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(nóng)村生活污水治理就是國家政策的重點關(guān)注方向，國家先后出臺了很多相關(guān)政策，如2018、2019年先后頒布了《中共中央國務院關(guān)于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》《農(nóng)村人居環(huán)境整治村莊清潔行動方案》《關(guān)于推進農(nóng)村生活污水治理的指導意見》等。加強農(nóng)村生活污水的收集、處理和資源化利用，是農(nóng)村水環(huán)境改善迫切需要解決的問題，也是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要內(nèi)容[1]。此次研究區(qū)為長春新區(qū)長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，分析該區(qū)域農(nóng)村生活污水現(xiàn)狀并總結(jié)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(qū)的農(nóng)村生活污水治理措施，為農(nóng)村地區(qū)生活污水處理設施建設提供科學的參考依據(jù)。

1 項目區(qū)域概況

長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)隸屬長春新區(qū)，位于長東北開放開發(fā)先導區(qū)的核心位置，哈大經(jīng)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(jīng)濟圈內(nèi)。

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

長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)屬于中溫帶大陸性季風氣候區(qū)，季節(jié)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(shù)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(jīng)濟開發(fā)區(qū)位于飲馬河一級支流霧開河流域中游地區(qū)，行政邊界右邊界瀕臨飲馬河一級支流霧開河，境內(nèi)有飲馬河二級支流干霧海河從南至北穿境而過。

2 農(nóng)村生活污水現(xiàn)狀分析

2.1 農(nóng)村生活污水種類

2.1.1 廚余污水

廚余污水的主要雜質(zhì)為清洗果蔬產(chǎn)生的菜葉、泥沙等以及清洗肉類產(chǎn)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(nóng)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(zhì)，對環(huán)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(shù)比較高?，F(xiàn)階段人畜糞便很多不經(jīng)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(yǎng)殖污水

主要指畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖和家庭作坊農(nóng)產(chǎn)品加工等所產(chǎn)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(nóng)村生活污水特征

農(nóng)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(qū)農(nóng)村污水存在以下幾個特點：

(1)點多、面廣、規(guī)模?。捍迩f分散，集中統(tǒng)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(gòu)成復雜：農(nóng)村生活用水來源分為自來水、井水、河水。農(nóng)村地區(qū)的洗衣用水、洗浴、沖廁普遍使用井水，產(chǎn)生的污水直接匯入河道。除日常生活污水外，養(yǎng)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(jīng)濟較為落后的農(nóng)村，由于人口居住分散，常住人口少，水量相對較少，產(chǎn)生的生活污水量也較小，缺少污水處理設施；而經(jīng)濟較為發(fā)達的農(nóng)村地區(qū)，三格化糞池、污水收集池等處理設施已經(jīng)逐年完善，污水隨意潑灑的現(xiàn)象正在逐年減少。

(4)水量波動大、水質(zhì)變化大：居民生活規(guī)律相近，導致農(nóng)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(zhì)特點

生活污水含纖維素、淀粉、糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機類物質(zhì)，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(wěn)定的、易生物降解的和易腐爛的，如果不經(jīng)處理直接排放到環(huán)境中會引起環(huán)境的污染。農(nóng)村生活污水水質(zhì)的主要特征是：

(1)農(nóng)村生活污水污染物濃度低，排放面積廣。

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

(3)不同時段的水質(zhì)不同。

(4)廁所排放的污水水質(zhì)較差，但可進入化糞池用作肥料。

(5)污水水量和水質(zhì)在時間上體現(xiàn)出非均勻性，在水質(zhì)上體現(xiàn)出不穩(wěn)定性[3]。

2.4 水量特點

因生活習慣、生活方式、經(jīng)濟水平等的不同，長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)村生活污水的人均排放量和排放水質(zhì)差異較大。農(nóng)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(jīng)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(shù)較大。農(nóng)村生活污水的日變化系數(shù)較大，排放量的峰值一般出現(xiàn)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(xiàn)。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(xiàn)斷流。污水的排放量隨季節(jié)變化表現(xiàn)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(qū)農(nóng)村污水流量日變化系數(shù)一般為3.0～5.0，間歇性排放明顯，季節(jié)性排放更為明顯。

2.5 污水排放特點

總體來說，農(nóng)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(xù)排放方式，大部分均采用隨意排放[4]。

(1)長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)村人口居住比較分散，特別是目前農(nóng)村外出務工人員比較多，常年在農(nóng)村居住的主要人群是老人、婦女與兒童，所以農(nóng)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(wǎng)，少數(shù)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(xiàn)象，因此大部分自然村排出污水的污染還是比較嚴重。

(2)農(nóng)村排污有一定的規(guī)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(jié)前后、節(jié)假日排放量比日常大。

(3)存在生產(chǎn)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(xiàn)象。農(nóng)村建設及規(guī)劃變更較快，部分現(xiàn)有治理設施已跟不上村莊發(fā)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(zhèn)，生活污水統(tǒng)一納入柏林水務污水處理廠。因此此次農(nóng)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(nóng)村人口預測分析

根據(jù)《吉林省2018年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》公布的數(shù)據(jù)，2018年吉林省人口自然增長率為0.36%，結(jié)合長春新區(qū)各城鎮(zhèn)總體規(guī)劃，按照人口年均增長率0.4%，基準年為2019年，預測長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)各行政村近期(2025年)、遠期(2035年)農(nóng)村人口數(shù)量(表1)。

根據(jù)人口綜合年均增長率預測人口規(guī)模，按下式計算：

Pt=P0(1+r)n

式中：Pt——預測目標年末人口規(guī)模；

P0——預測基準年人口規(guī)模；

r——人口年均增長率(根據(jù)歷年統(tǒng)計數(shù)據(jù)算出)；

n——預測年限。

表1 長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)村人口預測表

3.2 農(nóng)村生活用水定額及用水量預測

長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)隸屬長春新區(qū)，長春新區(qū)人均用水量、萬元GDP和萬元工業(yè)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(jù)《用水定額》(DB 22/T389—2019)，結(jié)合東北地區(qū)農(nóng)村居民生活用水量及現(xiàn)場實際調(diào)查，生活用水量按表2定額。

表2 農(nóng)村生活用水定額

根據(jù)《長春新區(qū)總體方案水資源論證報告》相關(guān)內(nèi)容，2020年長春新區(qū)農(nóng)村居民生活用水定額為90.0 L/人·天。隨著新區(qū)內(nèi)生活水平的不斷提高，用水定額將呈現(xiàn)出較明顯遞增的趨勢，結(jié)合長春新區(qū)發(fā)展的實際狀況，預計2025年、2035年長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)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(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)村居民用水量

3.3 污水排放系數(shù)

根據(jù)《農(nóng)村生活污水處理技術(shù)標準》(GB/T51347—2019)、《用水定額》(DB22/T389—2019)，設計污水量應根據(jù)所納農(nóng)戶實際產(chǎn)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(nèi)部給排水設施水平和排水系統(tǒng)普及程度等因素。對于農(nóng)村居民生活污水，進入排水系統(tǒng)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(shù)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(qū)農(nóng)村居民生活用水定額為100.0 L/人·天，120.0 L/人·天。根據(jù)表3已預測出的長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)村居民用水量(m3/d)，污水排放系數(shù)2025年取值0.8，2035年取值0.85，由此可預測出2025年與2035年農(nóng)村生活污水量。各行政村污水產(chǎn)生量詳見表4。

表4 長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)村生活污水量預測表

3.5 污水水質(zhì)狀況及主要污染物負荷量預測

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

表5 農(nóng)村居民生活污水水質(zhì)參考值

根據(jù)長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)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(fā)展規(guī)劃，最終確定農(nóng)村生活污水水質(zhì)，并根據(jù)該水質(zhì)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(nóng)村旅店飯館、農(nóng)家樂的生活污水處理設施(表6、表7)。

表6 農(nóng)村生活污水水質(zhì)指標

表7 長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)村生活污水污染負荷預測表

4 農(nóng)村生活污水治理措施研究

污水收集治理工程主要建設內(nèi)容包括污水收集系統(tǒng)及處理系統(tǒng)[5]。

4.1 污水收集系統(tǒng)

根據(jù)《吉林省農(nóng)村改廁和生活污水處理技術(shù)導則(試行)》相關(guān)要求，農(nóng)村生活污水收集系統(tǒng)可分為進戶收集系統(tǒng)、分散收集系統(tǒng)和集中收集系統(tǒng)。

4.1.1 單戶收集系統(tǒng)

單戶收集系統(tǒng)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(shù)1戶?；S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(tǒng)圖2。

4.1.2 分散收集系統(tǒng)

分散收集系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)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(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of distributed sewerage collection system

4.1.3 集中收集系統(tǒng)

集中收集生活系統(tǒng)為10戶以上收集系統(tǒng)，污水量在5～150 m3/d 之間，服務人口50～1 500人，服務家庭戶數(shù)10～300戶，污水處理設施布置在村落中；在單戶收集系統(tǒng)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(tǒng)相比，污水池或罐車所收集運輸?shù)奈鬯扛蟆?/p>

根據(jù)長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的實際污水收集系統(tǒng)建設需求，依據(jù)行政村的規(guī)劃方案以及村內(nèi)每戶的實際人數(shù)及農(nóng)改廁情況，采用單戶收集系統(tǒng)、分散收集系統(tǒng)和集中收集系統(tǒng)相結(jié)合的方式，在村內(nèi)規(guī)劃建設三格化糞池。

4.2 污水處理系統(tǒng)

本次規(guī)劃涉及農(nóng)村主要分布在長德新區(qū)北部，各個村區(qū)域類型差異較大，所以農(nóng)村污水治理方案應根據(jù)各個農(nóng)村特點進行分類并提供針對性方案。綜合考慮長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟水平、地質(zhì)地勢、污水水質(zhì)情況、水質(zhì)要求、后期維護管理等各方面情況，并結(jié)合現(xiàn)有設施各處理工藝的運行效果等，在現(xiàn)有設施的基礎上，根據(jù)現(xiàn)場條件，優(yōu)先采用納廠處理；按分戶處理，主要依托農(nóng)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(wěn)定塘這三種處理工藝(表8)。

表8 所選農(nóng)村生活污水處理工藝比較

4.3 農(nóng)村生活污水治理方案

根據(jù)上述污水收集系統(tǒng)及污水處理技術(shù)工藝的選擇，綜合考慮長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)近期拆遷計劃、措施的持久性等因素，針對研究區(qū)內(nèi)各村屯實際情況，明確相應的各村屯農(nóng)村污水治理方案(表9)。

表9 長德經(jīng)濟開發(fā)區(qū)各行政村治理方式匯總表

5 結(jié)論

北方農(nóng)村大部分地區(qū)排水管網(wǎng)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(nóng)村生活污水進行治理時，應先分析農(nóng)村生活污水的種類，水質(zhì)、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(jié)合各行政村所在的地形地勢特點、經(jīng)濟發(fā)展水平等因素，提出有針對性的、有效可行的污水治理方案。