长春新区农村生活污水污染负荷计算及治理措施研究——以长德经济开发区为例

杨婧，吴兴晨，孙述海

长春工程学院，吉林 长春 130021

0 引言

一直以来，农村生活污水治理就是国家政策的重点关注方向，国家先后出台了很多相关政策，如2018、2019年先后颁布了《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》《农村人居环境整治村庄清洁行动方案》《关于推进农村生活污水治理的指导意见》等。加强农村生活污水的收集、处理和资源化利用，是农村水环境改善迫切需要解决的问题，也是乡村振兴战略的重要内容[1]。此次研究区为长春新区长德经济开发区，分析该区域农村生活污水现状并总结其特点，对污染物负荷量进行预测，因地制宜筛选出适合该地区的农村生活污水治理措施，为农村地区生活污水处理设施建设提供科学的参考依据。

1 项目区域概况

长德经济开发区隶属长春新区，位于长东北开放开发先导区的核心位置，哈大经济走廊与长吉城市群的交叉地带，距长春市中心直线距离20 km，距龙嘉机场直线距离15 km，位于长春半小时经济圈内。

图1 研究区范围图Fig.1 Map of the study area1.居民区；2.公路；3.河湖水系；4.研究区

长德经济开发区属于中温带大陆性季风气候区，季节变化明显，冬季干冷漫长，夏季温热多雨，春季干燥多风，秋季凉爽。多年平均温度4.9 ℃，年极度最低气温为值-39.92 ℃，年极端最高气温值39.82 ℃，多年平均日照时数为2 580.8 h。多年平均降水量(1915～2005年)为520.13 mm，全年无霜期114 d。

长德经济开发区位于饮马河一级支流雾开河流域中游地区，行政边界右边界濒临饮马河一级支流雾开河，境内有饮马河二级支流干雾海河从南至北穿境而过。

2 农村生活污水现状分析

2.1 农村生活污水种类

2.1.1 厨余污水

厨余污水的主要杂质为清洗果蔬产生的菜叶、泥沙等以及清洗肉类产生的油脂组成的[2]。约占污水总量的15%～20%。淘米后也有一定的有机物残留物，而随着农民收入水平的上升，鱼虾肉类是家庭常见的菜肴，加上油脂的大量使用，也增加了污水中动植物脂肪、钠、醋酸、氯、碘等元素的含量。

2.1.2 沐浴、洗涤污水

主要来源于生活中洗衣、沐浴、洗漱用水等。该类污水在生活污水中的比例最大，约占50%～60%，含有的污染物比较少，不含有毒物质，对环境的危害比较小，稍微处理后就可以排放，或可以二次利用。但因为洗衣粉中含有磷，所以增加了污水中磷的负荷。

2.1.3 厕所污水

是生活污水中的主要污染物，约占25%左右，其中氮、磷、重铬酸盐指数比较高。现阶段人畜粪便很多不经过处理直接排入河道，是污水中污染物的主要组成。

2.1.4 养殖污水

主要指畜禽养殖、水产养殖和家庭作坊农产品加工等所产生的，与之前三类污水混合在一起无法分流的污水。大概占5%～10%，其成分类似厕所污水，可能还含有一些病源微生物和寄生虫。

2.2 农村生活污水特征

农村生活污水较为分散，且缺少收集设施，随着雨水的冲刷，地表径流至河道、湖泊、沟渠、池塘、水库等地表水体、土壤水和地下水体，其中有机物含量大是其主要的特点。目前，长春新区农村污水存在以下几个特点：

(1)点多、面广、规模小：村庄分散，集中统一供水的成本和难度较高，单村供水工程是主要供水设施。

(2)污水来源构成复杂：农村生活用水来源分为自来水、井水、河水。农村地区的洗衣用水、洗浴、冲厕普遍使用井水，产生的污水直接汇入河道。除日常生活污水外，养殖废水以及厨余污水等也是污水的重要组成部分。

(3)用水地域差异性较强：经济较为落后的农村，由于人口居住分散，常住人口少，水量相对较少，产生的生活污水量也较小，缺少污水处理设施；而经济较为发达的农村地区，三格化粪池、污水收集池等处理设施已经逐年完善，污水随意泼洒的现象正在逐年减少。

(4)水量波动大、水质变化大：居民生活规律相近，导致农村生活污水集中在早上6：00～8：00、中午11：00～12：00、晚上6：00～8：00三个时段排放量大，夜间排水量小，晚9：00以后甚至可能断流，水量变化非常明显。

2.3 水质特点

生活污水含纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等有机类物质，还含有氮、磷等无机盐类、多种微生物和多种病原体。由于生活污水中污染物以有机物为主，同时生活污水还含有许多微生物，对有机污染物进行分解，因而生活污水是不稳定的、易生物降解的和易腐烂的，如果不经处理直接排放到环境中会引起环境的污染。农村生活污水水质的主要特征是：

(1)农村生活污水污染物浓度低，排放面积广。

(2)大部分农村生活污水的水质相差不大，水中基本不含有重金属和有毒有害物质，含有一定量的氮、磷，氨氮含量偏高，水质波动大，可生化性强。

(3)不同时段的水质不同。

(4)厕所排放的污水水质较差，但可进入化粪池用作肥料。

(5)污水水量和水质在时间上体现出非均匀性，在水质上体现出不稳定性[3]。

2.4 水量特点

因生活习惯、生活方式、经济水平等的不同，长德经济开发区农村生活污水的人均排放量和排放水质差异较大。农村生活污水排放水量主要有如下几个特点和问题：

(1)污水水量存在差异。各村经济条件、常住人口和生活习惯不同，生活污水排放量差异较大。

(2)日变化系数较大。农村生活污水的日变化系数较大，排放量的峰值一般出现在早晨、中午和晚上三个时段，在这些时间段中，居民的家庭活动往往比较集中，用水量也相对较大，污水中的氮、磷等主要污染物浓度的峰值也随之出现。而在其他的时段，尤其是午夜至清晨这段时间，由于用水量的大幅减少，致使污水量很小，甚至出现断流。污水的排放量随季节变化表现为夏季水量较多，冬季较少。与排放量相反，主要污染物如化学氧量、总氮和总磷的浓度变化，则为夏季较低，冬季较高。同一地区农村污水流量日变化系数一般为3.0～5.0，间歇性排放明显，季节性排放更为明显。

2.5 污水排放特点

总体来说，农村生活污水排放特征以粗放型排放为主，显著特点是间歇性排放、呈不连续排放方式，大部分均采用随意排放[4]。

(1)长德经济开发区农村人口居住比较分散，特别是目前农村外出务工人员比较多，常年在农村居住的主要人群是老人、妇女与儿童，所以农村生活污水集中排放量并不很大。大部分村未建设生活污水处理设施及污水收集管网，少数建有集中式生活污水处理设施的村屯，也因设计、施工等方面原因而未达到预期治理目标，存在运行不正常导致超标排放或停运的现象，因此大部分自然村排出污水的污染还是比较严重。

(2)农村排污有一定的规律性。主要集中在上、中、下午用餐前后，这一期间洗涤、厨房排水比较多；早晚排放量比白天大，夜间排放比较少；春节前后、节假日排放量比日常大。

(3)存在生产废水排放的村污水量大、成分复杂、处理难度大的特征，偶有污水处理设施超标排放的现象。农村建设及规划变更较快，部分现有治理设施已跟不上村庄发展速度，部分污水得不到有效预处理，给建成的污水处理设施带来冲击与治理难度。

3 污染负荷量预测

其中兴顺村、跃进村、四家子村、五家子村、梁家村和天吉村人口已搬迁至城镇，生活污水统一纳入柏林水务污水处理厂。因此此次农村生活污水污染负荷量不对上述6个行政村进行预测。

3.1 农村人口预测分析

根据《吉林省2018年国民经济和社会发展统计公报》公布的数据，2018年吉林省人口自然增长率为0.36%，结合长春新区各城镇总体规划，按照人口年均增长率0.4%，基准年为2019年，预测长德经济开发区各行政村近期(2025年)、远期(2035年)农村人口数量(表1)。

根据人口综合年均增长率预测人口规模，按下式计算：

Pt=P0(1+r)n

式中：Pt——预测目标年末人口规模；

P0——预测基准年人口规模；

r——人口年均增长率(根据历年统计数据算出)；

n——预测年限。

表1 长德经济开发区农村人口预测表

3.2 农村生活用水定额及用水量预测

长德经济开发区隶属长春新区，长春新区人均用水量、万元GDP和万元工业增加值用水量均低于长春市平均水平，整体用水效率较高。根据《用水定额》(DB 22/T389—2019)，结合东北地区农村居民生活用水量及现场实际调查，生活用水量按表2定额。

表2 农村生活用水定额

根据《长春新区总体方案水资源论证报告》相关内容，2020年长春新区农村居民生活用水定额为90.0 L/人·天。随着新区内生活水平的不断提高，用水定额将呈现出较明显递增的趋势，结合长春新区发展的实际状况，预计2025年、2035年长德经济开发区农村居民生活用水定额为100.0 L/人·天，120.0 L/人·天(表3)。

表3 长德经济开发区农村居民用水量

3.3 污水排放系数

根据《农村生活污水处理技术标准》(GB/T51347—2019)、《用水定额》(DB22/T389—2019)，设计污水量应根据所纳农户实际产生的废水水量确定，可按用水量的80%～90%取值，并充分考虑建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素。对于农村居民生活污水，进入排水系统的污水量很大程度取决于供水的用途与污水收集的完善程度，以及常住人口与户数的匹配度。2025年此值取0.8，2035年取0.85。

3.4 污水量预测

预计2025年、2035年新区农村居民生活用水定额为100.0 L/人·天，120.0 L/人·天。根据表3已预测出的长德经济开发区农村居民用水量(m3/d)，污水排放系数2025年取值0.8，2035年取值0.85，由此可预测出2025年与2035年农村生活污水量。各行政村污水产生量详见表4。

表4 长德经济开发区农村生活污水量预测表

3.5 污水水质状况及主要污染物负荷量预测

依据《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB22/ 3094—2020)，当农户未设置化粪池时，可按表5的数值确定。

表5 农村居民生活污水水质参考值

根据长德经济开发区农村生活污水组成情况，考虑污水治理工程的远期处理能力及未来发展规划，最终确定农村生活污水水质，并根据该水质指标和预测水量计算污染负荷量。其中，动植物油排放浓度限值仅针对农村旅店饭馆、农家乐的生活污水处理设施(表6、表7)。

表6 农村生活污水水质指标

表7 长德经济开发区农村生活污水污染负荷预测表

4 农村生活污水治理措施研究

污水收集治理工程主要建设内容包括污水收集系统及处理系统[5]。

4.1 污水收集系统

根据《吉林省农村改厕和生活污水处理技术导则(试行)》相关要求，农村生活污水收集系统可分为进户收集系统、分散收集系统和集中收集系统。

4.1.1 单户收集系统

单户收集系统污水量一般不大于0.5 m3/d，服务人口5人以下，服务家庭户数1户。化粪池上清液、厨房、洗衣洗浴间污水收集排至户用污水处理系统图2。

4.1.2 分散收集系统

分散收集系统污水量一般不大于5 m3/d，服务人口50人以下，服务家庭户数2～10户，污水处理设施可在村中建设污水处理设施，也可通过罐车抽运至污水处理设施；在单户收集系统基础上，将各户的污水用管道引至污水处理设施(图3)。

图3 分散式污水收集系统示意图Fig.3 Schematic diagram of distributed sewerage collection system

4.1.3 集中收集系统

集中收集生活系统为10户以上收集系统，污水量在5～150 m3/d 之间，服务人口50～1 500人，服务家庭户数10～300户，污水处理设施布置在村落中；在单户收集系统基础上，将各户的污水池用管道引入或罐车抽运至污水处理站进行集中处理，与分散收集系统相比，污水池或罐车所收集运输的污水量更大。

根据长德经济开发区的实际污水收集系统建设需求，依据行政村的规划方案以及村内每户的实际人数及农改厕情况，采用单户收集系统、分散收集系统和集中收集系统相结合的方式，在村内规划建设三格化粪池。

4.2 污水处理系统

本次规划涉及农村主要分布在长德新区北部，各个村区域类型差异较大，所以农村污水治理方案应根据各个农村特点进行分类并提供针对性方案。综合考虑长德经济开发区农村地区的经济水平、地质地势、污水水质情况、水质要求、后期维护管理等各方面情况，并结合现有设施各处理工艺的运行效果等，在现有设施的基础上，根据现场条件，优先采用纳厂处理；按分户处理，主要依托农改厕化粪池；按村庄集中收集处理，推荐采用一体化污水处理设备、人工湿地、稳定塘这三种处理工艺(表8)。

表8 所选农村生活污水处理工艺比较

4.3 农村生活污水治理方案

根据上述污水收集系统及污水处理技术工艺的选择，综合考虑长德经济开发区近期拆迁计划、措施的持久性等因素，针对研究区内各村屯实际情况，明确相应的各村屯农村污水治理方案(表9)。

表9 长德经济开发区各行政村治理方式汇总表

5 结论

北方农村大部分地区排水管网不完善，缺乏有效的排水措施，导致大量生活污水得不到处理，直接排放到房屋前后的河道和沟渠中，污水中的污染物在大气降雨、地表径流的作用下向附近的受纳水体运移，从而造成地表水体的污染。因此，在对农村生活污水进行治理时，应先分析农村生活污水的种类，水质、水量特征，污水排放特点，对主要污染物的污染负荷量进行预测，再结合各行政村所在的地形地势特点、经济发展水平等因素，提出有针对性的、有效可行的污水治理方案。