本文發(fā)表于《北京水務》2006年第4期
鄉(xiāng)村排污系統的探討
張健
（萬若（北京）環(huán)境工程技術有限公司 100037）
中圖分類號 X703 文獻標識碼 B
文章編號 1673 - 4637 ( 2006) 04-0049-03
摘要 目前很多鄉(xiāng)村使用的干廁更多是一種原始、無衛(wèi)生管理的干廁，對生活水平較低的鄉(xiāng)村應當提倡和推廣符合現代衛(wèi)生要求的生態(tài)型的干廁。在耗水、排污量大和不選用干廁的鄉(xiāng)村，發(fā)達國家經驗表明采用城市傳統排水模式（重力流加泵站）在經濟性上有很大局限。壓力或負壓排水成為重要的排污方式，源頭分離收集的負壓生態(tài)排水模式在舒適度、衛(wèi)生、節(jié)水、經濟性和生態(tài)方面具有顯著優(yōu)勢。
關鍵詞 鄉(xiāng)村排污 生態(tài)排水 源分離
1 建立鄉(xiāng)村排污系統的目標與意義
排污系統的建立是新農村建設的一個組成部分，建立鄉(xiāng)村排污系統的目標和意義有以下幾個方面：①改善鄉(xiāng)村人口的生活條件，改善和保障鄉(xiāng)村的環(huán)境衛(wèi)生；②減少環(huán)境污染；③從源頭控制入手，實現生態(tài)良性循環(huán)。改善鄉(xiāng)村居住的舒適度，改善衛(wèi)生條件，應是鄉(xiāng)村排污系統建立的最重要的目標。
人糞尿是生活污水中污染物、病原菌和營養(yǎng)鹽的最主要來源，含污水中有機污染物總量的 60%，氮和磷總量的 90%以上，鉀總量的約 70% [1 - 2 ] 。所以生活污水的污染控制與資源化的核心是人糞尿的污染控制和資源化。
以下介紹、分析國內外鄉(xiāng)村排污的不同模式。
2 鄉(xiāng)村排污模式
2.1 傳統干廁及其現代意義
干廁系統是人居最早的排污模式，也是保持人居 - 農田良性物質循環(huán)非常經濟、有效的模式。
在我國很早就實現了人糞尿的農用。早在戰(zhàn)國時期使用農家肥已相當普遍，如韓非子在《解表》中寫“積力于田疇，必且糞溉”。在秦漢時期就有人廁和豬圈建在一起的記載，還使用了“圈中熟糞”的描述，表明已經有堆漚加工的實踐[3]。歷史上農民養(yǎng)地的方法一直是以農家肥、有機肥為主。進入20世紀80年代，化肥供應越來越充裕，從1980年起，使用量開始超過農家肥，到目前我國肥料投入中只約有35%來自有機肥。盡管鄉(xiāng)村仍保留了原有的干廁系統，但是人糞尿返田農用在大大減少。據統計，目前人糞尿的利用率不到30% [4]。
從農業(yè)生態(tài)角度，人居與農田的物質交換、人類排泄物返田有重要意義。我國糞尿返田量的減少除了與農民可以接受化肥的價格外，糞尿穩(wěn)定化處理不好、施用勞動強度大、衛(wèi)生條件差也是重要原因。需要強調的是傳統干廁應該在衛(wèi)生條件方面有顯著改善，解決糞便穩(wěn)定化不徹底，新舊糞尿界限不清等問題，解決鄉(xiāng)村通過人類排泄物帶來的病原菌的傳播感染問題。
近10多年來，歐洲發(fā)達國家，特別是在人口密度低的鄉(xiāng)村，干廁開始得到提倡和應用。典型的是北歐國家越來越多的人接受干廁和糞尿分離的廁所系統。
除了以上所說的生態(tài)考慮外，經濟上的考慮也是重要原因。采用沖水馬桶和流行的城市排水模式，糞理廠模式或儲存、車運、集中處理站處理的方式費用都太高，而采用干廁收集處理糞尿便成了一個重要的替代方案。這時生活雜排水和雨水由于污染程度低，可采用多種低成本的方法（自然或人工）得到有效凈化，避免污水輸運所帶來的費用。
2.2 糞尿儲罐、化糞池及小型污水處理單元
糞尿儲罐、化糞池、污水儲罐及小型污水處理單元在中國鄉(xiāng)村應用很少，主要原因是普遍應用干廁，人均用水量小以及對污水排放沒有控制要求。
歐洲鄉(xiāng)村在無法接入污水管網的情況下該類方法成為排水的主要模式。由于排放控制要求的提高，近年來，如德國，一家一戶的單體 MBR 污水處理單元已經開始應用。
2.3 傳統城市排水模式在鄉(xiāng)村應用的局限
歐洲早期城市化時期建立的重力流為主混合排水模式被當今世界各國采用。但無論是模擬計算還是已有實踐，均證明在排水工程實施和排水經濟性上對鄉(xiāng)村來說存在很多問題，主要有以下幾個方面的原因：
（1）以重力為主的城市排水模式經濟優(yōu)勢的前提是污水量大，污水進入排水管密集，但這些條件鄉(xiāng)村一般不具備；
（2）流量小時要求管道坡度大，從而導致埋深增加快和增加中途提升。如采用大管徑小流量時，由于流速太低又會造成管內沉積物過多和管道堵塞；
（3）在大多數情況下，即使在幾百人的鄉(xiāng)村，采用重力流排水時，實際中常不得不通過泵站來實現排水系統的運轉。
所以在歐洲的鄉(xiāng)村替代的排水模式— —壓力和負壓排水得到較廣泛的應用。
2.4 鄉(xiāng)村排水的替代方案
2.4.1 壓力管道排污
壓力管道排污19世紀在歐洲已經開始應用，城市排污系統中大水量密集性的排水成為主導排水模式后，壓力管道排水僅在小的分散住區(qū)得到采用。壓力管道排水可以是單線管道，也可是壓力管網。
在德國，壓力管道排水多應用在服務人口1500以下的排水系統。壓力管道排水系統的最大缺陷是每一個排水點必須要有動力源即增壓泵，所以很多情況下壓力管道排污的應用受到局限。
2.4.2 負壓排污
負壓排污已有130多年歷史，19世紀末曾在大城市（如德國柏林）的排水中得到應用。其基本原理是利用負壓作為動力實現排水。圖1為典型的負壓排水系統給。由于系統可利用1個集中的負壓源實現排水，所以在鄉(xiāng)村、海濱等住區(qū)得到廣泛應用。由于管道處在負壓狀態(tài)下不存在輸送介質漏露問題，因此在水源保護區(qū)等特殊地區(qū)負壓排水成為一個重要的排污方式。
單個的負壓源所覆蓋的區(qū)域半徑通常在2～5 km。如需進一步輸送，可與壓力管道聯用。傳統的負壓管道排污系統中住宅產生的污水通常先通過重力排水集水井然后再進入負壓管道。
3 源頭清污分離的負壓排污及與傳統模式的比較
源頭清污分離的負壓排污的核心是將負壓管道與便器直接相聯，進而實現最大程度地節(jié)省沖廁水，目前負壓便器耗水量可減小到平均約0.3～0.8 L/次[ 2 ] 。糞尿通過負壓系統單獨收集、輸送和處理，而其他雜排水由于污染負荷低，根據地形地貌的具體條件采用低能耗和無能耗的途徑進行凈化。雨水最大程度地反滲地下水（蓄、滲），多余出來的徑流部分與雜排水統一管理。
負壓“抽”廁后的糞尿、大便、衛(wèi)生紙自然破碎，介質流動性好，因為只是單獨對少量的糞尿污水進行遠距離輸送，系統總體能耗低。
該模式所達到的效果是：①入廁與城市沖水馬桶相同；②利用負壓實現源頭最大節(jié)水；③系統總體能耗低；④糞尿單獨負壓輸送集中處理、資源化；⑤雜排水、雨水通過就近處理和蓄、滲從而達到資源化（反滲地下水、增加地表景觀水）并把輸水費用降至最低。
源頭清污分離的負壓排污模式的優(yōu)勢不僅局限于鄉(xiāng)村。圖2、3分別表示傳統城市排水和源頭清污分離的負壓排污模式。
圖 2 傳統城市排水系統
圖 3 源頭分類的負壓排污系統
德國 Wuppertal 研究所以1.5萬人規(guī)模為單位在德國應用條件下對以上2種模式進行了分析與比較[5]，主要結果如下：
（1）建筑材料的消耗。傳統污水模式約有90%的材料消耗用在了污水排水系統。源頭分類的污水排水系統僅為傳統模式的 1/3～1/2；
（2）能量消耗。能量對比結果見表1。源分離負壓排水在節(jié)能方面的優(yōu)勢主要來自源頭節(jié)水以及污水輸送和處理量減少，能量回收和由于減少化肥生產而帶來的間接效益；
（3）污染物排放。污染物排放總量對比參見表2。在源頭將糞尿分離后大部分的有機物得到去除，營養(yǎng)鹽N、P去除率達到90%以上，已經達到和超過了傳統污水處理廠的去除率，不含糞尿的雜排水通過進一步處理，污染物總排放量顯著小于傳統排水模式；
（4）現行價格體系下的費用。傳統污水排水系統及處理廠的總費用為346～431歐元/（人·a），源頭分類的污水收集與處理為270～316歐元/（人·a）。
表1 能量消耗對比
kW·h/（人·a）
排水模式 | 供水 | 污水處理 | 總消耗 | 能量回收 | 能量節(jié)約 | 能量總消耗 |
傳統城市排水 | -25 | -85 | -110 | 0 | 0 | -110 |
源分離負壓排水 | -15 | -47 | -62 | 沼氣+110 | 肥料生產+60 | +108 |
表2 污染物排放總量對比
kg/（人·a）
排水模式 | COD | N | P | K |
傳統城市排水 | 3.6 | 0.73 | 0.07 | >1.7 |
源分離負壓排水 | 0.8 | 0.2 | 0.01 | <> |
4 結語
中國目前鄉(xiāng)村總體生活水平與城市有較大區(qū)別，但鄉(xiāng)村發(fā)展水平也會千差萬異，既有貧窮落后的鄉(xiāng)村，也有較富裕的鄉(xiāng)村以及消費水平較高的旅游度假村和鄉(xiāng)村別墅區(qū)。從排污和排水的角度單純以“鄉(xiāng)村”作為定義不恰當。歐美在行業(yè)中較多采用“小住區(qū)(Small Community)”或“排水的替代方案(Alternative Sanitation Concept)”、“壓力排污管道(Pressure Sewer)”或“負壓排污管道(Vacuum Sewer)”來與流行的城市排水方式相區(qū)分[3, 6]。
針對中國具體情況在鄉(xiāng)村排污的概念確立、規(guī)劃設計和實施中鄉(xiāng)村規(guī)模、人口密度、廢水量（水的消費水平）、地形地貌等特征比籠統的鄉(xiāng)村這一概念更重要。
中國鄉(xiāng)村仍普遍采用干廁，盡管干廁從物質流的角度是人居與農業(yè)物質交換的一個理想途徑，但以下問題不應忽視：
（1）中國目前很多鄉(xiāng)村使用的干廁更多是一種原始、無衛(wèi)生管理的干廁，是鄉(xiāng)村疾病和瘟疫傳播的重要途徑；
（2）大部分現有的鄉(xiāng)村干廁不具備合理的糞尿穩(wěn)定化條件，新鮮糞尿和已穩(wěn)定化的糞尿彼此混淆；
（3）鄉(xiāng)村糞尿返田減少的一個重要原因是穩(wěn)定化處理不好，衛(wèi)生條件差和操作原始。所以，至少在生活水平較低的鄉(xiāng)村普及符合現代衛(wèi)生要求的生態(tài)型的干廁對衛(wèi)生改善、污染控制和生態(tài)良性循環(huán)都有重大意義。
在耗水排污量大，特別是不選用干廁的鄉(xiāng)村，采用城市傳統排水模式（重力流加泵站）在經濟性上有很大局限，壓力或負壓排水成為重要的替代方案。源頭分離收集的負壓排水模式在舒適度、衛(wèi)生、節(jié)水、經濟型和生態(tài)方面具有顯著優(yōu)勢。
參考文獻
[1] Otterpohl,R., Oldenburg, M., Buettner, S.(1999): Alternative Entwaesserungskonzept zum Strommanagement, Korrespondenz Abwasser (46), Nr. 2.
[2] 張健.(2006)：城市生態(tài)排水[J].中國環(huán)保產業(yè)，2006，( 3) .
[3] 梁家勉.中國農業(yè)科技史稿[M].北京: 農業(yè)出版社，1989.
[4] 李慶逵，等.中國農業(yè)持續(xù)發(fā)展中的肥料問題[M].江西：科學技術出版社，1998.
[5] ATVRegelwerk(1992): Besondere Entwaesserungsverfahren Unterdruckentwaesserung- Druckentwaesserung .
[6] Tchobanoglous , G. , Burton, F. (1991): Wastewater Engineering, McGraw- Hill.
（責任編輯：劉培英）
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