山東省平原散點型村莊低成本污水處理模式

宋 坤,王金巖,左長安

山東大學(xué) 土建與水利學(xué)院,山東 濟南 250061

山東省平原散點型村莊低成本污水處理模式

宋 坤,王金巖,左長安

山東大學(xué) 土建與水利學(xué)院,山東 濟南 250061

由于農(nóng)村住戶因生活習(xí)慣、成本制約等原因缺乏完善的污水處理機制，對自然環(huán)境造成了一定的侵害，為了更好地保護農(nóng)村的水資源環(huán)境，同時滿足低成本的要求，本文從山東省平原散點型村莊的地理位置、自然環(huán)境、村落空間形態(tài)等要素著手，分析了農(nóng)村污水的排放現(xiàn)狀，然后以山東省平陰縣書院村為切入點，結(jié)合區(qū)位、環(huán)境、地勢、空間形態(tài)等要素，從污水管網(wǎng)的鋪設(shè)、污水處理的工藝等角度探討了山東平原散點型村莊的低成本污水處理模式，為解決農(nóng)村低成本污水處理問題提供了新的思路。

平原散點型村莊;污水處理;低成本;管網(wǎng)

1 總體特征

1.1 自然狀況

山東省的地形特征以平原和丘陵為主，約占全省總面積的60%，山地面積約占34%，河流、湖泊等水域約占面積3%。平原區(qū)主要位于黃河以北的魯西北地區(qū)，總體地勢低平，海拔大致在70 m左右。該區(qū)域的氣候類型為溫帶季風(fēng)性氣候，氣候特征隨季節(jié)變化比較明顯，屬半干旱大陸性氣候，夏季高溫多雨，雨熱同季；秋季天氣清朗，氣候涼爽。

1.2 村落空間形態(tài)

1.2.1 村莊的空間結(jié)構(gòu) 平原散點型村莊的布局模式因地制宜，村莊形態(tài)與地形充分地結(jié)合，在保障了原有自然環(huán)境以及社會結(jié)構(gòu)的同時，滿足了現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的必要條件。這種布局模式可以依托現(xiàn)有村莊和景觀形成組團式布局，在每個組團中設(shè)置公共服務(wù)中心，同時應(yīng)當(dāng)加強各組團之間的聯(lián)系，數(shù)個聯(lián)系密切的分散組團會構(gòu)成一個獨立的村落。

1.2.2 村莊的道路系統(tǒng) 平原散點型村莊的道路布局模式結(jié)構(gòu)清晰，有著較強的層次性。往往會結(jié)合村莊的自然環(huán)境以及原有的村莊形態(tài)進(jìn)行過統(tǒng)一規(guī)劃，主次分明，規(guī)劃的重點是提高各組團之間以及和外界之間的交通聯(lián)系，在組團內(nèi)部，也應(yīng)加強各個住戶之間的聯(lián)系，逐步完善組團內(nèi)部的道路交通體系。

1.2.3 村莊的建筑形態(tài) 平原散點型村莊往往會在保持整體協(xié)調(diào)、層級分明的前提條件下，突出各住戶的建筑形態(tài)特色，住戶與住戶之間的組砌關(guān)系延續(xù)了中國傳統(tǒng)院落的圍合手法，形成前院、后院、側(cè)院、內(nèi)院等不同布局特點的院落，進(jìn)而由外而內(nèi)地構(gòu)成了公共、半公共、私密的有序空間序列。

1.3 污水情況

1.3.1 傳統(tǒng)排水方式 平原散點型村莊主要產(chǎn)業(yè)形式為農(nóng)業(yè)和旅游業(yè)?；A(chǔ)條件較好的村莊實行管網(wǎng)排污，雨污分流制系統(tǒng)；基礎(chǔ)條件一般的村莊有排水系統(tǒng)和管道，一般采用的是合流制排水系統(tǒng)；基礎(chǔ)條件較差的村莊尚無系統(tǒng)的排水系統(tǒng)，一般自行處理或?qū)⒂晁臀鬯y(tǒng)一排至附近水體。

1.3.2 現(xiàn)有污水情況 由于大多數(shù)農(nóng)村受傳統(tǒng)生活習(xí)慣的影響以及現(xiàn)實條件的制約，如排污管道、污水處理場、垃圾處理等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的滯后，污水依然就近排入周邊水體，給河流、水池等水體造成了污染，破壞了村落的生態(tài)環(huán)境。

1.3.3 污水來源 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)型村莊當(dāng)中，污水主要來源于生活污水，其中毒害物質(zhì)含量比較低，多為五毒的無機鹽類。生活污水是指人們?nèi)粘Ｉ钪猩a(chǎn)排放的水，比如衛(wèi)生間排水、廚房用水、洗滌用水等等。

1.3.4 人均排水量 根據(jù)《山東地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)指南》，最高日居用生活用水定額取值范圍為20～145 L/人·D。根據(jù)CJJ124-2008、J800-2008《鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村排水工程技術(shù)規(guī)程》，居民生活污水定額和綜合生活污水定額應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)夭捎玫南嚓P(guān)用水定額，具體使用應(yīng)結(jié)合建筑物內(nèi)部給排水設(shè)施水平等因素綜合確定，可按當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)用水定額的60%～90%取值。

1.4 低成本污水處理模式

1.4.1 適用條件 此處理模式適用于山東省內(nèi)地勢較為平坦，且內(nèi)部呈組團分布并向中心聚集的村落。

1.4.2 特點及應(yīng)用價值 在充分利用村莊地形要素及建筑形態(tài)的前提條件下，在某一住戶組團內(nèi)，通過管網(wǎng)對污水進(jìn)行收集，收集完成后，通過低成本的污水處理技術(shù)對組團內(nèi)的污水進(jìn)行統(tǒng)一處理，就近排出，從收集和處理兩端共同著手，可達(dá)到降低污水處理成本、提高處理水利效率的目的。

1.4.3 注意事項 污水收集管網(wǎng)的設(shè)計及鋪設(shè)應(yīng)從村莊整體的地形及布局入手，統(tǒng)籌設(shè)計，劃分合理的排水流域，滿足干、支管定線原則，實現(xiàn)管網(wǎng)收集效率的最大化，各組團中的污水處理設(shè)施應(yīng)充分考慮排水量及污水成分，并與管網(wǎng)的鋪設(shè)、周邊環(huán)境有機結(jié)合，達(dá)到低成本污水處理的目的。

2 典型山東省平原散點型村莊——平陰縣書院村

2.1 自然狀況

2.1.1 區(qū)位分析 平陰縣位于位于山東省西部，距省會東北方向的濟南市60 km，與肥城、東平、東阿、長清等地接壤，總面積約為800 km2。

洪范池鎮(zhèn)地處山東省濟南市平陰縣境西南端，距縣城30 km2，北臨東阿鎮(zhèn)，東北臨孔村鎮(zhèn)，東臨孝直鎮(zhèn)，南邊和西邊臨東平縣。整體地勢南高北低，總面積約為115 km2。

圖1 洪范池鎮(zhèn)在平陰縣的區(qū)位Fig.1 Hong Fanchi town in Pingyin county

圖2 書院村在洪范池鎮(zhèn)的區(qū)位Fig.2 Shuyuan village in Hong Fanchi town

2.1.2 自然環(huán)境 平陰縣屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同期，光照豐富，降水量多，溫度變化明顯。

2.1.3 地勢情況 平陰縣地勢南高北低，中間高、兩側(cè)低。主要地貌類型分山地、丘陵、平原和洼地，其中山地和丘陵面積最大。

2.2 村落空間形態(tài)

2.2.1 村落功能 書院村內(nèi)的建筑以居住建筑為主，此外，村內(nèi)還存在一系列公共建筑：村委、超市、幼兒園等，另外還有一些生產(chǎn)設(shè)施建筑。

2.2.2 村落風(fēng)貌特征 書院村內(nèi)的建筑保持了原有的建筑風(fēng)格，石材顯得莊重渾厚而又古樸素雅，村落布局沿用至今，村內(nèi)北側(cè)山下有一方形泉池，名為書院泉，發(fā)源于此泉的水系貫穿了整個村落，形成泉水環(huán)抱村落的整體格局。村西北有一處人造天池湖，湖水由書院泉泉水匯集，村內(nèi)山泉環(huán)抱，環(huán)境清雅，泉水清澈見底且長年不斷，這是書院村村民必不可少的重要組成部分。在后期的管網(wǎng)規(guī)劃當(dāng)中，應(yīng)充分考慮村莊形態(tài)與水體與道路的結(jié)合關(guān)系，在每個村莊組團內(nèi)進(jìn)行單獨的污水處理。

2.2.3 村落形態(tài) 書院泉的水流出后，會沿兩條并行的石砌水渠繞村環(huán)繞一周，兩條水渠的水流量有大有小，水流量較小的水渠在流經(jīng)村落西側(cè)時分流，渠道由曲變直穿村而出，用以灌溉農(nóng)田。在渠水道路匯集之處，形成了大量的面向泉水的公共活動空間，這是村民日?；顒拥闹行?，打水、洗衣，聊天乃至孩童娛樂等各種生活行為都在此處發(fā)生。

砌筑完好的石質(zhì)水渠連接了村落道路與泉水，建筑空間以泉水流向為軸鋪展并自然分區(qū)，逐步形成以泉池為中心的村落布局，村民社會生活與泉水緊密結(jié)合。

2.2.4 道路特征 書院村道路狀況良好，一方面因其路網(wǎng)規(guī)劃比較清晰合理，另一方面主要是因為其以石板路為主，質(zhì)量保存完好，但是由于道路尺度畢竟為傳統(tǒng)村落遺留，比較狹窄并且有些顛簸不平，會影響移動的機動車可達(dá)性，書院村為典型的旅游型村落，應(yīng)將道路系統(tǒng)作為書院村的特色進(jìn)行保護，在后期污水管網(wǎng)的鋪設(shè)過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)充分利用原有的排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。

2.3 污水收集與治理

2.3.1 散點型污水收集管網(wǎng)布置 劃分排水流域：在排水區(qū)域內(nèi)應(yīng)根據(jù)地形和村莊整體豎向規(guī)劃劃分排水流域，書院村整體的地形較為平坦，地勢自西北向東傾斜，坡度大致為8‰，坡度較小。書院村南北方向根據(jù)分水線劃分為四個排水流域，排水流域分別定義為A、B、C、D。排水流域中的地勢最低處，作為該排水流域的集水線。

圖3 書院村道路分級Fig.3 Road classification in Shuyuan village

圖4 書院村排水流域劃分Fig.4 Different drain areas in Shuyuan village

污水干管由村莊水體、地形特征決定，污水處理設(shè)施設(shè)于村莊東側(cè)，所以主干管流向應(yīng)為自西向東，街道支管布置在街區(qū)地勢較低一側(cè)的道路之下。

在排水流域A中，村莊主干道路北側(cè)，地勢自北向南逐漸降低；村莊主干道路南側(cè)，地勢自南向北逐漸降低；因此將村莊主干道作為排水流域集水線。

在排水流域B中，水體流經(jīng)農(nóng)戶組團北側(cè)，地勢南高北低，因此在北側(cè)鋪設(shè)管網(wǎng)作為排水流域集水線。

在排水流域C中，村莊次干道路北側(cè)，地勢自北向南逐漸降低，村莊次干道路南側(cè)，地勢自南向北逐漸降低，因此將村莊次干道作為排水流域集水線。

在排水流域D中，水體流經(jīng)農(nóng)戶組團北側(cè)，地勢南高北低，因此在北側(cè)鋪設(shè)管網(wǎng)作為排水流域集水線。

污水管線定線：

污水干管定線原則：為了節(jié)省成本、提高效率，應(yīng)盡可能使污水主管線短捷并且減少埋深，讓最大區(qū)域上的污水能夠自流排出。

管道定線時應(yīng)充分考慮地形因素的影響，在整個排水區(qū)域較低的地方，如集水線處鋪設(shè)主干管及干管，以便支管的污水自流接入。

地形較復(fù)雜不便統(tǒng)一處理時，應(yīng)在整體區(qū)域內(nèi)劃分出幾個單獨的排水流域，單獨建立排水系統(tǒng)，如由于地表中部下陷而布置成兩個獨立且相互聯(lián)系的排水系統(tǒng)。

書院村污水干管定線：院村地處地形平坦的地區(qū)，應(yīng)使污水干管在合理埋深的情況下，讓絕大部分污水經(jīng)支管流入干管后，經(jīng)處理進(jìn)入附近水體。

綜合分析書院村地貌特點，薛家埠村屬于地形平坦且水體貫穿其中的村莊，因此采用分區(qū)處理的污水收集處理方法。將主干管順延道路進(jìn)行平行鋪設(shè)，支管則與干管相互垂直鋪設(shè)。出于節(jié)省成本和提高效率的考慮，盡可能保證在管線較短和埋深較小的情況下，讓更大區(qū)域上的污水能夠依靠重力自流排出。

圖5 書院村集水線位置Fig.5 Locations of water lines in Shuyuan village

圖6 書院村污水干管布置形式Fig.6 Main sewage pipe layout forms in Shuyuan village

在排水流域A中，村莊主干道路北側(cè)，地勢自北向南逐漸降低；村莊主干道路南側(cè)，地勢自南向北逐漸降低；南北向紅色箭頭是排水流域A內(nèi)污水支管的水流方向，東西向的紅色箭頭是污水干管的水流方向。

在排水流域B中，水體流經(jīng)農(nóng)戶組團北側(cè)，地勢南高北低，因此在北側(cè)鋪設(shè)管網(wǎng)作為排水流域集水線。南北向綠色箭頭是排水流域B內(nèi)污水支管的水流方向，東西向的綠色箭頭是污水干管的水流方向。

在排水流域C中，村莊次干道路北側(cè)，地勢自北向南逐漸降低，村莊次干道路南側(cè)，地勢自南向北逐漸降低，因此將村莊次干道作為排水流域集水線。較細(xì)的黃色箭頭是污水支管的水流方向，較粗的黃色箭頭是污水干管的水流方向。

在排水流域D中，水體流經(jīng)農(nóng)戶組團北側(cè)，地勢南高北低，因此在北側(cè)鋪設(shè)管網(wǎng)作為排水流域集水線。南北向藍(lán)色箭頭是排水流域C內(nèi)污水支管的水流方向，東西向的藍(lán)色箭頭是污水主干管的水流方向。

書院村污水支管定線：污水支管采用穿坊式布局，污水支管穿過街坊住戶，在街坊四周鋪設(shè)污水管，其管線長度較短，工程造價低。污水支管負(fù)責(zé)收集污水支管兩側(cè)住戶產(chǎn)生的污水。

圖7 書院村污水干管水流方向示意圖Fig.7 Schematic diagram of flow directions of main sewage pipe lines in Shuyuan village

圖8 書院村污水支管定線Fig.8 Ancillary sewage pipe lines in Shuyuan village

2.3.2 處理工藝選擇 根據(jù)戶數(shù)以及排水量可確定，書院村每一區(qū)內(nèi)應(yīng)采用分散污水處理技術(shù)。

01區(qū)：31戶，2.08×103L/D分散處理系統(tǒng)（復(fù)合厭氧/人工濕地、復(fù)合生物濾池/人工濕地、污水凈化沼氣池/人工濕地）

02區(qū)：12戶，0.96×103L/D小型分散處理系統(tǒng)（自然穩(wěn)定塘、地埋式污水處理工藝、分散式處理設(shè)備）

03區(qū)：72戶，0.8×103L/D分散處理系統(tǒng)（復(fù)合厭氧/人工濕地、復(fù)合生物濾池/人工濕地、污水凈化沼氣池/人工濕地）

04區(qū)：41戶，0.48×103L/D分散處理系統(tǒng)（復(fù)合厭氧/人工濕地、復(fù)合生物濾池/人工濕地、污水凈化沼氣池/人工濕地）

3 結(jié)論

目前我國農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀不容樂觀，其中很大一部分原因便是農(nóng)村住戶無法承受高昂的污水處理費用，為了更好地解決農(nóng)村生活污水處理問題，美化農(nóng)村自然環(huán)境，必須找到合理的方式，對不同類型的村莊進(jìn)行定制化的污水處理設(shè)計，加強宣傳，提高村民的環(huán)境保護意識，讓村民在污水處理的過程中充分參與，做到有章可循，真正實現(xiàn)農(nóng)村低成本污水處理的目標(biāo)，解決農(nóng)村污水問題。

The Low-cost Sewage Treatment Model of Decentralized Plain Villages in Shandong Province

SONG Kun,WANG Jin-yan,ZUO Chang-an
School of Civil Engineering/Shandong University,Jinan250061,China

Because of the living habits,cost control and other reasons,the rural households lack perfect sewage treatment mechanism,this causes a certain damage to the natural environment.In order to protect the rural water environment and meet the low cost requirements,this paper analyzed the current situation of rural sewage discharge,and then started from the Shuyuan village,Pingxiang county of Shandong Province,combined with the factors such as location,environment,terrain,spatial form and so on,and the factors such as location,environment,discussed the low cost sewage treatment mode of the scattered villages in Shandong plains from the perspective of the laying of sewage pipe network and the process of sewage treatment.This paper provides a new way to solve the problem of low-cost sewage treatment in rural areas.

Plain scattered villages;sewage treatment;low cost;pipe network

S2

A

1000-2324(2017)05-0712-04

2017-08-06

2017-08-13

“十二五”國家科技支撐計劃課題:低成本村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)境建設(shè)技術(shù)研究與示范(2014BAL04B05)

宋 坤(1992-),男,碩士,研究方向:建筑設(shè)計及理論.E-mail:631196504@qq.com