集聚型与分散型乡村排水设施规划策略研究 | 目的地Destination

集聚型与分散型乡村排水设施规划策略研究

集聚型与分散型乡村排水设施规划策略研究

引言

乡村排水设施规划作为乡村卫生整治建设的重要技术指导,因地制宜地制定科学而实效的排水设施规划,既有助于充分利用乡村现有的各项资源优势,避免建设过程中出现盲目性与无用耗资,又能确保规划之后能顺利开展以及实施之后能高效运行。

本文以连州市大营村与田心村为例,分析研究了在集聚型与分散型两种典型的美丽乡村建设过程中,如何因地制宜结合乡村现有基础条件,从近远期规划的角度,提出适合乡村排水设施建设的经济实用且可操作性强的排水设施规划策略,以期为相似的乡村排水设施建设提供示范价值。

一、乡村排水设施

乡村排水设施承担乡村生活污水的收集、输移、处理以及排放功能,是一个系统化的复杂网络系统。乡村排水基础设施规划设计的主要内容包括排水收集系统与污水处理系统两个部分。

1.1 排水收集模式

排水收集系统是主要承担收集乡村生活污水、雨水的管网或渠道。按照污水、雨水是否采用同一排水系统进行收集,分为雨污分流管渠与合流管渠。目前乡村常用的排水收集管渠主要包括以下几种类型:

(1)雨污合流明渠。通常是在房屋建筑周边自建的排水明沟。该类收集模式因建设简单且费用少,通常广泛存在于村庄中。但往往缺少清理维护,在雨污合流明渠中常出现垃圾肆意丢弃、餐厨垃圾滞留,饲养禽类,污泥、污水黑臭等问题,卫生条件极其恶劣。在夏季渠道恶臭问题尤为突出,因而该类收集模式将是整治的重点。

(2)雨污合流暗渠。在雨污合流明渠的基础上,敷设盖板进行暗化,生活污水仅由建筑出户管排入渠道中,地面雨水则通过盖板间的缝隙流入。合流暗渠在一定程度上遏制了垃圾肆意丢弃、污水倾倒、禽类养殖等行为,并有效隔绝了渠道黑臭的感官效果,提升了乡村排水的卫生环境,因而该类收集模式是目前乡村排水渠道整治应用最广泛的方式。

(3)污水管+雨水渠。在村庄的主要道路或巷道下、明暗渠道中单独敷设一套完整的污水管网系统,收集各建筑出户管排放污水,并输送至下游污水处理系统。同时保留村庄排水渠道,承担雨水的收集功能。该收集系统可基本实现污水完全收集,且污水通过管道输送,大大改善了排水的卫生条件。可作为乡村近远期排水规划的重要策略。

(4)污水管+雨水管。在村庄的主要道路或巷道下分别敷设污水管网和雨水管网两套系统,单独收集污水和雨水,实现雨污水完全分流。由于单独建设两套管网系统工程量大且成本高,因而不适于一般乡村排水设施规划,除美丽乡村建设对雨水收集利用有特殊要求情况。

由于现阶段乡村排水收集系统建设缺少统一标准进行规划设计,在乡村的实际建设过程中,排水收集系统通常是以上各类收集模式的组合形式共存。

1.2 排水处理设施类型

排水处理设施是排水收集系统末端的处理污水,并达到一定水质排放标准的设施。乡村污水处理的主要模式包括接入市政管网模式与就地处理模式。接入市政管网模式可用于各种建设规模的乡村,充分利用城镇污水厂进行处理,具有有效降低建设投资,缩短施工周期,方便统一管理的优势,但该模式通常要求乡村距离市政管网较近(5km以内),且具备地形优势满足竖向接入要求。就地处理模式分为集中式处理与分散式处理两种模式[1]。

(1)集中式处理模式。该模式是具备一定处理规模要求的生活污水处理模式。适用于村庄布局相对集聚、人口规模较大的单村或联村污水处理,具有节省土地资源、集中管理以及保障高效运行的特点。常见的污水集中处理模式如下表所示:

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常见的污水集中处理模式特点
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(图片来源:网络)

(2)分散式处理模式。该模式是通过各种分散型处理设施对污水进行净化处理的模式。适用于村落布局分散、相互距离较远、地形条件复杂、河网水系分割等不利于采用污水管网收集并进行集中处理的乡村。分散式处理设施通常就地取材,营造生态净化环境处理污水,工程造价及运行成本较低,便于进行协调建设等。常见的污水分散处理模式如下表所示:

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常见的污水分散处理模式特点[2-4]
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(图片来源:网络)
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(图片来源:参考文献[4])

二、案例分析

2.1 案例概况

大营村与田心村位于广东省北部连州市瑶族瑶安乡,湘粤边境,是湘粤文化习俗交融汇聚的地方,北靠湖南临武,东连宜章,西接瑶族自治县,南临清远。

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大营村和田心村地理位置

大营村是瑶族乡南部的历史文化村落,村域面积约782.73k㎡,居民点均集中于大营村庄,村庄规划面积8.55ha。村庄地势较为平坦,依新九河而建,东侧靠山,其余三侧为新九河环绕。现状村庄共326户,1350人,属于典型的集聚型乡村。

田心村是瑶族乡北部的自然保护区村落,村域面积约26.33k㎡,包含田心村、板寮村(上板寮与下板寮)、蚊子冲村、桐木冲村四个自然村落,居民点较为分散,规划面积分别约为20.67ha、13.45ha、6.37ha、3.84ha。四个自然村依山而建,散落分布在山间沟壑,地势变化明显。现状全村共138户,550人,各村落分别为173人、149人、122人、106人,属于典型的分散型乡村。

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大营村(左)和田心村(右)村域概况

2.2 集聚型乡村排水设施规划——大营村

(1)排水设施现状识别

雨污混流,环境卫生质量低:大营村尚未建设完善的排水系统设施,采用雨污合流渠道排水。村内建筑周边与主要巷道下均建设有排水渠道,主干巷道的渠道已敷设盖板暗渠化,而建筑周边的沟渠基本明渠状态,渠道内长期收集输送污水,明渠黑臭现象突出;生活给水管道大部分穿行于排污渠道中,甚至长期浸没在黑臭的污水、污泥中,供水水质难以保证;村庄外围排水主干渠中堆满建筑垃圾、杂草等,影响渠道的输排水能力。

污水收集渠道不完善,污水集中收集率低:村庄内现状污水收集渠道不完善,尚未全部覆盖村落;污水干渠平行于地面建设,部分污水干渠的竖向衔接困难,导致污水集中收集率低。

部分污水直排河塘,污染水环境:村庄内部分污水直接通过渠道排入新九河、池塘等水体。长期排放污水导致水体受到较严重的污染,特别在旱季时,易出现水体富营养化现象。

污水处理工艺简单,缺少运营维护,排放水质难以满足要求:现村庄西南角建设一处污水集中处理站;但缺少基本的运行维护措施与安全保护措施;污水处理工艺为简单型无动力厌氧处理,处理后的排放尾水无法保证满足排放要求。

雨水排放设施不完善,影响污水处理稳定性:村庄雨水直接汇入雨污合流渠道,过量雨水对污水处理设施造成较大冲击,影响污水处理的稳定性。

(2)排水设施规划策略

大营村属于较大规模的集聚型村落,适宜采用集中型污水处理设施。针对排水设施现状问题,结合现有的排水设施条件,从规划实效性角度,确定规划总体思路。

策略一:近期改善排水渠道脏乱差,深化改造污水处理工艺

开展排水渠道“三清”措施。清理村内排污明渠中的生活垃圾,改善其卫生条件;清除明渠内长期积蓄的黑臭污泥水,并定期引用清洁水源冲洗,消除渠道黑臭问题;清除村外排水干渠中堆弃建筑垃圾、杂草等,恢复渠道排水能力。

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现状污水渠道整治示范

梳理排水渠道管线、深入推进污水渠道暗渠化。按规范要求重点梳理排水渠道中管线:做到给水、污水管线不同行,且保持基本的水平与垂直间距;继续推进对卫生条件较差的明渠暗化,减轻渠道黑臭等问题。据调研统计,近期加盖暗渠化的黑臭渠道总计1.35km。

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大营村明渠暗化分布图

新建截污干渠,提高污水收集处理率。溯源调查分析现状污水渠道的排向表明:村庄西、北侧片区污水直排入新九河、排水干渠以及水塘,南侧片区污水多数直接散排入农田,仅中部片区污水可经现状污水渠道收集并排入污水处理设施。规划沿村庄外围新建污水截污干管,沿途截流北侧、西侧、南侧散排生活污水,输送至污水处理站,提高污水收集处理率;由于村庄排污渠道为雨污合流渠,在截污干管上增加溢流井,减少过量雨水负荷对处理站的冲击。

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环村截污干渠规划图

改造污水处理设施,增加污水末端净化工艺,提高出水水质标准。村庄生活污水主要来源于人、畜禽粪便排泄物,洗浴、洗涤以及餐厨清洗等。污水中有机物、氮磷营养盐成分含量高,长期超标排放易导致水体富营养化。基于常驻村民规模1350人,日平均用水量约为200L/d,污水总量按用水总量85%计,预测村庄日平均污水总量约为230m³/d。

根据污水处理站现有的厌氧处理池工艺及规模,从系统角度综合考虑处理工艺对有机物降解、运行维护管理、出水水质标准以及建设总投资等方面因素,规划在现有的污水处理设施末端增建人工湿地,处理厌氧池排放尾水,进一步提高脱氮效果。

污水处理工艺改造:结合生活污水常规处理工艺与现状污水处理构筑物运行方式,将串联的4个污水处理池,升级改造初级沉淀池+厌氧处理池+二次沉淀池;其中初级沉淀池去除污水中较大颗粒悬浮物;厌氧处理池氧化降解有机物、营养盐;二次沉淀池分离活性污泥与污水;同时为保证污水处理构筑物正常运行,定期清掏污水处理池中的沉积物。升级改造后的处理工艺为:生活污水→化粪池→初级沉淀池→厌氧池→二级沉淀池→人工湿地→出水。

人工湿地规划:充分利用污水处理设施至新九河的疏水沟渠,将其改造为潜流式生态沟渠,处理污水处理池排放尾水;结合沟渠现状地形高差优势,可将潜流式生态沟渠建设为多级阶梯式人工湿地,层层分级,将人工湿地划分为若干微型处理单元,通过阶梯跌水过程,创造“厌氧—好氧—厌氧……”的循环空间,提高人工湿地的脱氮除磷效果。通过多级阶梯式人工湿地的多级过滤、跌水复氧、生物自净作用,提高了尾水水质标准,达到污水排放要求;人工湿地植物可选用美人蕉、菖蒲、荷花、鸢尾、香蒲、灯芯草、芦苇、水芹等具备较好水质净化的植物类型。

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多级阶段式生态沟规划图

策略二:远期逐渐实现雨污分流、完善污水处理系统,疏导村庄雨水安全排放

在近期排水规划基础上,提出在村内逐步新建污水管网,收集村庄建筑出户管排放污水,实现污水完全收集,彻底改善村庄排水收集系统卫生环境。

污水量预测:主要用水为村民生活用水,用水时刻多为集中三餐时间,污水的日变化较为明显。本研究参照《镇规划标准》(GB50188-2007)、《广东省农村生活污水处理适用技术和设备指引》、《室外排水设计规范 》(GB50014-2016)等标准、指引文件,按照远期规划人口数1500~2000人,日变化系数取2.3,估算村庄最高日最大时污水量约为6.8~9.1L/s。

污水管网规划:根据远期村庄最高日最大时污水量,确定污水主干管的最大管径为d300;村庄主要巷道下敷设污水干管DN150,各建筑污水出户管按要求自主接入污水干管。

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大营村远期污水管网系统规划

雨水系统规划:基于ArcGIS分析汇水子流域,将村庄内雨水排水划分为3个分区,疏导地面雨水以最短距离排入周边河流、水塘等;远期新建污水管后,可将现状污水渠改造为雨水渠,疏通清除渠道中的黑臭污泥,恢复渠道排水能力,彻底改善污水渠脏乱差现象。此外,结合水文与景观设计,在村庄内废弃地或重要节点因地制宜设置公共绿化,新敷设巷道采用透水性铺装设施,滞蓄消纳地面雨水径流。

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大营村雨水排水分区图

2.3 分散型乡村排水设施规划——田心村

(1)排水设施现状识别

生活污水无收集,就近排入周边渠道或水体:各自然村落主要沿河、山而建,现状均无成形的污水收集管渠与处理设施,生活污水的排放方式为:河渠沿岸建筑就近接入渠道中、分散居住则就近排入农田或水塘。

排水渠道明化,黑臭、卫生条件差:自然村内现有渠道以明渠化为主,渠道内水体水质季节性变化明显,旱季缺水,水体黑臭问题突出。

污水仅靠自然净化,污染水环境:缺少污水净化设施,污水仅依靠水体自净;直排污水有机污染物含量高,是村庄水体污染的主要污染源。

地形优势利于山洪快速疏导:自然村凭借其有利地势条件,形成的天然排水渠道或人工建成的排水渠有利于山洪的疏导;渠道中零散石块亦具有较好的防雨洪冲刷效果。

村中雨水蓄水塘数量多,滞蓄利用雨水:村中多自建雨水收集池或雨水塘,用于储蓄雨水资源,供给日常生活或浇灌农田使用。

(2)排水设施规划策略

田心村属于分散型小规模空间形态村落,适宜采用分散型污水处理设施。针对现状排水设施现状问题,结合现有的自然基础条件,从规划实效性的角度,确定规划总体思路。

策略一:近期改善排水渠道卫生条件,增加分散净化设施,削减污染负荷

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各自然村明渠暗化分布图

改善排水渠道卫生条件,黑臭渠道加盖暗化。清理建筑周边排水渠道中生活垃圾、建筑垃圾,对长期黑臭的渠道进行暗化,改善渠道卫生条件,恢复渠道排水能力。据调研统计,近期加盖暗渠化的黑臭渠道总计0.45km,对建筑出户管进行整治,要求各户均应自行建设并完善污水出户管系统,排放污水须先经化粪池进行预处理,再排入村落内的污水塘或者排水渠道内,排水口采用暗装的形式,提高视觉感官效果。

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建筑室外排水管整治示意图

增加分散型净化设施,削减污染负荷。各自然村落分布分散,且人口规模较小,据预测田心村、板寮村、蚊子冲村、桐木冲村现状日污水总量分别约为29.41m³/d、25.33m³/d、20.74m³/d、18.02 m³/d,日污水总量较小,宜因地制宜选择分散型污水处理设施处置生活污水。

排水干渠:充分利用各自然村落排水沟渠地形高差,建造多级阶梯式生态沟,类似于大营村人工湿地。一方面将渠道系统层层分级,高差化整为零,减少对渠道的冲刷;另一方面层层分级可以营造具备多级过滤、跌水复氧、生物自净的微处理单元,降解有机污染物、净化污水。

有污水排入的池塘、雨水塘等湿塘:湿塘是典型的封闭型水体,湿塘中种植水质净化功能较好的植物,将其改造成生态塘,同时根据湿塘规模配置间隙性曝气设施,增加水体的流动性与溶解氧,提高生态塘污水净化效果。此外可利用生态工学原理建设人工生态浮岛,利用植物的根系吸收水中的氮、磷富营物质,使得营养物质得到转移,减轻封闭水体富营养化现象。

微型土地处理系统:微型土地处理系统是利用土壤-微生物-植物组成的生态系统的物理吸附、过滤,微生物降解,植物吸收综合作用净化污水。单户或几户等产生的少量污水经过化粪池预处理后,可进入微型土地处理系统进行处理。

滨岸生态湿地:利用人工手法,在排水干渠汇入河道处驳岸进行生态改造,建设滨岸生态湿地,驳岸坡度适宜,宜浅则浅,宜滩则滩,满足土壤自然安息要求,恢复排口生物多样性,形成具备生态净化功能的动植物生态系统。充分利用植物的物理拦截、过滤、吸收,微生物的生物降解作用,以及动物捕食等作用,形成良性的生物净化微单元,处理排水渠尾水,稳定河道水质。

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田心村分散型污水处理设施规划图

策略二:远期逐步实施雨污分流、完善污水处理系统,增加集中处理设施

田心村位于自然保护区,远期将重点发展为旅游型乡村,其中田心村、桐木冲两个基础设施相对较好且集中的自然村落将以提供民宿需求为主,因而对污水基础设施完善程度的诉求较高。远期提出逐渐建设污水管网,实现雨污分流,增加集中污水处理设施,满足出水标准要求。

田心村村庄沿道路呈带状分布,桐木冲村庄集中分布在河渠两侧;远期规划为人口分别约300人、200人;预测日平均污水总量分别约为51m³/d、34m³/d,最高日最大时污水量分别约为1.77L/s、1.18L/s(日变化系数取3)。

基于两个自然村污水量、建筑分布特点以及地形分析,提出田心村污水设施规划思路:沿道路敷设DN150干管,巷道及较为分散的建筑边敷设DN150污水支管,污水管网末端建设处理规模为60m³/d一体化生物集成处理设施,尾水排入河道滨岸生态湿地;桐木冲村污水设施规划思路:在河渠两侧分别建设DN150污水收集主干管,巷道敷设DN150污水支管,污水管网末端建设处理规模为40m³/d一体化生物集成处理设施,并充分利用下游湿塘改造为生态塘,净化尾水。污水处理工艺分别为:

1)田心村:生活污水→化粪池→一体化生物集成反应器→滨岸生态湿地→出水;2)桐木冲村:生活污水→化粪池→一体化生物集成反应器→生态塘→出水。

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田心村和桐木冲村远期污水系统规划图

结语

排水设施建设是美丽乡村风貌整治的重要内容,且排水设施规划与乡村集聚定居的空间形态有密切的关系。本文详细分析目前乡村排水基础存在的主要问题,并以问题为导向,结合乡村已有的排水设施与自身优势条件,因地制宜地提出适合两个典型乡村排水设施建设的经济实用且可操作性强的规划策略。

参考文献:

[1]广东省住房城乡建设厅. 广东省农村生活污水处理适用技术和设备指引[S]. 广东省: 2016.

[2]吉祝美, 李通林, 吕锡武, 等. 生态塘处理农村生活污水的效果分析[J]. 江苏环境科技, 2007(05):39-41.

[3]刘晶晶, 彭娟莹, 吴奇. 生态浮岛技术的研究现状及展望[J]. 湖南农业科学, 2014(15):47-49.

[4]吴丹. 黔东南岜扒村水生态基础设施规划设计研究[D]. 西安建筑科技大学, 2017.

作者:
谢家强,同济大学环境工程硕士,现任职于深圳市城市规划设计研究院
郭秋萍,北京大学环境工程硕士,现任职于深圳市城市规划设计研究院
曾小瑱,北京大学环境科学硕士,现任职于深圳市城市规划设计研究院


集聚型与分散型乡村排水设施规划策略研究

来源:知乎 www.zhihu.com
作者:深圳规划院

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