農(nóng)村污水入河治理探討

劉力鵬

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

隨著國家推進新農(nóng)村建設，農(nóng)村生活質(zhì)量大幅度提升，農(nóng)村生活污水排放量亦大幅度增加，但是農(nóng)村污水的處理方式基本沒有改變，依舊排入河道。污水排放量的日益增加進一步破壞了河道水體生態(tài)環(huán)境，對農(nóng)村及其下游環(huán)境造成不同程度的污染。如何對農(nóng)村污水入河現(xiàn)狀進行高效、環(huán)保的治理，已成為工程技術(shù)人員關(guān)注的焦點。本文通過某渠截流導流工程實例，提出合理的治理方案，為同類工程提供借鑒。

1 工程概況

某渠位于華北平原，自西向東途經(jīng)多個市、縣及村莊，擔負著向下游灌區(qū)灌溉及城鎮(zhèn)供水的輸水任務。渠道兩岸存在入渠排水口，入渠水體多為村莊污水和村內(nèi)瀝水。根據(jù)對渠道兩岸村莊排水口、地勢和排水歷史出路的現(xiàn)場查勘，農(nóng)村排水入渠存在以下特點和問題［1，2］。

（1）排水口和入渠水源。農(nóng)村排水口呈粗放型排放，排水管網(wǎng)等基礎設施缺失?？菟?、平水季節(jié)生活污水潑灑在庭院、菜園或道路上，依靠自然蒸發(fā)、下滲的形式消納；豐水季節(jié)村內(nèi)生活污水、小型垃圾隨雨水排入渠道。

（2）村莊地勢。大部分村莊地勢較高，村內(nèi)瀝水沿道路由高到低排入路邊溝渠或田地；小部分村莊因周邊修建道路、高速公路等建筑物，地勢較低，形成積水洼地，村內(nèi)瀝水只能排入地勢更低的渠道。

（3）村莊排水出路。渠道地勢較低，沿渠村莊將渠道作為村內(nèi)污水和瀝水的排水出路，個別地勢低的村莊將渠道作為唯一的排水出路。

2 治理方案

根據(jù)農(nóng)村排水入渠的特點和問題，設計提出“堵、收、導、水處理、蓄和用”的治理方案?！岸隆奔磳ρ厍信盼?、排瀝口門實行封堵，從源頭上杜絕渠道的水污染?！笆铡奔磳υ湃肭奈郏r）水進行收集，因地制宜地建立收集系統(tǒng)?！皩А奔磳⑹占奈郏r）水導入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)或新建的小型污水處理設施?！靶睢奔磳⑽鬯幚碓O施處理后的水排入新建防滲坑塘進行自然氧化和降解?！坝谩奔丛诜罎B坑塘中放養(yǎng)魚類、田螺等水生生物，種植水生經(jīng)濟植物，同時坑塘蓄水可用于農(nóng)田、苗圃和綠地的灌溉。沿渠選取王村對污水入渠治理方案進行詳細的闡述。

2.1 排水規(guī)模確定

王村入渠水主要為豐水季節(jié)廚房、洗衣、洗漱用水和雨水的混合水體，現(xiàn)階段很難做到雨污分流，排水規(guī)模按雨污合流計算。

2.1.1 設計瀝水量計算

（1）根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》（GB50014-2006），設計排瀝流量采用推理公式法計算：

式中：Q為設計排瀝流量（L/s）；q為設計暴雨強度[L/（s·hm2）]，選取當?shù)毓剑籉為排水面積（hm2）；ψ為徑流系數(shù)；P為重現(xiàn)期（a），參照規(guī)范村莊適當降低，取1 a；t為降雨歷時（min）；t1為地面集水時間（min），一般采用5～15 min；t2為管渠內(nèi)雨水流行時間（min）；A1、C、b、n為參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計方法進行計算確定。

（2）設計瀝水量是防滲坑塘設計的依據(jù)?？犹寥萘啃枰獫M足容納豐水季節(jié)的降雨產(chǎn)流。設計瀝水量由徑流深乘以排水面積推求?？紤]當?shù)刎S水季節(jié)中6、9兩個月為玉米和小麥的灌溉季節(jié)，本工程按7、8兩個月的徑流深計算排水量。

2.1.2 設計污水量計算

（1）兩村排水口入渠污水主要為生活污水，村莊生活污水產(chǎn)生量按如下公式計算：

式中：k為生活污水排放系數(shù)，取0.8；q為農(nóng)村居民生活用水標準[L/（d·人）]，取40 L/（d·人）；n為村莊居民數(shù)；其余變量含義同上。

實際排入渠道的設計污水最大瞬時流量計算公式為：

式中：QS為污水設計最大瞬時流量（m3/s）；s為地貌系數(shù)，取0.5（實際排入渠的比例）；其余變量含義同上。

（2）設計污水量按7、8兩個月的實際入渠最大瞬時流量進行計算。

2.1.3 排水規(guī)模計算

（1）“收、導”工程設計流量取各村瀝水設計流量和污水設計最大瞬時流量疊加值：

式中：Q設為排水設計流量（m3/s）；其余變量含義同上。

（2）“蓄”工程設計水量取設計瀝水量和設計污水量疊加值。

（3）“處理”工程主要采用污水處理站，其緊鄰防滲坑塘，收集的生活污水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)質(zhì)后，進入污水站處理，經(jīng)處理后的生活污水進入防滲坑塘暫存，其設計規(guī)模按7、8兩個月實際入渠的污水最大瞬時流量進行計算。排水規(guī)模計算結(jié)果，詳見表1。

表1 排水規(guī)模計算結(jié)果

2.2 工程布置設計

通過現(xiàn)場調(diào)研、走線，結(jié)合兩村實際情況進行總體布置，排水口封堵由當?shù)卮遑撠煟S工程同步實施，其他布置如下：王村位于渠道北側(cè)，地勢北高南低、西高東低。村南緊鄰渠道，原有入渠口3個。村南沿渠道種植經(jīng)濟作物，征占遷較為困難，經(jīng)設計、建設方和村負責人現(xiàn)狀查勘及討論，確定排水主線自村西高架橋與東西向大街交口處現(xiàn)狀排水管開始，沿東西向大街向東，于村東樹林折向南至防滲坑塘，線路全長709.7 m。

2.2.1 收水工程

村內(nèi)零星現(xiàn)存收水口，小部分為路面排水，大部分無收水設施。在無收水設施的區(qū)域，于街道邊設置收水箅子和排水涵，各家生活污水通過收水箅子和排水涵進行收集。沿排水主線，在各街道路口設置雨水口井收集路面排水。

2.2.2 導水工程

根據(jù)排水主線現(xiàn)狀地形，確定主線采用重力自流輸水管道進行排水，在各街道路口和主線彎道處設置檢查井、跌水井，用于管道與排水涵、雨水口井的連接。

2.2.3 防滲坑塘工程

坑塘選址主要考慮占地難易程度，結(jié)合村意見，選取村東外樹林低洼地為坑塘位置，該地為村集體用地，占地難度小。村生活污水經(jīng)污水處理站處理后排入防滲坑塘，村瀝水直接收集于防滲坑塘，坑塘水用于農(nóng)田灌溉等。

2.2.4 污水處理站

為減少占地難度，污水處理站選址緊鄰防滲坑塘，采用占地面積小的一體化［3］設計。

2.3 收水工程設計

通過修建排水涵和雨水口井收集瀝污水。排水涵及其蓋板均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，排水涵采用矩形斷面。為便于收水，在蓋板上現(xiàn)澆球墨鑄鐵雨水口箅子，球墨鑄鐵雨水口箅子和雨水口井具體做法參照《雨水口》（05S518）圖集。排水涵具體尺寸由明渠均勻流計算公式確定：

式中：Q為設計流量（m3/s）；A為水流有效斷面面積（m2）；v為流速（m/s）；R為水力半徑（m）；i為水力坡降；n為粗糙系數(shù)，取0.013。

2.4 導水工程設計

2.4.1 管道材質(zhì)

根據(jù)排水管道的承壓形式，王村采用重力自流輸水管道。重力自流輸水管道主要有鋼筋混凝土管道、玻璃鋼管道和埋地塑料排水管道。本工程重力自流輸水管道采用造價最低且實用的鋼筋混凝土排水管。

2.4.2 管道水力計算

根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》（GB50014-2006），雨水管道和合流管道應按滿流計算，最小設計流速為0.75 m/s，非金屬管道最大設計流速為5.0 m/s。管道內(nèi)水流大體分以下情況。

（1）當管道進、出口都未淹沒時，管道的局部水頭損失較小，沿程水頭損失為主，此時按長管進行計算，計算公式如下：

式中：所有變量含義同上；n取0.014。

（2）當管道進口淹沒時，管道的局部水頭損失增大，損失不可忽略，此時按短管進行計算。

a.當管道出口沒有淹沒時，為自由出流，計算公式如下：

式中：μc為管道系統(tǒng)流量系數(shù)；A為管道斷面面積（㎡）；d為管道內(nèi)徑（m）；l為管道計算段長度（m）；λ為沿程水頭損失系數(shù)；g為重力加速度（m/s2）；為管道計算段中各局部水頭損失系數(shù)之和；H0為包括行進流速水頭的作用水頭；其余變量含義同上。

b.當管道出口淹沒時，為淹沒出流，計算公式如下：

表2 重力自流輸水管道計算結(jié)果

2.5 防滲坑塘設計

防滲坑塘采用村現(xiàn)有洼地，對現(xiàn)狀邊坡進行修整、削坡和開挖，設計邊坡1∶3?？犹敛捎?76 g/m2的土工膜進行防滲，上覆厚60 cm土層?？紤]上下交通方便，在防滲水池內(nèi)側(cè)的西側(cè)、南側(cè)各留1道臺階，寬1.5 m，采用M10漿砌石砌筑、水泥砂漿抹面。為防止匯集瀝水對坑塘的沖刷破壞，在坑塘頂設寬2.5 m泥結(jié)碎石路面，同時考慮村民安全，在泥結(jié)碎石路面外側(cè)設防護圍欄，在圍欄明顯處設禁止游泳、禁止攀爬標志牌。

防滲坑塘中水由管道導入，防滲坑塘為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，需對管道出口邊坡進行防護，對出口坑塘底進行消能防護，防止對坑塘的沖刷破壞。管道在入坑塘處采用“八”字管道出水口。出水口背水側(cè)擋墻采用漿砌石結(jié)構(gòu)，墻高2 m，背坡1∶0.5，底板厚0.5 m，其下設厚0.1 m碎石墊層。出水口兩側(cè)采用“八”字翼墻結(jié)構(gòu)，翼墻為變截面。翼墻出口接漿砌石流槽，流槽坡比同坑塘，流槽底寬3 m、深0.5 m，出口設消力池。消力池按照《水閘設計規(guī)范》（SL265-2016）進行計算，確定池長5 m、寬3 m、深0.5 m。

2.6 污水處理站設計

適用于小型分散式城鎮(zhèn)生活污水處理的工藝有A/O工藝［1］、MBR膜生物反應器、SBR工藝、曝氣生物濾池工藝及生物接觸氧化工藝。從管理、投資和運行3個方面對上述工藝進行比較，選取適合農(nóng)村生活污水處理的A/O工藝。

根據(jù)處理工藝確定污水處理站型式，包括格柵、調(diào)節(jié)池、地埋式生活污水一體化［3］等生產(chǎn)性構(gòu)筑物，均以日最大時水量設計。瀝、污水集中收集后首先進入污水處理系統(tǒng)內(nèi)的格柵井，內(nèi)部設有過濾格柵，對污水中懸浮物進行處理去除，柵渣通過人工定期清理外運安全處理。經(jīng)過濾格柵后，瀝、污水由閘門控制分流分別進入污水處理站調(diào)節(jié)池和防滲坑塘。污水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量后，進入WS一體化污水處理設備，該設備由缺氧池、好氧池、二沉池、消毒過濾池及機房五部分組成，采用地埋形式，節(jié)約占地，設備出水滿足國家一級A排放標準，導入防滲坑塘，用于農(nóng)田灌溉等。

3 討論

農(nóng)村污水入河治理涉及村居民自身利益，治理方案需根據(jù)當?shù)卮寰用竦囊庖?，?jīng)建設、設計方和村負責人現(xiàn)場查勘后討論確定，如此才能高效、環(huán)保地進行農(nóng)村污水入河治理。本文以王村為例，詳細地闡述了農(nóng)村污水入河治理的設計方案，為同類工程提供借鑒。