通州区农村生活污水治理的思考与实践

2021-04-29张运山

水资源开发与管理 2021年4期

张运山

(中电建路桥集团有限公司，北京 100048)

1 工程概况

通州·北京城市副中心水环境治理(漷牛片区)PPP建设项目(以下简称通州项目)位于北京市通州区境内，片区面积约为139km2，包含22条沟、河，遍布85个村。通州项目旨在通过完善污水管网系统，加强水系循环连通、滨水生态岸线建设等，消除片区内水体黑臭，提高河道自净能力，确保河道沟渠满足防洪排涝要求，最终实现区域水清、岸绿、村美，增加副中心生态环境效益，助力北京副中心城市的建设。

2 农村生活污水治理存在的问题

近几年来，通州区人口暴增，而城市基础设施建设速度严重滞后，不能满足城市污水收集和治理需求，乡镇和村庄大部分地区未建污水处理设施，排水管网不完善，大量污水得不到处理，直接排入河道，造成水体水质黑臭，对人民群众生活环境产生极大影响。根据查阅相关资料结合本项目实际调研情况，平原地区农村生活污水普遍存在以下问题：

a.污水处理设施正常运行率较低。很多农村地区尽管建设了污水处理设施，但是由于各种原因运营困难，导致污水处理效果低下。

b.污水收集管线不完善，污水直排。由于北京郊区乡镇飞速城市化，乡镇前期规划不够系统，并且受经济因素的制约，许多地方只建设重点区域的截污管线，而未建设覆盖全区域的市政截污管网，导致未建设截污管网的村庄生活污水、工业废水直接排入沟渠河道，造成沟渠水体污染，引发水体黑臭。

c.污水处理模式不清晰，工艺不适合。我国农村分布总体呈三类特点：单户分散、乡镇村落集中分布和临近城区分布。在这种社会环境下，农村生活污水处理模式也分为三种类型：分散处理模式、村落集中处理模式和纳入城镇排水管网模式[1]。对应的治理模式分别为单村建站模式、联村建站模式和城镇带村模式。由于污水处理模式不清晰，导致一些污水处理站无法发挥效益。

d.长效管理机制缺失，亟须健全。农村地区生活污水处理设施稳定运行的长效机制还未最终形成。农村地区是我国环境保护的薄弱环节，基础设施落后、监管力度不够、不良传统习惯和环保意识薄弱，使农村污染不能得到及时有效控制。

e.沟渠淤泥垃圾堆积，流水不畅。通州区处于平原地区，河道沟渠众多，纵横交错，虽然大小河流和城市河道发达，但是河道沟渠缺乏维护，沟内淤泥淤积，生活垃圾、建筑垃圾随意倾倒在沟渠中，导致沟渠排水不畅，部分沟段常年积水，水质黑臭。

3 农村生活污水治理实现绿色发展的思考与实践

鉴于目前农村生活污水治理中存在的诸多问题，解决问题的关键在于在项目启动时，应该全局把控项目的技术设计、施工质量，将技术与工程实施有机结合起来，坚持以绿色发展理念作为指导思想。

3.1 规划设计阶段

3.1.1 设计引领环保达标

设计工作对项目的引领作用除了项目建设期外，还表现在项目的运维阶段。从全生命周期的角度开展设计，主要从村内收集管网、污水处理站建设及达标运行和联村污水管网建设运行等方面综合考虑，分析不同建设模式的经济、技术合理性，同时考虑建设、运营难易程度等因素，对单村建站、联村建站污水治理模式进行分析研究。由于片区未涉及城镇带村的治理模式，故在此不对其进行分析。

单村建站模式是将村庄污水通过污水管线接入一个或两个污水处理站处理。该模式的优点是不需要建设联村收集管线。其缺点是污水处理站数量多、污水站处理能力小、抗冲击能力差、来水量变化大、管理难度大、吨水建设成本较高、运营成本相对较高。

联村建站模式是将几个村庄的污水通过污水管道收集到一个污水处理站处理。该模式的优点是几个村庄只需建设一个污水处理站，处理水量有保障，污水处理站便于运行和管理，吨水建设成本较单村建站低，运行成本较低。缺点是需建设联村管线，此方案适用于距离相对较近的村庄。

总体上，污水处理厂站规模越大，相应的工程建设投资、运维成本越低，常用治理模式分析比较见表1。

表1 常用农村污水治理模式分析比较

通州项目进场后，组织设计单位、施工单位开展了大量具体工作，包括对片区水质水量的分析，区域污水处理模式的调查等。经过调查发现，项目所在地区污水处理设施为单村建站，规模很小，且部分污水处理站进水极不稳定，运营困难。因此引入了全生命周期的评价模式，首先对每村污水治理工程进行全寿命周期经济测算；其次在全生命周期情境下，建立含有技术可靠性、运营经济指标、施工难易程度、管理难易程度、政府意愿、土地供应难易程度等多个指标的指标体系，由专家对上述各个指标进行打分，得到每个指标的权重；最后，建立模型对联村和单村两种模式进行分析和决策。

项目经济测算应建立在全寿命周期成本有效性分析的基础上，综合考虑规划设计、建设、运行维护直至最终报废的整个寿命周期的全部成本。主要包括建设阶段的安装工程费、设备购置费、基本预备费；运维阶段的能耗、维护费用、药剂费用、人工费，以及更新改造产生的材料费、机械费、净残值等进行全生命周期费用分析。通过模型分析，联村建站的污水处理模式充分利用了污水处理站的规模效应，能合理降低全生命周期成本，切实提高未来运维目标的可达性，确保运维目标的实现。综上，采取联村建站的污水处理模式开展农村生活污水治理，可以确保项目建设节约投资，项目建成后能够持续正常运营，有效改善当地水环境质量，为当地经济提供了可持续发展的空间。

3.1.2 片区统筹促衔接

通州项目覆盖两个乡镇，共含有4个子项目，分别为黑臭水体治理工程、农村生活污水治理工程、城南水网建设工程、港沟河治理工程。实际上，4个子项目就是外源截污、内源清淤、水质净化、清水补给、生态修复的技术体现。其中农村生活污水治理工程、黑臭水体治理工程实施外源截污、内源清淤措施，城南水网工程、港沟河治理工程实施水质净化、清水补给、生态修复技术措施。项目由于涉及的河道沟渠规模较小，可以借鉴小流域治理思路。在全面结合区域规划的基础上，合理布置各个子项目的建设内容，使之互相协调、互相促进，形成综合的防治措施体系，有利于项目未来20多年的运营管理。

由片区统筹各个子项目的设计工作，有利于各项目之间的衔接，完整发挥功能，节约时间成本，避免重复劳动，保证工作效果，提高工作效率和经济效益。如在河道清淤、截污管线建设后，为了河道的运行维护管理，在城南水网工程设计阶段时，要求在河道上口处设计1.8m高的围栏，一方面，让居民产生明显的界限感，结合宣传能有效减少居民往河道扔垃圾杂物；另一方面，可以一定范围内减少岸边树叶漂浮物入河，有效防止边治理、边污染的现象发生，保证河道治理效果。

基于片区139km2的区域，借鉴小流域治理的概念，统筹黑臭水体治理、河道沟渠整治及生态修复。在水量水质得到保证的前提下，进而逐步恢复植物和水生动物多样性，营造近自然的河流环境，增强河流水生态系统功能，建立健康和谐的水生与河滨生态系统及宜人的河流水景观，满足周边镇区群众对自然、舒适、和谐的生活环境的基本需求。

3.1.3 织网成片补短板

所谓“织网成片”，是基于整体把握片区项目的情况下，以逐步完善通州项目片区的管网体系为重点工作。“织网成片”的出发点是基于对《北京市农村污水处理和再生水利用项目实施暂行办法》的解读，也是运维工作的提前布局。根据《北京市农村污水处理和再生水利用项目实施暂行办法》，污水处理站的建设投资全部由社会资本出资，且有严格的达标考核；截污管线建设资金的30%由政府补贴。分析现有污水处理设施闲置的原因，主要是污水收集管网不完善、污水收水量不足导致不能持续运营，通州项目也存在该风险。解决该问题的关键在于完善管网。基于上述分析，片区提出“织网成片”的思路，建设“管网大体系”，建设集中的污水处理站。

具体做法是，在黑臭水体治理工程中，将片区整体主干管建立完毕，并在农村生活污水治理工程中，进一步完善该体系，再通过农村生活污水治理工程(第二批)将污水收集管网更进一步深入村庄，加强对污水的有效收集。根据目前通州区的整体规划，下一步就是各乡镇开展美丽乡村建设，进村入户的支管系统也将逐步建设，最终汇入项目所建设的主干管线，减少了未来通州项目所建设的污水处理设施因为水量不足产生的风险。因此，“织网成片”有效降低了未来运维风险，弥补了水量可能不足的短板。

3.2 施工阶段

施工阶段质量控制是未来运维的重要支撑，在此阶段运维管理也应该加以重视，自始至终关注施工质量，有利于未来运维工作的统一部署[2]。施工质量控制要点主要为排污口的调查和接驳、严格按照规范开展功能性试验，并根据施工过程信息建立运营管理的重点难点台账。

3.2.1 排污口溯源反复查

众所周知，河道沟渠受污染主要是工业企业污水和生活污水违法排放进入河道沟渠所致。通过近期的环保督察可以看出，排污口的治理是水环境治理的关键一环[3]。所以针对河道沟渠的排污口进行追踪溯源，建立排污口监测系统尤为重要。

通州项目在不同季节开展了排污口大调查。在设计阶段，监测系统组织设计院对片区23条现有河道、沟渠反复踏勘，统计、定位排污口，对排污口水质、水量、流态等进行详细记录，形成约910个排污口的信息数据，并在设计阶段纳入施工图纸中，有效帮助后续施工过程中高效接驳，将污水汇入污水处理站处理达标后排放，符合绿色发展相关要求。在施工阶段，根据排污口台账逐条沟渠进行调查，要求将排污口接入污水管线。在截污管线验收前，各部门根据台账进一步开展检查工作，以防排污口遗漏。只有详细掌握排污口的分布情况，才能做到有的放矢，加强管理。

3.2.2 严格规范功能性试验

在水环境治理项目中，功能性试验涉及的结构部位主要包括截污管线、检查井、提升泵站、污水处理站等。严格按照规范开展管道水压试验、闭水试验、水池满水试验、设备单机试车、联动试车等，把控好各个环节质量。

3.2.3 运维重难点建台账

运维工作应该从设计阶段开始介入，针对施工图的情况，提出有利于运维管理的意见和建议。根据现场施工环境条件，逐步建立项目运维管理台账，统计项目运维过程中可能的重点难点。

水环境治理项目运维管理的重点是污水处理站达标运维，这也是风险点所在。另外，针对河道上游来水、区域的重点排污企业、倒虹井、沉泥井、截流井、支流汇入处、提升泵站等设置重要监测点，实时监控重要监测点的水质水量等情况，制定应急预案。经过一定时间运营后，逐步完善重难点台账及相应的应急预案。

4 农村污水单村和联村治理模式选择案例分析

4.1 村庄基本情况介绍

本案例选取通州区A庄、B庄、C庄、D庄、E庄、F村6个村作为典型村庄进行建设运营成本核算，村庄人口及户数情况见表2。

表2 村庄人口统计

4.2 村庄治理模式比选

结合实地测绘勘察和走访调研，从村内收集管网、污水处理站建设运行和联村污水管网建设运行等方面综合考虑，以A庄等6个村庄单村建站方案和联村建站方案进行分析。

4.2.1 单村建站设计方案

按每村建1座污水处理站考虑，根据村庄人口及供水定额计算6个村污水处理站建设规模，其中A村建设150t/d，B村建设100t/d，C村建设250t/d，D村建设250t/d，E村建设150t/d，F村建设150t/d，设计总规模为1050t/d。为实现上述6个村庄的污水不横流，需建设村内管线64.5km，建设村外管线1.8km。

4.2.2 联村建站设计方案

按6个村共建1个污水处理站考虑，污水通过重力流联村截污管线收集到地势较低的地方，建设联村污水处理站，设计规模1050t/d，需建设村内管线64.5km，建设村外管线3.3km。与单村建站相比，建设的污水处理站少，一个片区只需建设一个污水处理站，减少了建设成本，节约了建设时间，处理水量有保障，运行成本较低，有利于长期稳定运行和管理，保证了现在和未来的治理效果，有利于改善当地环境，促进当地经济可持续发展。

4.2.3 建设运营成本分析

以23年运营期对单村方案和联村方案的建设运营成本进行分析，单村方案建设总成本8685万元，运营总成本16285万元，总计24970万元。联村方案建设总成本8732万元，设计运营总成本15221万元，总计23953万元，相比单村建站，节约成本1017万元，有效提高了经济效益。

4.3 治理模式比选结果

经过经济、技术分析比较，A、B、C、D、E、F村适宜采用联村建站的模式开展农村生活污水治理。目前，已经根据联村方案，建设完成污水处理站。

根据以上6个村的单村治理模式与联村治理模式建设运营成本分析，联村治理模式的建设运营总成本远低于单村治理模式的建设运营总成本，故在平原地区村庄人口相对密集地区联村治理模式更为经济合理。

5 污水治理联村建站模式下效益分析

5.1 生态环境有极大改善

通过河道沟渠清淤工程、截污管线工程以及联村建设污水处理站的实施，极大地增加了区域的生态环境效益。

首先，清淤工程有效削减因生活垃圾排放、污水排放、人畜粪便、河道底泥、农田固废、农田径流、水土流失等产生的污染负荷，片区沟渠水质状况将明显好转。其次，“联网成片”后的污水收集管网，将区域内村庄外围及沟渠沿线的排污口产生的污水接驳进入管网，最终进入到联村的污水处理站中得到有效处理。截污管线拦截了进入河道的污染物，净化了水质，控制断面的COD、TN、TP等污染物负荷都得到大幅消减，水生生物生境逐步恢复，极大地改善了区域的生态环境，生态效益得到体现。

5.2 社会和经济效益增加

本项目农村生活污水治理工程的实施，直接和间接地增加了区域的社会和经济效益。

在直接效益方面，通过完善管网建设，采取联村的污水处理站，能直接有效地恢复区域内水体的生态功能，改善水质。再配合后续城南水网建设工程的实施，能美化周边环境，提高河道沟渠的生态景观效果，为流域水资源的综合开发利用、人与自然和谐统一，以及流域内各区域国民经济的可持续发展，提供了有力保证。在一定程度上缓解了流域污染现状，根除了流域污染存在的隐患，减轻了流域水环境容量对国民经济可持续发展的制约，为加快城市化进程和中心城区的产业转移提供了良好的生态条件，有效地增加了区域内的社会和经济效益。

在间接效益方面，其表现形式如下：

a.可减少各工业企业分散进行污水处理所增加的投资和运行管理费，减轻企业负担，有效改善营商环境。

b.通过污泥成分分析，根据污泥的不同特征将污泥进行堆肥、制造水泥、制砖等，充分对资源进行循环利用。

c.水污染可能造成粮食作物、畜产品、水产品的产量及质量下降，造成经济损失，而对污水有效处理之后，减少了该部分损失。

d.水污染会造成人的发病率上升，医疗保健费用增加，劳动生产率下降等。通过联村建设污水处理站，完善区域管网体系，减轻河道污染负荷，也将极大地改善人居环境。

5.3 区域水资源得到补充

通过“织网成片”完善区域管线，同时联村建设污水处理站，能集中有效地对区域内污水进行处理，并且污水处理站中水可对沟渠进行补水，增加区域内部水资源的循环利用能力，使片区增加供水量，保证河道沟渠的生态景观需求。而且，“织网成片”有效降低了未来运维风险，弥补了水量可能不足的短板。截至目前，污水处理站对沟渠河道补水水量可达到6000m3/d。