“濁流變清溪”鄉(xiāng)村生活污水處理與景觀營造研究
——以都江堰市欣禾村為例

陳 娟 孟憲超 羅佳妮 黃 筑 劉慶瑩

（西南民族大學(xué)，四川 成都 610041）

目前，在鄉(xiāng)村振興的大背景下，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，農(nóng)民生活水平在不斷提高。但是，農(nóng)村環(huán)境建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同步，其中水環(huán)境污染問題尤為嚴(yán)重。我國大部分農(nóng)村地區(qū)生活污水處理方式是通過地面蒸發(fā)達(dá)到消除。2018第四屆環(huán)境施治論壇中有數(shù)據(jù)表明，與城市、縣城相比，鄉(xiāng)村污水垃圾治理相對緩慢，污水處理和垃圾點(diǎn)等相關(guān)環(huán)境基礎(chǔ)配套設(shè)施嚴(yán)重滯后。其中，區(qū)域之間也存在公共服務(wù)不均衡的現(xiàn)象。例如，東部地區(qū)污水治理率達(dá)到34.1%，中部地區(qū)達(dá)到13%，而西部只有12.4%。據(jù)不完全統(tǒng)計，2015年城市污水處理率達(dá)90%，縣城達(dá)85%，而農(nóng)村只有25%。國家在污水處理上多建設(shè)大量的污水處理廠，但其運(yùn)行面臨經(jīng)費(fèi)高、實(shí)施困難、技術(shù)人才稀缺的難題，導(dǎo)致污水處理廠運(yùn)行效果不佳。預(yù)測2020年農(nóng)村污水處理投放金額200多億元，2020年污水處理率相較2014年會增長20%左右，可見國家對鄉(xiāng)村污水處理的重視度在逐日漸增加。此時，尋找與鄉(xiāng)村實(shí)際相結(jié)合的污水治理方法顯得十分重要。近年來，對鄉(xiāng)村污水治理的研究大多集中在生物工程方向，沒有考慮污水處理設(shè)施和鄉(xiāng)村人居環(huán)境的結(jié)合。因此，本文通過河道景觀建設(shè)，充分利用植物吸附污染物、凈化水體的特點(diǎn)，將鄉(xiāng)村水污染治理與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)相結(jié)合，為建設(shè)生態(tài)宜居的美麗鄉(xiāng)村提供借鑒。

1 鄉(xiāng)村生活污水處理研究

國內(nèi)關(guān)于鄉(xiāng)村生活污水處理的研究方向?yàn)檎託?、生物工程方面，浙江省等試?yàn)點(diǎn)也出現(xiàn)了人工濕地、穩(wěn)定塘和土壤滲濾等具體技術(shù)的實(shí)踐。近些年，有學(xué)者提到污水治理過程中美化、景觀化和因地制宜的方法。例如，王影等提出“臨界景觀構(gòu)建法、空間結(jié)構(gòu)構(gòu)建法、景觀要素構(gòu)建法”3種景觀形態(tài)構(gòu)建方法，并以興凱湖流域人工濕地景觀規(guī)劃設(shè)計為例進(jìn)行了驗(yàn)證［1］。但是，目前針對鄉(xiāng)村尺度上的鄉(xiāng)村景觀、鄉(xiāng)村文化與生活污水治理相結(jié)合的方法和例子還不多。我國農(nóng)村常用生活污水處理工藝技術(shù)見表1。

國外研究上，韓國、日本和德國等都提出了相關(guān)鄉(xiāng)村污水處理方式，并不斷完善形成體系。特別是日本高度重視鄉(xiāng)村污水處理，他們的生活污水處理系統(tǒng)基本達(dá)到全國覆蓋，并針對污水治理出臺了一系列法律法規(guī)。德國PKA濕地技術(shù)利用介質(zhì)層和濕地植物兩大系統(tǒng)共同營造的凈化系統(tǒng)（如圖1所示），在適用場地范圍上可大可小，解決了居民分散、難建集中式污水處理廠的問題［2］，且技術(shù)投資少、建設(shè)管理方便、運(yùn)行費(fèi)用低，適合在鄉(xiāng)村運(yùn)用。

2 都江堰市欣禾村基本概況

欣禾村位于四川省都江堰市大觀鎮(zhèn)東北部，東有S106線穿境而過，周邊5 km內(nèi)有街子古鎮(zhèn)、熊貓樂園等已開發(fā)的旅游項目，部分周邊村落也借助本地資源開展了漂流等旅游項目，如圖2所示。全村幅員面積336.13 hm2，共2 767人。村莊內(nèi)新老建筑混合排布，有幾座廢舊無人居住房屋仍未拆除。周邊5 km內(nèi)包含13座污水處理廠，分布情況如圖3所示，其中距離欣禾村最近的是村子之外的大觀鎮(zhèn)處理廠，村莊污水大部分無系統(tǒng)就近排出。村莊內(nèi)主要幾處河流水面上有較多漂浮物，水體透明度低，有臭味，河床附有絮狀物。

表1 國內(nèi)農(nóng)村常用生活污水處理工藝技術(shù)

圖1 PKA人工濕地平面示意圖

圖2 欣禾村建筑、河流、駁岸現(xiàn)狀圖

圖3 附近污水廠分布圖（作者自繪）

欣禾村地勢平坦，年均氣溫15.2℃，降水量充沛，年均近1 200 mm。村莊氣候怡人，適合許多濕地植物和農(nóng)作物生長。植物包括蘆葦、香蒲、珙桐、高山櫟以及竹等。欣禾村水源源自岷江河支系泊江河，村內(nèi)河流位于其中上游位置。河流下游連接著人口較密集的村莊，村內(nèi)河流分布在房前屋后，大小走向不一，寬度3～8 m不等，深度普遍在50 cm左右。駁岸主要分硬質(zhì)水泥、自然石和自然駁岸3種。

3 都江堰市欣禾村污水類型及特點(diǎn)

3.1 生產(chǎn)污水

村莊內(nèi)有泡菜加工廠和養(yǎng)殖廠，村南邊緊鄰一個造紙廠。生產(chǎn)污水分布集中，其中含有COD、BOD、SS等污染元素，如表2所示。污水需要通過相關(guān)專業(yè)污水設(shè)備處理，絮凝沉淀等一般的物化處理工藝達(dá)不到出水標(biāo)準(zhǔn)。

表2 污染源污染元素及特點(diǎn)

3.2 生活污水

當(dāng)?shù)鼐用衽欧诺拇罅可钗鬯?，包含農(nóng)藥殘留物和農(nóng)民養(yǎng)殖的牲畜排泄物，其中氮磷元素富集。村莊沒有固定的排放口及管道，污水分布散亂?，F(xiàn)場調(diào)研分析可知，欣禾村生活污水具有兩大特點(diǎn)，并分析了其產(chǎn)生的原因。

3.2.1 污水總量巨大，水量波動大。據(jù)調(diào)研，欣禾村每家的生活污水有排入旱廁和直接排入河道2個途徑。其中，排入旱廁的只有沖廁用水和牲畜的排泄物，日常生活用水則直接排放到河道中。按照欣禾村村民的生活水平來看，人均生活用水量已遠(yuǎn)超有完善污水處理系統(tǒng)的城市居民人均生活用水量。如果以100 L/d/人計算，全村每日污水量約270 t，加上工廠的污水排放量，如此數(shù)量的污水未經(jīng)處理直接排放到河道中，對河水造成的污染是巨大的。養(yǎng)殖戶間隔性地沖刷養(yǎng)殖圈，也會使污水的排放量不均勻，排放時間也不固定。村鎮(zhèn)污水的產(chǎn)生主要集中在每天早中晚，并呈現(xiàn)節(jié)假日水量大、工作日水量小的情況。加上欣禾村降雨量的季節(jié)性差異，也會導(dǎo)致水量不穩(wěn)定。

3.2.2 分布廣且散亂。欣禾村沒有鋪設(shè)污水管道，污水不能得到集中處理。除了安置小區(qū)外，污水從各個小溝渠排入河流，每家農(nóng)戶間隔較遠(yuǎn)且分布散亂。大塊建筑聚集地之間距離最大為四五百米，最短則只有幾十米，造成相應(yīng)每段河流的情況各不相同。

4 鄉(xiāng)村生活污水處理對策

鄉(xiāng)村污水無組織或合流制排放形式，決定了處理鄉(xiāng)村生活污水的同時要考慮鄉(xiāng)村生產(chǎn)污水的處理。所以，欣禾村的污水處理應(yīng)采用人工濕地處理技術(shù)，并結(jié)合相關(guān)適量污水處理設(shè)備。污水處理設(shè)備用來應(yīng)對鄉(xiāng)村生產(chǎn)污水，人工濕地系統(tǒng)應(yīng)對大部分生活污水和雨水沖刷帶來的徑流污染。不同方案之間形成點(diǎn)、線、面的框架，與村莊內(nèi)不同場地和人的需求相聯(lián)系，通過植物種植、地形改造、景觀小品的設(shè)計等，實(shí)現(xiàn)生活污水的處理和村莊景觀營造相結(jié)合的目的。

4.1 污水處理的整體規(guī)劃

第一，拆除廢舊建筑物，清理河道垃圾和淤泥，梳理開放空間，為設(shè)備的選址落地和公共空間的營造做準(zhǔn)備。針對含有一定家禽集養(yǎng)或散養(yǎng)污染指標(biāo)較高的地方，選取生物接觸氧化池。據(jù)有關(guān)學(xué)者研究和試驗(yàn)，生物接觸氧化和人工濕地組合工藝處理鄉(xiāng)村生活污水的效果可達(dá)到出水一級排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)污水處理設(shè)施大小和生產(chǎn)污水源頭位置，擬安放了2個生物接觸氧化池。一處位于村莊北邊河流上游的交叉點(diǎn)處養(yǎng)殖場旁，一處位于泡菜加工廠南部居民聚集的地方。2個設(shè)備點(diǎn)都緊挨污染源頭，能更快、更便捷地在源頭處理污水，預(yù)防污水進(jìn)入河道帶到下游。

第二，提出3種不同形式的人工濕地模式，并按各自特點(diǎn)安排到相應(yīng)段的河流，具體分布及位置如圖4所示的標(biāo)注。

圖4 欣禾村整體生活污水處理規(guī)劃圖

圖5 生物接觸氧化池工藝流程圖

4.2 生產(chǎn)污水處理對策

生物接觸氧化池主要由池體、填料、布水裝置和曝氣裝置組成，如圖5所示。通過將待處理的污水進(jìn)行鼓氣充氧，以一定流速流經(jīng)加入填料的曝氣池進(jìn)行充分接觸凈化，從而達(dá)到廢水再利用的目的。生物接觸氧化池需要一次性購買池體，定期更換填料，造價幾千到幾萬不等。運(yùn)行需要人工不定期消除水面泡沫，檢測設(shè)備。相較最先在四川省發(fā)展和應(yīng)用的生活污水凈化沼氣池，生物接觸氧化池能較有效地進(jìn)一步去除水中的氮磷元素。

4.3 生活污水處理對策

欣禾村生活污水處理選擇人工濕地技術(shù)。人工濕地處理系統(tǒng)運(yùn)行簡單，主要依靠植物對污染物質(zhì)的吸收、代謝和分解實(shí)現(xiàn)水體凈化。人工濕地處理系統(tǒng)是鄉(xiāng)村生活污水處理美化、景觀化常用的方式，主要在植物的主要形式和植物種類的選擇上體現(xiàn)地區(qū)之間的差異性，進(jìn)而營造具有本土景觀特色的污水處理系統(tǒng)。欣禾村依據(jù)自然地貌和氣候條件，建議選用潛流型人工濕地，如圖6所示。這種濕地造價適中，處理效果受氣候影響小，不易滋生蚊蟲。

圖6 潛流型人工濕地剖面示意圖

濕地植物可選用目前四川省應(yīng)用較廣的旱傘竹、蘆葦、香蒲、美人蕉、菖蒲及姜花6種濕地植物。較小型人工濕地工程可以采用蘆葦、香蒲與姜花3類本地濕地植物。濕地基質(zhì)可采用礦石和粗砂等［3］。

根據(jù)村莊內(nèi)幾條主要河流的地理位置、駁岸情況和周邊建筑群落關(guān)系，初步設(shè)計3種不同的濕地污水凈化模式。三種模式通過對岸線的重塑、地形利用和植物配置等，實(shí)現(xiàn)對水體的凈化。

第一種模式主要適用于硬質(zhì)駁岸或者自然石駁岸的河流，平面圖、剖面圖和效果圖分別如圖7、8和圖9所示。先把污水引入沉淀池，利用微生物厭氧發(fā)酵；再進(jìn)入曝氣池和兼氧池，進(jìn)一步分解污水中的有機(jī)物；最后，流經(jīng)植物池和濕地植物凈化區(qū)，利用植物根系的吸附作用，對有害物質(zhì)特別是可能含有的重金屬進(jìn)行處理。河流需要人為清理淤泥河道，搭設(shè)種植池，在豎向上形成高度錯落的關(guān)系。在濕地植物上選擇喬—草搭配，添加芳香植物增加游玩觀賞性。表3為濕地植物凈化帶植物種類。方案中，喬木主要營造河道兩邊林蔭環(huán)境，和根系泌氧性弱的植物搭配種植，創(chuàng)造處微氧區(qū)和缺氧區(qū)共存的環(huán)境，利于總氮的降解。

圖7 模式一平面圖

圖8 模式一剖面圖

表3 濕地植物凈化帶植物種類表

圖9 模式一效果圖

第二種模式偏向于水凈化的教育展示作用，可以與凈水濕地和村莊的一些公共場合相結(jié)合，平面圖和效果圖分別如圖10和圖11所示。針對自然駁岸的河道，要求岸線形態(tài)自由，可以為人營造更多形式的活動空間。階梯型的看臺和木棧道也提供了游客觀景的角度。

圖10 模式二平面圖

圖11 模式二效果圖

第三種模式具有復(fù)合性，適合使用在河流污染相對弱的地方，可以利用處理過的水進(jìn)行一些魚類養(yǎng)殖，或與第二種模式相結(jié)合用作景觀用水，平面圖、剖面圖和效果圖分別如圖12、13和圖14所示。其主要突出景觀性能，植物上多用觀賞性水生花卉，加以建筑小品和服務(wù)設(shè)施，提高人群的使用。

規(guī)劃設(shè)想在建筑群聚集的地方實(shí)施治理性強(qiáng)的第二種模式，在河流的上游貼近污染源的地方實(shí)施第一種模式，其他則運(yùn)用第三種模式。3種模式特點(diǎn)對比，如表4所示。

圖12 模式三平面圖

圖13 模式三剖面圖

圖14 模式三效果圖

表4 3種模式特點(diǎn)對比

另外，村莊中缺少湖泊或水池等面狀水體，村莊多數(shù)建筑群落內(nèi)的建筑之間間距也過于緊密。建議疏通各個河道，加強(qiáng)河道之間的聯(lián)系，并在建筑群旁增設(shè)面狀水體，既能豐富水系結(jié)構(gòu)，也能起到預(yù)防火災(zāi)的作用。

5 結(jié)語

河流污染范圍大和缺乏資金，是目前欣禾村生活污水處理所面臨的兩大難題。選擇生物接觸氧化池和人工濕地相結(jié)合的處理方案，既能提高污水處理效率，也能降低成本。此外，相對簡易和成熟的設(shè)施運(yùn)維程序，給實(shí)現(xiàn)村莊生活污水處理提供了保障。3種各具不同特征的人工濕地模式，既可以靈活結(jié)合場地現(xiàn)狀，又可以從濕地植物、景觀小品上展示欣禾村自然和人文文化。當(dāng)前，欣禾村需提高本村村莊景觀、文化發(fā)掘和利用的意識，改善環(huán)境，美化村莊面貌，從而為村莊以后的各方面發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。