站恢复改造方案

根据调研情况，建议对大石窝镇现有的8 座污水处理站进行恢复性改造。首先对污水处理站进行综合评价，确定是否有升级改造的空间。恢复改造遵循下列原则：（1）老化设施清理修复；（2）闲置设备维修养护；（3）损坏仪表设备更换；（4）局部工艺/运行调整；（5）提升运行管理水平。

4 结语

本研究对农村污水处理设施的统一规划进行了探索，为目前全国各地正在开展的农村污水处理设施建设提供了一些经验，改善农村生态环境、促进乡村振兴起到促进作用。农村污水处理设施的建设应立足长远，统筹规划设计、建设、运行和监管。