于 洋,王金岩,左长安

山东大学 土建与水利学院,山东 济南 250000

新农村低成本污水收集系统探究
——以莱芜市薛家埠村为例

于 洋*,王金岩,左长安

山东大学 土建与水利学院,山东 济南 250000

农村水污染问题日益严重，造成农村环境恶化。本研究以莱芜市薛家埠村新农村污水收集作为研究对象，通过分析莱芜市农村分布及污水排放特点，提出以因地制宜为原则，集中收集处理与分散收集处理相结合、低成本与环境效益相结合的两种污水收集模式。详细阐述了适合新农村特色的低成本污水收集系统，为我国其他地区农村污水治理及污水收集系统的设计提供借鉴经验。

低成本;新农村;污水收集模式;污水收集系统

随着农村经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，农村生活污水排放量急剧增长。2005年建设部发布的《村庄人居环境现状与问题》的调查结果表明，由于我国大部分农村受到地形等因素的限制，人口分布较分散。96%的村庄缺少系统的污水收集和处理设施，直接排放到附近河流；80%的村庄生活垃圾直接堆放在路边甚至水源地、泄洪槽及水塘边，造成地下水质不断恶化，水污染问题日益严重。由于大部分农村直接引用自然水，水污染问题严重威胁农村居民的生命安全[1]。因此，本研究以莱芜市薛家埠村新农村污水治理为例，通过分析莱芜市农村分布及污水排放特点，提出因地制宜的适合农村环境特点的低成本污水收集系统。

1 村庄分布及污水排放特点

1.1 村庄分布特点

在人口分布方面，农村与城市相比具有居住分散的特点。根据对莱芜市农村的现场调研、分析，村庄具有以下特点：

1.1.1 不同村庄规模大小不等，集中与分散分布相结合 行政村的中心村住户住宅分布较为集中，村庄的经济基础条件较好，生活污水排放量大；自然村住户住宅呈分散式分布，住户之间距离较远，生活污水排放量相对较小，污水对环境影响较小。

1.1.2 村庄受到地形因素影响 部分村庄由于受到地形、沟渠、高地、水体等因素的影响，住宅多顺地势特点布局，依山而建，建筑呈分散式分布，随意性强，表面看起来缺乏规划，但实际是以某点为中心，例如池塘、谷场等。由于村庄所处地形高差较大，且沟渠较多，不利于排水管线的布置。

1.1.3 村庄道路狭窄 建筑布局相对集中的村庄内，住宅前后间距较窄，街巷不宽，路面较窄，人行通道宽度仅1～2 m；此外，大部分人行道路随建筑位置的变化而产生大量拐角，增加了管线开挖的难度。

1.2 村庄污水排放特点

根据对莱芜市农村的现场调研、分析，发现村庄水污染问题严重。农村生活污水主要包括厨房用水、厕所污水、生活洗涤用水及其他污水。日排放量变化大，集中做饭时间污水排放量大，约为平时排放量的2～3倍。COD和BOD5浓度分别为350～770 mg/L、200～400 mg/L；SS、TKN浓度分别为250 mg/L、30～40 mg/L，B/C为0.45～0.55，污水可生化性好，pH值为6～9，TP浓度为2.5～3.5 mg/L[3]。厨房用水主要包括涮锅水、洗碗水、洗菜水、淘米水等，其污水总量占生活污水总量的1/5[2]。其中，洗碗水和涮锅水中BOD、COD含量很高，是生活污水中BOD、COD的主要来源，这是农村污水中COD、BOD浓度普遍高于城镇生活污水的直接原因。农村厨房用水普遍未经处理直接排入附近沟渠或大部分直接倾倒在土地上，污染地下水。随着社会主义新农村建设，越来越多的农村住宅实现了改水改厕，开始使用抽水马桶，但仍有部分村庄仍然在使用旱厕。农村住宅厕所粪便污水通过室外无底化粪池下渗或建造室外旱厕收集还田，小部分住宅由于受到房屋前后间距较小的限制，无法建造化粪池，将厕所粪便污水排入室内厕所下的无底化粪池下渗，或未经处理直接排放到附近的排水沟渠。

2 农村污水收集模式

农村污水收集模式应根据房屋布置形式、地形、污染排放特点，以因地制宜为原则，集中收集处理与分散收集处理相结合、低成本与环境效益相结合。根据现场的调研以及对莱芜市的农村现状分析，农村污水收集模式主要有以下3种。

2.1 房屋集中式分布的村庄，采用集中收集模式

房屋集中式布置的村庄且房屋户数不低于50户的片区，考虑在村庄内铺设污水管网，污水通过集中收集后，通过氧化塘、人工湿地等自然处理技术进行污水的处理，水质达标后排放到农田进行灌溉或排入附近的水体。集中收集模式适用于房屋布局相对集中、村庄规模大、经济基础良好的村庄。集中收集处理模式具有占地面积小、污水处理程度高、出水水质标准高等优点。全村铺设污水管网每户平均费用不超过7000元[4]。

如条件允许，可将相邻的房屋相对集中布局的邻近村庄污水集中收集，就地建设污水处理设施，集中处理污水能有效降低成本。

2.2 房屋分散式布置的村庄，采用单户或联户处理排放

在我国，农村由于受到地形、沟渠、水体、桥路等因素的制约，大部分房屋布局都相对分散，相互之间距离较远，这种布局分散、规模较小、地形复杂的村庄，将各住户污水集中收集处理难度大，污水不易集中收集处理，且村庄集中铺设管网建设成本高，铺设污水管网每户平均费用超过7000元。相对于经济基础薄弱的村庄来说，建设和运行费用负担较重，实施难度大[5]。为了节约成本和降低施工难度，建议采用分散式收集模式，采用单户或联户处理排放。分散式收集处理模式根据房屋密度、地势坡度、水体、沟渠等因素划分片区，每个片区内的住户污水按照分区进行收集、处理。该模式具有施工难度低、布局灵活的优点。

2.3 管网截污收集模式

一些临近城市、房屋布局相对集中、地形平坦、管网建设难度低的村庄，为节省成本，村庄内可铺设排水管网，污水集中收集排入临近城市污水管网，由城镇污水处理厂统一处理。管网截污收集模式不需要在村庄附近建设污水处理站[6]，具有投资低、见效快、管理方便、污水处理程度高等优点，实现农村污水处理由“分散治污”向“集中治污、集中控制”的方向转变，满足条件的村庄应优先考虑[7]。

3 薛家埠村污水收集系统的设计

3.1 薛家埠村基本介绍

薛家埠隶属山东省莱芜市莱城区寨里镇，位于莱城西偏30 km处，北临孔埠村，东南临太平村，南临水北。共有315户，940人。薛家埠村是寨里镇一个自然村，地势平坦，一马平川，除北面与孔家埠接壤外，其他三面均被农田围绕，是典型的平原集中型村落，建筑布局相对集中（图1）。地形整体比较平坦，西北高东南低，利于排水。但仍存在下面问题。

3.1.1 基础设施落后 薛家埠村受传统生活习惯的影响和排污管道、污水处理场、垃圾收集、处理等基础设施建设严重滞后的制约。村内原部分污水通过村民自建排污口就近排入下游水沟内[8]，大部分污水均无合理排放，污水依然直接就地势排入周边水体，造成河流、水塘等水环境污染，严重危害了村镇生态环境。

3.1.2 环境质量低 薛家埠村存在池塘、洼地、沟渠等景观不佳问题。

3.2 污水收集与治理

3.2.1 分散污水收集系统布置 在薛家埠村的东北角、西北角、东北角存在零星分散住户，采用庭院污水收集及处理技术，将处理后的污水达标后农用或排放。

3.2.2 集中型污水收集设计 在薛家埠村房屋集中布局的片区，主要铺设排水管网，污水集中处理。

3.2.2.1 划分排水流域 在排水区界内应根据地形和城市竖向规划划分排水流域，薛家埠村属于在地形较平坦的地区，该地区地势自西向东倾斜，坡度为8‰，坡度较小。薛家埠村南北方向根据分水线划分为三个排水流域，排水流域分别定义为A、B、C（图2）。排水流域中最低标高处，作为该排水流域的集水线。

图1 薛家埠村房屋布局图Fig.1 The housing layout of Xuejiapu Village

图2 薛家埠村排水流域划分范围Fig.2 The drainage range of Xuejiapu Village

由于受到村庄常年主风向、当地地形、污水处理设施位于村庄东南方向等因素的影响，干管流向应为自西向东（图3），街道支管布置在街区地势较低一侧的道路下。

在排水流域A中，村庄主干道路l1北侧，地势自北向南逐渐降低；村庄主干道路l1南侧，地势自南向北逐渐降低；因此将L1污水管线作为排水流域集水线。

在排水流域B中，村庄次干道路l2北侧，地势自北向南逐渐降低；因此将L2污水管线作为排水流域集水线。

在排水流域C中，村庄次干道路l3北侧，地势自北向南逐渐降低；因此将L3污水管线作为排水流域集水线。村庄次干道路l4东侧，地势自东向西逐渐降低；西侧地势自西向东逐渐降低；因此将L4污水管线铺设在村庄次干道路l4上，用于收集主干道两侧的住户污水。

3.2.2.2 污水管线定线 薛家埠村属于在地形平坦无显著分水线的地区，应使污水干管在合理埋深的情况下，让绝大部分污水自流排出。综合分析薛家埠村地势，薛家埠村属于地形平坦但略向东倾斜的村庄，因此采用干管垂直于等高线的布置方式（图4）。将干管与地形等高线垂直相交布置，而主干管与等高线平行敷设。污水干管设于地势相对较低的集水线上，尽可能在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域上的污水自流排出[9]。

图3 薛家埠村集水线位置Fig.3 The location of waterline in Xuejiapu Village

图4 薛家埠村污水干管正交布置形式Fig.4 The mode of trunk sewer in Xuejiapu Village

结合薛家埠村的地形，污水主干管L5、干管L1、L2、L3、L4布置如图（图5）。

在排水流域A内，污水干管L1的北侧，地势从北向南逐渐降低，污水干管L1的南侧，地势从南向北逐渐降低。南北向红色箭头是排水流域A内污水支管的水流方向，东西向的红色箭头是污水主干管L1的水流方向。

在排水流域B内，污水干管L2的北侧，地势从北向南逐渐降低。南北向绿色箭头是排水流域B内污水支管的水流方向，东西向的绿色箭头是污水干管L2的水流方向。

在排水流域C内，污水干管L3的北侧，地势从北向南逐渐降低。南北向蓝色箭头是排水流域C内污水支管的水流方向，东西向的蓝色箭头是污水干管L3的水流方向。南北向污水管线L4水流逆坡从南向北流动，用于收集村庄次干道l4两侧农户污水。

（3）污水支管定线 污水支管采用穿坊式，污水支管穿过街坊，而街坊四周不设污水管，其管线较短，工程造价低。[10]污水支管收集污水支管两侧的住户污水（图6）。

图5 薛家埠村污水干管定线及污水干管水流方向示意图Fig.5 The location of trunk sewer and water direction in Xuejiapu Village

图6 薛家埠村污水支管定线Fig.6 the location of branch sewer in Xuejiapu Village

4 结语

根据对莱芜市农村的现场调研，结合当地村庄经济、环境条件，提出适合农村特点的污水收集模式。这种收集模式实现了管网布置灵活、投资成本低，施工难度小，为我国其他地区农村污水治理及污水收集系统的设计提供借鉴经验。

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Study on Low Cost Sewage Collection System in New Countryside——The case in Xuejiapu Village of Laiwu City

YU Yang*,WANG Jin-yan,ZUO Chang-an
College of Civil Engineering and Water Resources/Shandong University,Jinan 250000,China

Rural water pollution is becoming more and more serious,resulting in deterioration of environment.By analyzing the characteristics of rural distribution and waste water discharge in Laiwu city,this paper puts forward two kinds of sewage collection modes,which are based on local conditions,centralized collection and decentralized treatment,low cost and environmental benefits.This paper elaborates on the low cost sewerage system suitable for the new rural features,and provides reference experience for the design of rural sewage treatment and sewerage system in other areas of China.

Low cost;new countryside;sewage collection mode;sewage collection system

X703

A

1000-2324(2017)05-0736-04

2017-08-01

2017-08-09

“十二五”国家科技支撑计划课题:低成本村镇基础设施与环境建设技术研究与示范(2014BAL04B05)

于 洋(1933-),女,硕士,助理研究员,主要从事城乡规划研究工作.E-mail:617102948@qq.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:617102948@qq.com