鄉村排污系統
來源： 閱讀：6219 更新時間：2011-07-26 13:33國內國外已有鄉村排污模式有干廁，糞尿儲罐、化糞池及小型污水處理單元，傳統城市排污，壓力管道排污，負壓管道排污，源頭清污分離的負壓生態排污。用水量，即排污量在一定范圍內與生活水平正相關。但無論污水量多少，人糞尿是排污系統中污染物、病原菌和營養鹽的最主要來源，所以生活污水的污染控制與資源化問題從根本上是人糞尿的污染控制和資源化問題。
鄉村排污系統建立的目標與意義主要體現在改善衛生條件，減少環境污染和實現生態良性循環。目前很多鄉村使用的干廁更多是一種原始、無衛生管理的干廁，特別是對生活水平較低的鄉村應當提倡和推廣符合現代衛生要求的生態型的干廁。在耗水和排污量大和不選用干廁的鄉村，發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排水模式在舒適度、衛生、節水、經濟性和生態方面具有顯著優勢。
一、對建立鄉村排污系統的目標與意義的理解
排污系統的建立是新農村建設的一個組成部分，建立鄉村排污系統的目標和意義應該有以下幾個方面：
1. 改善鄉村人口的生活條件，改善和保障鄉村的環境衛生；
2. 減少環境污染；
3. 從源頭控制入手，實現生態良性循環。
社會發展和進步的一個重要體現就是縮小城鄉差距。改善鄉村居住的舒適度，改善衛生條件，應是鄉村排污系統建立的最重要的目標。
從流域水污染總量的角度看，通常農業區域的主要環境問題是農田地表徑流所帶來的水體污染，農田本身的生態建設（如合理適量施肥，減小農田地表徑流，面源污染控制等）對大環境的污染控制更為迫切。但是從鄉村小環境角度看，無控制的排污會造成鄉村附近的水環境嚴重污染以及疾病的傳播，所以鄉村排污和污水控制具有減少小環境的污染和保障環境衛生的雙重意義。
中國大部分人口分布在農村，與城鎮相比，鄉村排污系統實現生態良性循環（人居與農田的物質交換）不僅對中國全面實現循環經濟和可持續發展意義重大，而且由于人口密度底、與農田距離近，在實施上與城市區域相比有明顯的優勢。
用水量，即排污量在一定范圍內與生活水平正相關。但無論污水量多少，人糞尿是生活污水中污染物、病原菌和營養鹽的最主要來源,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、分析國內外鄉村排污的不同模式。
二、鄉村排污模式
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－農田良性物質循環的一個非常經濟、有效的模式。
在我國很早就實現了人糞尿的農用。早在戰國時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所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（梁家勉，1989）。歷史上農民養地的方法一直是以農家肥、有機肥為主。進入上世紀八十年代以來，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％（李慶逵，1998）。
過去的四十年中全球人口增加一倍而化肥的生產量增加了十倍。磷、鉀是有限的資源，制造氮肥需要消耗大量的能量，所以從農業生態角度，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，糞尿穩定化處理不好、施用勞動強度大，衛生條件差也是重要原因。應引進發達國家使用的液體糞肥注射噴灑等機械方式來減少揮發，提高利用率，減小勞動強度。
特別需要強調的是傳統干廁應該在衛生條件方面有顯著改善，解決糞便穩定化不徹底，新舊糞尿界限不清等問題，解決鄉村通過人類排泄物帶來的病原菌的傳播感染問題。
歐洲的工業化與城市化以及農業機械化在歷史上發展幾乎同步進行，工農之間在收入上的差別一直較小。城市沖廁馬桶也同期在鄉村得到普及。但是近十多年來，歐洲發達國家，特別是在人口密度低的鄉村，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。如何理解這一變化呢？
除了以上所說的生態考慮外，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，糞尿上百倍的被稀釋，不僅得不到回收利用，而且造成水體污染。隨著鄉村生活水平的提高和污水量的增加以及環境要求和環境標準的不斷提高，鄉村分散的生活污水需要收集和處理。城市已有的下水道及污水處理廠模式或儲存、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有應用。
2.3傳統城市排水模式在鄉村應用的局限
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。但是無論是模擬計算還是歐洲已有的實踐均證明在排水工程實施和排水經濟性上對鄉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的經濟優勢的前提是污水量大，污水進入排水管密集，但這些條件鄉村一般不具備。
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) 人們通常會以為重力流排水可以不需要動力，但大多數情況下，即使在幾百人的鄉村，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 壓力管道排污
壓力管道排污十九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的住區得到采用。壓力管道排水可以是單線的管道，也可是壓力管網（如圖1示，根據德國規范[5]修改）。在壓力管道作為管網時通常在管網無流體輸送的一端加壓力空氣吹洗站用于控制和清洗管道。
在德國壓力管道排水多應用在1500服務人口以下的排水系統。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。
2.5 負壓排污
負壓排污已有一百三十多年歷史，十九世紀末曾在大城市（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2示意一個典型的負壓排水系統。由于系統可利用一個集中的負壓源實現排水，所以在鄉村、海濱等住區得到廣泛應用。由于管道處在負壓狀態下不存在輸送介質漏露問題，因此在水源保護區等特殊地區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域半徑通常在2－5公里。如需進一步輸送，可與壓力管道聯用。
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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。
三、源頭清污分離的負壓生態排污
負壓和壓力管道排污系統中住宅生產的污水通常先通過重力排水集水井然后再進入壓力或負壓管道。
負壓生態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省沖廁水（萬若環境的負壓便器耗水量可減少到0.3-0.8升/次）。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勢不僅局限于鄉村。圖3.1、3.2分別表示傳統城市排水和源頭清污分離的負壓排污模式。
德國Wuppertal研究所以1.5萬人規模為單位在德國應用條件下對以上兩種模式進行了分析與比較，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
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傳統城市排水
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源分離負壓排水
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供水kWh/人.年
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—25
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—15
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污水處理kWh/人.年
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—85
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—47
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總消耗kWh/人.年
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—110
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—62
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能量回收kWh/人.年
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0
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沼氣+110
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能量節約kWh/人.年
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0
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肥料生產+60
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能量總消耗kWh/人.年
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—110
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+108
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3. 污染物排放
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傳統城市排水
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源分離負壓排水
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COD kg/人.年
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3.6
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0.8
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N kg/人.年
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0.73
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0.2
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P kg/人.年
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0.07
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0.01
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K kg/人.年
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＞1.7
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＜0.6
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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每個居民每年346—431歐元，源頭分類的污水收集與處理為每個居民每年270－316歐元。
四、小結
中國目前鄉村總體生活水平與城市有較大區別，但鄉村發展水平也會千差萬異，既有貧窮落后的鄉村，也有較富裕的鄉村以及消費水平較高的旅游度假村和鄉村別墅區。從排污和排水的角度單純以“鄉村”作為定義似不恰當。歐美在行業中較多采用“小住區（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分[5]、[7]。
針對中國具體情況在鄉村排污的概念確立、規劃設計和實施中、鄉村規模、人口密度、廢水量（水的消費水平）、地形地貌等等特征比籠統的鄉村這一概念更重要。
中國鄉村仍普遍采用干廁，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. 中國目前很多鄉村使用的干廁更多是一種原始、無衛生管理的干廁，是鄉村疾病和瘟疫傳播的重要途徑；
2. 大部分現有的鄉村干廁不具備合理的糞尿穩定化條件，新鮮糞尿和已穩定化的糞尿彼此混淆。
3. 鄉村糞尿返田減少的一個重要原因是穩定化處理不好，衛生條件差和操作原始。
所以，至少在生活水平較低的鄉村普及符合現代衛生要求的生態型的干廁對衛生改善、污染控制和生態良性循環都有重大意義。
在耗水排污量大，特別是不選用干廁的鄉村，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、衛生、節水、經濟型和生態方面具有顯著優勢。
作者：張健博士，萬若環境
