（土地资源管理专业论文）基于规划视角的村镇固体废弃物和农村生活污水治理研究.pdf

摘要 随着农村社会经济的快速发展，农村居民的生活水平不断提高，固体废弃物的产生量和 产种类及生活污水的产量及污水中的污染物种类也随着经济的发展不断增加，造成我国农村 人居环境不断恶化。因此，对农村环境进行治理是很有必要的。本文针对造成农村环境问题 的两大因素一固体废弃物和生活污水分别进行研究：根据垃圾收运系统的优化方法和数学模 型，提出了同体废弃物的收集网络建设方法，并结合鹤壁市淇县北阳镇为实例进行了验证分 析。根据排水管网工程的相关理论与方法，提出农村生活污水排水管网的方法体系，并配以 人工湿地加以治理。 以乡( 镇) 域为研究对象，构建村镇固体废弃物同收网络系统，从源头治理固体废弃物 污染。确立村庄体系；固体废弃物的产量预测；布设村级垃圾集中点；根据集合覆盖模型和 费用现值最小模型选择中转站点。以鹤壁市淇县北阳镇为例构建固体废弃物收集网络。根据 北阳镇6 4 个自然村的发展现状、潜力、发展趋势等因素，构建了新的包含5 4 个自然村的村 庄体系；并在这5 4 个自然村布设村级垃圾集中点，并运用集合覆盖模型确定了8 个垃圾中 转站的待选点；运用整数规划建立整个垃圾收运系统总费用现值最小模型，进行总体优化， 从垃圾中转站待选点中优选出6 个中转站位置的最优组合，具体分布于蔡庄、青羊口、衡门、 玉女观、潘庄和十三里堡，并根据预测全镇农村固体废弃物日产生量为7 0 7 2 t ，确定每座中 转站每天接纳的垃圾量为l o t 、l o t 、l o t 、l o t 、l o t 、2 0 t 。通过固体废弃物收集网络的建设， 可有效制止农村固体废弃物的乱倒乱放，提高固体废弃物的收集处理率，改善农村环境，提 高环境质量。 生活污水的治理，本文根据我国农村的实际情况，以单个农村为研究对象，构建适用、 可行的农村生活污水排泄网络。农村生活污水的治理以鹤壁市淇县北阳镇高楼新庄为例。首 先，通过排水体制的比较研究，并结合高楼新庄的实际选择排水体制；然后，根据污水量的 预测理论预测高楼新庄的生活污水及雨水；然后，比较各种污水处理方式的优劣及适用条件 结合高楼新庄实际，最终确定采用单村污水集中处理方式；最后，根据排水管网的布设理论 确定高楼新庄的生活污水排泄网络，并最终形成了以由西向东为主、由北向南为辅，最终污 水汇集在村子东南部污水处理湿地的的排泄网络。 关键词：农村；固体废弃物；中转站；生活污水；排水管网 s t u d yo nt h em a n a g e m e n to fs o l i dw a s t e a n ds e w a g e i nt h et o w n a n dr u r a la r e af r o mt h ep e r s p e c t i v eo fl a y o u tt e c h n i q u e s s u p e r v i s o r ：m e n gq i n g x i a n g m a s t e r ( p h d 1 c a n d i d a t e ：s h a n gg u a n g j u n a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fr u r a le c o n o m y , r i s i n gl i v i n gs t a n d a r d si nr u r a l a r e a s ，s o l i dw a s t eo u t p u t ，t h ep r o d u c t i o no fs e w a g ea n dt h et y p eo fp o l l u t a n ti nt h e e f f l u e n ta r ei n c r e a s i n ga l o n gw i t he c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，w h i c hr e s u l t i n gi nr u r a l d e t e r i o r a t i n gl i v i n ge n v i r o n m e n t t om a k et h el i v i n ge n v i r o n m e n tb a di s n o tt h e p u r p o s et od e v e l o pt h ee c o n o m y a n di t i sn o ti nl i n ew i t l lo u rs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n ta n dt h eh a r m o n i o u ss o c i e t y sc o n s t r u c t i o n i nt h i se x t e n t ，i ti sn e c e s s a r y t ob r i n gt h er u r a ls o l i dw a s t ea n dw a s t e w a t e ru n d e rc o n t r 0 1 t h i sp a p e rr e f e r st ot h er e l a t e dt h e o r ya n dr e s e a r c hm e t h o d so fb o t hh o m ea n d a b r o a d a tt h es a l t l et i m ei tc o m b i n ew i t hv i l l a g er e a l i t y , f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fs o l i d w a s t em a n a g e m e n ta n dt a k eat o w na sau n i tt oc o n s t r u c tt h ew a s t er e c y c l i n gn e t w o r k ， s oa st ob r i n gt h es o l i dw a s t ep o l l u t i o nu n d e rc o n t r o lf r o mt h es o u r c e f r o mt h e p e r s p e c t i v eo fc o n t r o lt h ed i s o r d e r l yo fr u r a la r e a ss e w a g ed i s c h a r g e ，t h i sp a p e r t a k e s av i l l a g ea sau n i tt om a k eav i a b l er u r a ls e w a g ed r a i n a g en e t w o r kb a s e do ni t so w n n e e d s t h i sp a p e rt a k e st h eb e i y a n gt o w no fq i x i a nc o u n t y , h e b ic i t ya sa ne x a m p l e t os h o wt h ew a yt oc o n t r o lt h es o l i dw a s t e f i r s t ，a c c o r d i n gt o6 4v i l l a g e so fb e i y a n g t o w n sd e v e l o p m e n ts t a t u s ，p o t e n t i a l ，t r e n d sa n do t h e rf a c t o r st oe s t a b l i s han e w v i l l a g es y s t e m ；t h e n ，t op r e d i c tt h eo u t p u to f s o l i dw a s t e ，a n da c c o r d i n gt ot h el o c a t i o n t h e o r i e sa n dl o c a t i o nm o d e l st oc h o o s et h eb e s tm o d e l a tl a s t ，t a k et h es e tc o v e r i n g m o d e lt of i n dt h et r a n s f e rs t a t i o n sp o i n t st ob es e l e c t e d ，a n dt h e nu s ei n t e g e r p r o g r a m m i n gt o e s t a b l i s ht h ep r e s e n tv a l u eo ft h et o t a lc o s to fg a r b a g er e m o v a l s y s t e mt om a k eo p t i m i z a t i o n ，w h i c ht o c h o o s et h eo p t i m a lc o m b i n a t i o nf r o mt h e t r a n s f e rs t a t i o n sp o i n t st ob es e l e c t e d ，a n dt od e t e r m i n et h eo p t i m a lc o m b i n a t i o no f e a c hb l o c kt h ea m o u n to fw a s t et r a n s f e rs t a t i o n sa c c e p t e d t h i sp a p e rt a k e sn e wv i l l a g eo fg a o l o u ( b e i y a n gt o w n ，q i x i a nc o u n t y , h e b i c i t y ) a sa ne x a m p l et os h o wt h er u r a la r e a sm a n a g e m e n ta b o u ts e w a g e f i r s t ，b y c o m p a r i s o no ft h ed r a i n a g es y s t e m ，a n dc o m b i n e dw i t ht h ea c t u a lc h o i c eo fn e w v i l l a g eo fg a o l o ut oc h o o s ei t sd r a i n a g es y s t e m ；s e c o n d ，a c c o r d i n gt ot h ef o r e c a s t 5 9 v o l u m eo f s e w a g ea n dr a i n w a t e r ；t h e nc o m p a r et h ep r o sa n dc o n so fv a r i o u st r e a t m e n t m e t h o d sa n da p p l i c a t i o nc o n d i t i o n sc o m b i n e dw i t ht h er e a l i t yo fn e wv i l l a g eo f g a o l o u , t of i n a l i z eac e n t r a l i z e ds e w a g et r e a t m e n ti ns i n g l ev i l l a g e sw i d e ；f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h el a y o u to fd r a i n a g en e t w o r kt h e o r yt od e f i n et h ev i l l a g e ss e w a g e d r a i n a g en e t w o r k k e yw o r d s ：p u e b l o - v i l l a g e ；s o l i dw a s t e ；t r a n s f e rs t a t i o n ；s e w a g e ； 本论文受 “十一五 国家科技支撑计划重大项目 “农村住宅规划设计与建设标准研究”研究 “村镇规划与节地技术标准模式集成示范研究”课题 ( 2 0 0 8 b a j 0 8 8 0 1 7 ) 资助 致谢 光阴如梭，三年的研究生生活马上就要结束，除了不舍，更多的是满腔的感激和感 慨之前溢满我的胸膛。研究生的学习生涯是短暂的，但它留给我的记忆却是终生难忘的。 在硕士学习的这三年中，首先应感谢的是导师曲晨晓副教授对我初期的栽培，把我 “领进门”。他博学广智、诲人不倦、胸怀坦荡的人格魅力潜移默化的影响着我；同时更 要感谢孟庆香老师对我的辛勤教导，尤其是在论文写作的过程中，给予了我各方面的指 导和关怀。孟老师丰富的工程实践经验和严谨的治学之道，成为无形的鞭策，在本论文 的写作过程中从选题到写作真至收稿，每一步都是在孟老师的指导下完成，论文的最后 定稿更是凝结着老师大量的心血。在此，向导师孟庆香致以深深的谢意! 另外，还要感 谢张亚丽老师、李昕师兄、蔚霖老师在我学习、生活过程中给予的帮助和支持，谢谢! 其次，还要感谢我的家人，是他们给予了我无私的关怀和支持，为我创造各种优越 的条件，使我能够安心地完成学业；在我最彷徨、最无助的时候总是给予我有力的支持， 做我的精神支柱。 最后，我要感谢师兄李听、袁天佑，师姐闫艳伟，同窗陈丹杰、贺鹏飞、田华文、 张敏、杨曼曼，师弟朱槐文、石峡、别乾隆，师妹杨怡鑫、刘娇、秦文佳等，谢谢你们 在这三年里对我的关怀和帮助。三年的研究生生活凝聚了太多太多的美好回忆，这必将 是我一生的宝贵财富。在此，我衷心的希望朋友们将来都有一个好的征程! 希望走进社 会的我们都能够各展宏图，一展抱负! 尚广俊 2 0 1 0 年5 月于郑州 1 绪论 1 1 研究背景 随着经济社会的快速发展以及人口的不断增长，我国城市环境日益改善的同时农村污染 问题越来越严重。主要表现为污染源增加、污染物增多、污染范围扩大。环境污染和生态破 坏问题日益突出，不仅直接影响农业产量、农产品质量、农民收入和农业可持续发展，而且 还破坏了农村人居环境，已成为制约新农村建设和社会经济可持续发展的重要冈素【l 】。 目前我国多数农村没有相应的生活污水、生活垃圾处理设施，路边和河边成为堆放垃圾 的主要场所，不少村镇的生活污水都是随意倾倒，有的甚至直接排放到河流，致使农村“脏、 乱、差”现象十分严重，严重影响村民的生活生存环圳2 _ l 。 如果大量的生活垃圾、生活污水、畜禽粪便不能够妥善处理，所有这些都能严重地污染 大地、水体、大气和生物群落，导致农村生态环境恶化，严重危及人类的生存和发展【4 j 。而 这些污染物，一般以点源形式存在，如果进行有效的管理，治理起来难度相对要小一些。然 而我国农村在这方面的管理r 下作还很薄弱，因而农村生活污染又常常具有非点源扩散的特 点，其危害性和治理难度大大增加。同时因为资金、技术、农民的环保意识低等制约因素， 使得农民生活废弃物造成的环境污染越米越严重。 此外，随着我国经济的持续发展，我国农村的物质生活也极大丰富，对生活居住条件的 要求也越米越高。但与城市相对规范的有规划和较完善的基础设施( 如环卫设施、垃圾集散 系统、供排水系统) 相比，农村在这些方面明显落后，脏乱差现象突出。 因此，为贯彻国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 2 0 2 0 年) 和国家国民 经济和社会发展第十一个五年规划纲要精神，全面提升农村住宅发展科技创新能力、提高 农民生活质量，科技部联合建设部、国土资源部、教育部、国家标准化管理委员会、地方科 技厅( 委) 等部门，共同启动“十一五”国家科技支撑计划“农村住宅规划设计与建设标准 研究”重大项目。本项目以科技创新提高村镇建设的整体水平，增强规划的科学性，提升住 宅的功能与质量，节约有限的资源，改善农村的环境，引导农村城镇化健康发展。从源头上 控制家庭粪便和生活垃圾等带来的严重环境问题，改善农民的生活环境，基本达到“村容整 洁”。 1 2 研究意义 通过本文的研究，将解决由固体废弃物和生活污水造成的环境问题，进而改善农村生活 环境，提高环境质量，为人民提供良好居住环境，为实现农村的可持续发展提供智力支持， 为建设社会主义新农村、构建社会主义和谐社会和建设资源节约型和环境友好型社会服务。 1 3 国内外研究进展 1 3 1 国外研究进展 随着各国经济的快速发展，环境问题，特别是农村环境问题成为制约各国经济发展的重 要问题。在发达国家，高度集约化的经营模式要求使片j 大量化学制品，这就不可避免的导致 了农村环境的污染；在发展中国家，国情决定了其农业生产要实行粗放经营型的生产模式， 导致了土地的掠夺式开发，致使农村环境日益恶化。但随着可持续发展战略在全球范围内的 实施，农村环境问题越来越受到世界各国的重视。 欧美发达国家的农村环境治理工作起步较早，大都成立了农村环境的管理机构，形成了 以政府为主导的农村环保投入机制【5 l 。这些管理机构能制定完善的价格政策、税收和收费政 策、补贴政策等，并且有良好的配套措施，形成了较为完善的农村环境管理体系1 6 1 。 德国是欧盟重要的农业国之一，德国政府要求农业发展要权衡经济和环境利益，避免给 农田内外群落造成不良后果。各级政府都把制定环保法律放在头等位置，从1 9 7 2 年后开始建 立各项环保法律，到目前已形成较完善的各级政府的法律体系【7 1 。 欧盟相关法律对德国影响较大，德国能够很好地执行这些法律，并一直保持了其在欧盟 的领先地位。德国联邦政府和农业部确定了“农业政策的两大支柱”i s 】。改善农业结构， 就是指传统农业向生态农业或有机农业转移，普通无公害、无污染食品向纯天然食品和绿色 食品或有机食品转移。保护好江、海、河、湖周围的生态环境，则事关水产品安全和生物 多样性问题，更关系到居民引用水源问题和农村自然风光及农民生活质量。德国采取自下而 上的规划方法，由地方社区进行引导，相关主管部门审批。规划的参与主体比较广泛，包括 管理部门、企业、协会、村民等。地方政府可针对农村和区域经济发展、改善农业结构以及 自然资源保护等重要政策的制定【9 】。此外，县、区和社区政府在执行农村发展政策方面也担 当着非常重要的角色，除执行州项目外，他们还会制定并执行自己的政策，比如改进自然与 景观管理、保护水资源、特色旅游路线或加强地方道路网络等。兴建排污治理设施是防治水 环境污染的关键。在德国，几乎所有村镇都建有排污系统。农村排污系统的类型有两种：一 是混流式，即所有污水全部汇入同一管道网进行处理；二是分流式，即生活污水和工厂废水 与雨水等分管道汇集，分别处理。 美国农业发达、生产集约程度高，大量的化学制品的使用造成了土地生产能力下降和士 壤污染。为解决这些问题，美国农场主已从常规的种植制度调整为低投入种植制度：主要是 草田轮作和农作物与畜牧的混合经营。同时，美国政府每年从农业联合税中拿出大笔资金， 用于开展农业面源污染治理和资源保护工作。各州政府也都将农业面源污染治理列入专项开 支【1 0 】。美国实施严格的农村环境监管制度，建立了覆盖全国的农村环境监测体系。美国环 保局是一个独立的执法机构，拥有自己的警察队伍，具有一定的调查取证和处罚权。美国环 保局在法律授权下管理农药，还对农药施用者进行严格培训，并发放使用许可证，以达到提 高农药使用的科学性和保护环境的目的。为提高公民的环保意识，美国政府于1 9 9 0 年颁布了 国家环境教育法案。并且于1 9 9 8 年通过了防治农业公害法，为大力实施环境教育和 规范、引导农民与农场主行为提供了法制保障。 日韩的环境管理发展历程与中国相似，由于早期工业化和城市化的建设，导致城乡发展 不均衡，环境污染严重，但日韩在国家发展转型期适时加大了对农村环境建设投入，推进工 2 业反哺农业战略，使农村环境获得明显的改善与提高j 。日本的环境管理经过了一条曲折 的道路：日本曾发生过严重的环境污染事件，这极大地推动了政府和社会保护环境工作的开 展。目前，日本的大部分市町村地区基本上都配备了相应的污水、固体废弃物处置设施，这 为农村的环境和生态建设提供了切实保障。日本积极鼓励农村居民参与政府政策的制定，从 地区发展规划到地区环境建设事业的建设，再到一系列地区居民与建设事业的“共建”式活 动，充分反映了日本农村地区居民对地区建设事业的影响力，在某种程度上甚至是居主导作 用。农业协会是最重要的基层组织，农协在日本是一个代表农民利益的实体组织，有自己的 加工场所、技术开发和培训基地【l2 1 。实践证明，农协在贯彻政府农业政策、保护农业环境、 促进农业现代化和可持续发展方面，起到了十分重要的作用。日本还注重科学技术的作用， 把科技作为推动农村环保的重要推动力，十分重视发展有机农业。同时，日本还注重通过建 立环保型农业典型，宣传推广农业环保技术，成效显著。为引导和规范农民行为，日本出台 了废弃物处理法、水质污染防止法、公害纷争处理法、环境基本法、公 害健康损害赔偿法等多部法律法规。韩国将农村环境保护作为投资重点领域之一。从7 0 年代起韩国政府把农村开发列为国家发展战略并启动新村运动。在韩国农业农村实现了突飞 猛进的发展运动之初，韩国政府选择了农民最关心、最急需的环境整治作为新村建设的突破 口，着力解决农村中突出的垃圾乱倒、污水乱排的现象，使政府和农民的意愿一开始就处在 高度一致的和谐氛同中【1 3 1 。在2 0 世纪8 0 年代以后，韩国政府通过价格调控支持农村环境 保护，以十地整治引导农民科学种田，通过直接补贴保护环境敏感地区，并计划不断提高直 接补贴占投融资的比率。 1 3 2 国内研究进展 与欧美发达国家及日韩相比，我国农村环境工作起步较晚，历史遗留问题较多，保护和 治理任务艰巨。这是由我国在改革开放初期为发展经济、增强综合国力而形成的“重经济发 展，轻环境保护”发展思路造成的。但随着经济的发展，我国对农村环境越来越重视，学术 界也对农村环境污染问题作了一些研究，并取得了一定的成果。 ( 1 ) 对于农村环境污染的来源的认识，国内学者认为可以归纳为以下几类：农业生 产自身造成的污刹m 】。如农药污染严重，化肥施用量大，农膜残留、白色污染加剧，秸秆 焚烧，笛禽养殖业污染等造成环境污染；农村生活污水和生活垃圾不经处理直接排放对农 村环境造成的污染；乡镇企业的发展势头迅猛，但由于规模小、设备简陋、技术落后等原 因，乡镇企业也没有防止污染的设施，这就加剧了农村环境的恶化；城市工业“三废”污染 向农村蔓延。 ( 2 ) 对于农村环境污染的原因的认识，大多数学者都认为主要是由于农村环境保护机 构缺乏，环境保护基础设施缺乏，治理模式不合适，治理技术落后，资金来源不足，这都导 致了农村环境治理效率低下或对农村环境治理的缺位1 1 5 】。同时，农村居民环境意识淡薄也 是造成农村环境问题的原因之一。张晓文、陈静从农村环境立法缺位角度进行了论证，认为 3 目前我国没有一部独立的农业环境保护的法律法规，现有的法律法规已难以适应新的经济体 制的变化和需要。洪大用、乐小芳、李建平等人认为农村环境污染的另一个主要原冈是由于 城乡控制体系的二元性所导致的城市污染向农村转嫁。林群慧还认为是由于我国引用了美国 经济学家托达罗提出的农村劳动力向城市迁移决策和就业概率劳动力流动行为模型的缺陷 造成。刘玉琼则从意识原冈、体制原因、制度原因三方面进行了概况论述。曾鸣等认为现行 农地制度是导致农业生态环境恶化的内在制度成因。冷朝阳认为环境行政执法难是导致我国 农村环境问题日益恶化的直接的、现实的、主要的原因。由此可见，导致我国农村环境污染 的原因是多方面的。 ( 3 ) 针对我国农村环境存在的问题的认识，大多数学者都认同以下几方面的建议： 充分发挥政府干预作用，把防治污染摆在重要地位，并加强引导和监测；充分发挥舆论导 向作用，加强环境宣传教育：完善法律保障与监督体系，建立长效机制；依靠科技进步， 走生态农业发展之路。 此外，洪大用和林群慧还提出了消除城乡二元控制体系，通过积极发展小城镇来缓解农 村环境恶化的趋势【l 引。乐小芳从经济学角度提出了“谁受益，谁付费”引导性机制来建立保护 和补偿并重的环境资源使用权让渡受益的创新制度。张祖庆等从法律制度的角度提出了试图 通过制定一部专门的防治农村公害法，把农村环境保护纳入法治轨道；成立农村环境保护中 间性公益组织等办法解决我国农村环境污染问题【1 7 1 8 】。左婷则通过实证分析提出了农村环 境治理的非集约化概念。郑需勇从地方政府责任研究入手，探索了解决农村环境问题的科学 思路和有效对策。妙旭华就农村生态环境污染造成的经济损失方式和估算，提出了政府应该 加大对农村环境治理的投资力度。 1 3 3 国内外研究动态述评 综上所述，我国农村环境管理与发达国家相比还很不成熟，处于起步阶段。但追溯欧美、 日韩等发达国家的发展历程可以看出，它们也都或多或少的出现过与中国目前类似的农村环 境问题。因此，借鉴发达国家农村环境管理方面的成功经验对我国农村环境管理工作具有十 分重要的意义。但我国农村环境管理还有其特殊的一面，我国存在二元制结构，而发达国家 不存在这种结构，农村与城市差距不大，在环境治理方面能得到同等重视，这就减轻了农村 环境治理的压力。因此，我国在农村环境管理中既要借鉴国外发达国家的经验，又要结合 自身的特殊性。 随着我国经济的发展，政府越来越注重农村的发展。在建设新农村的时代浪潮下笔者认 为，应该充分运用国家的建设新农村的政策。 我国农村环境之所以得不到有效的改善，就是之前政府工作重心在发展城市，没有在农 村注入政策和资金的支持，使得农村环境基础配套设施不能够充分。因此，本文着重研究旨 在改善村镇生活环境的没施的规划、布局研究。 4 2 研究内容、方法和技术路线 2 1 研究目的 针对目前农村环境治理工作的缺位，公共服务配套基础设施的不足，村镇环境问题逐渐 恶化等问题，本文从规划布局的角度对造成农村环境问题的固体废弃物和生活污水进行治 理，力求从环境问题产生的源头解决问题，为推动农村环境改善，加快实现农村经济发展， 提供科技支撑。 2 2 研究内容 农村现存的环境问题是生活污水无序排放、生活垃圾乱堆乱放、粪便资源不能有效利用。 因此，本文主要以农村生活污水、生活垃圾及粪便这些主要的农村环境问题为研究对象。本 文研究内容主要有两个方面： ( 1 ) 固体废弃物的收集系统 固体废弃物的收集目的不是把固体废弃物进行一个简单的位移，而是为了避免其对农村 环境造成不好的影响，将收集的固体废弃物在垃圾处理厂进行统一集中的处理。基于农村固 体废弃物的数量较少及垃圾处理厂的建设成本等问题，需要从乡镇区域的角度统筹安排、统 一建设固体废弃物的收集、转运、处理系统。本文在研究该方面的内容时，以北阳镇为研究 整体，运用集合覆盖模型找出中转站的待选点，即片j 尽可能少的垃圾中转站去覆盖所有的村 级垃圾收集站；再运用整数规划建立整个垃圾收运系统总费用现值最小模型，进行总体优化， 从垃圾中转站待选点中优选出中转站位置的最优组合。 ( 2 ) 农村生活污水治理 基于大部分村庄没有排水管道或管道不健全造成农村生活污水乱排乱放，本文重点着眼 于村庄的排水管网的布局研究。以北阳镇高楼新庄村为例，通过村庄排水体制的选择、各种 排水量的估算等，统筹布置全村排水管道系统，最后并配备人工湿地处理系统，以达到更好 的农村生活污水治理目的。 2 3 技术路线 5 图2 1 技术路线图 f i g 2 1t h ec h a r to f t e c h n i c a ll i n e 6 3 村镇环境治理的相关概念 农村环境问题为人熟知的就是“三废”，农村“三废”是指秸秆、粪便、生活垃圾这三种垃 圾，它们属于同体废弃物的范畴。同时，农村生活污水的乱排乱放也是造成农村环境问题的 又一原因。 3 1 固体废弃物 固体废物指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有价值或者虽未丧失利用价值但被 抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳 入固体废物管理的物品、物质。但是，排入水体的废水和排入大气的废气则除外。 固体废物有多种分类方法，既可根据其组分、形态、来源区分也可就其危险性、可燃性 等分别区分19 1 。 ( 1 ) 根据其来源分为工业固体废物、农业废物、生活垃圾等； ( 2 ) 按其化学组成可分为有机废物和无机废物等； ( 3 ) 按其形态可分为同态废物( 如玻璃瓶、报纸、塑料袋、木屑等) 、半固态度物( 如 污泥、油泥、粪便等) 和液态、气态废物( 如废酸、废油与有机溶剂等) ； ( 4 ) 按其污染特性可分为危险废物和一般废物； ( 5 ) 按其燃烧特性可分为可燃废物( 如废纸、废塑料、废机油等) 和不可燃废物( 如金 届、玻璃、砖石等) 。 农村固体废弃物是按农村这一地域范畴界定的同体废物，从广义上说，农村l 矧体废物是 产生在农村的固体废弃物，主要包括农村生活垃圾、农作物秸秆和畜禽粪便。 3 1 1 生活垃圾 生活垃圾是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法 律、行政法规规定视为生活垃圾的i 古i 体废物【2 0 】。农村生活垃圾是指在农村这一地域范畴内， 在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物。 农村生活垃圾的主要成分主要是：厨房废弃物( 废菜、煤灰、蛋壳、废弃的食物) 以及 废塑料、废纸、碎玻璃、碎陶瓷、碎纤维、废电池以及其他废弃的生活用品等，组成成分十 分复杂【2 l 】。 3 1 2 农作物秸秆 、 农作物秸秆是指农作物在种植、收割、交易、加工利用和食用等过程中产生的源自作物 本身的同体废物，包括根、枝、叶、秆、果、花等f 2 2 1 。 2 0 世纪7 0 年代以前，农作物秸秆是人们主要用来做燃料和牲畜饲料，由于当时农作物产 量水平低，秸秆数量有限，多数情况下产不敷用。自8 0 年代以来，随着农作物产量的提高， 秸秆产量也随之增加，同时农村的能源结构也产生了变化，秸秆不再是人们烧菜做饭的唯一 能源；再者由于畜牧业发展滞后，需要消耗的秸秆较少；秸秆直接还田又受到许多限制，开 始出现秸秆过剩现象。由于过多的秸秆无法处置，大多堆放于房前屋后，严重影响农村生活 7 环境，不少地方直接在田问焚烧，也造成环境污刹2 3 1 。 3 1 3 畜禽粪便 畜禽粪便指家眚和家禽的排泄物，主要有猪粪、狗粪、牛粪、马粪、驴( 骡) 粪、兔粪、 鸡粪、鸭粪、鹅粪等。 3 2 生活污水 在农村人们的生活和生产中，使用着大量的水，水在使用过程中受到不同程度的污染， 改变了原有的化学成分和物理性质，这些水称作污水或废水。在农村，按照废水的来源主要 有生活污水和被污染的雨水。 农村的生活污水主要由厨房污水和洗涤废水等组成，一些发达地区还包括冲厕用水。另 外，由于我国农村人1 3 数量多且分散，往往没有任何生活污水的收集和处理设施【2 4 1 ，污水 的排放仍采用原始简单的排放方式，即通过下水道排入附近河道、池塘或随意泼洒在地上， 从而直接或间接对地表水和地下水造成污染。 被污染的雨水一般指初期雨水。但初降雨时所形成的雨水径流会携带和冲刷大气地面和 屋面上的各种污染物质，使其受到污染，其污染程度很高，所以形成初雨时径流的雨水是污 染最严重的部分，应予以控制。 8 4 村镇固体废弃物收集点的规划布局与实例应用 4 1 村镇固体废弃物收集网络的构建方法 4 1 1 确立村庄体系 确定村庄体系是为了改变农村现状的建设用地无序增长、布局不合理、基础设施落后、 公共服务设施不全的状况，以资源环境保护为前提，通过合理优化村庄发展布局，有效配置 公共设施，不断完善农村的发展条件，最终达到最佳发展状态的科学分析与发展【2 5 6 1 。 现有对村庄整合分类的研究成果中，所针对的多是农村居民点的整合与分类，即对农村 居民点进行现状问题分析并将村庄按一定的标准进行分类引导。现有的村庄整合中有代表性 的主要可归纳为以下几种，见表4 1 。 表4 1 村庄整合类型 t a b l e4 it y p e so f v i l l a g er e n o v a t i o n 村序整合类型划分分类标准 村庄保留式 积极发展模式 适度发展模式 控制发展模式 村庄迁移模式 村庄合并模式 村庄改居模式 根据地方发展需要及地方特点 根据地方发展需要及地方特点 村庄条件很差，如位于深山j i ! l ! 模小，交通小便等 地处深山交通不便的村庄或规模较小的村庄 具有文化遗产性质的居民点 由于人口城镇化等原因人口规模逐渐减小的村庄 距离中心村镇较近的规模较小的村庄 城市规划区内的农村居民点 4 1 1 2 村庄发展的相关理论 ( 1 ) 区域整体理论 2 0 世纪美国最杰出的人文科学火师芒福德( l e w i sm u m f o r d ) 可谓区域整体发展思想研 究方面最具代表性的人物，他针对当时城市发展所面临的困境，提出建立综合性的、城乡融 合的区域发展框架才是最终解决问题的方法。芒福德还强调在寻求解决途径的过程中，应更 多地将目光转向农村地区，而不能继续将农村当成城市的附属品来看待。他指出，城市与乡 村及其所依赖的区域原本是不应该分开的，它们是规划有关的、密不可分的两个方面，在“区 域整体论”( r e g i o n a li n t e g r a t i o n ) 中提倡将大中小城市相结合、城市与乡村相结合、人工环 境和自然环境相结合，并主张建造多中心且范罔更加广阔的区域综合体，即以区域作为规划 分析的主要单元，在地区生态环境的承载能力限度内建立若干独立自主又互相联系、密度适 中的社区，包括大、中、小城市以及农村的小型乡镇、村镇等，通过整体化的、清晰的区域 交通体系的联系，最终形成网络式的空间结构体系【2 7 1 。 ( 2 ) 生态经济学理论 生态经济学理论认为：生态经济平衡以生态平衡为基础，并与经济平衡有机结合而成的 一种平衡形式，它是生态平衡与经济平衡的矛盾统一体。从长远目标来看，生态目标和经济 目标应该是统一的。失去生态与经济平衡的经济增长，只能是暂时的增长，最终必然导致经 9 济失调和衰退，这正是可持续发展所强调的资源永续利用和环境的不断优化观点所要避免 的。生态经济平衡是经济社会最优化发展模式，是实现可持续发展的保障。 ( 3 ) 门槛理论及门槛分析 门槛是指事物发展过程中的一个界限、一个限度或一个临界值。在村庄规划中，门槛是 指村庄在发展过程中遇剑的某些限制，或从量变到质变的某个转折点。 门槛理论的雏形是波兰学者b 马利士在讨论居民点规划经济问题的著作城市经济建 设一书中提出的。促使门槛理论发展的原因主要有两点：一是为了能够在某种明确可变的 标准下评价各个不同的空间发展规划方案，人们不断寻求种切实可行的定量分析方法；二 是如果物质环境规划与决策要真正的影响和驾驭城市的发展，就必须把空间规划与经济学的 丰富内涵有效的联系起米。门槛理论在促进规划中经济学及其他学科的渗透、加强规划与其 他学科的联系方面产生了很大的作用。 该理论认为在居民点发展中，有三种限制条件；一是地理环境条件；二是基本工程管网 状况与铺没的技术限制；三是居民点结构改建上的限制。这些限制就是“门槛”。也就是说居 民点发展中要克服这些限制，而进行一次性的巨大投资，城市居民点如此，农村居民点亦是 同n r 2 硼。 4 1 2 固体废弃物产量预测研究 4 1 2 1 固体废弃物产生量的影响因素分析 影响生活垃圾因素可分为直接影响因素和间接影响因素。直接影响因素是指直接导致生 活垃圾产生量和成分发生变化的因素，主要包括人口、居民生活水平。间接影响因素是指通 过对居民行为的影响而间接改变生活垃圾产生量和成分的因素，主要包括自然因素( 气候) ， 个体因素( 4 - 体行为习惯、生活方式、受教育程度等) ，以及社会因素( 社会行为准则、社 会道德规范、法律规章制度等) 2 9 】。 由于间接影响因素很难选取指标进行定量分析，在实际预测应用中仅适用于定性分析； 而在定量预测农村生活垃圾产生量时，需选取直接影响因素指标构造数理统计模型。通过上 述分析，我们将直接影响冈素指标分为人口、居民生活水平和居民生活生产方式。 4 1 2 2 固体废弃物产量预测 ( 1 ) 基期年农村生活垃圾产量 基期年农村垃圾总产量= 农村人口人均垃圾产生量x 3 6 5 ( 4 1 ) ( 2 ) 基期年农作物秸秆年产生量 不能食用的农作物根、茎、叶统称为秸秆。秸秆元素组成主要为碳、氢、氮、磷、钾等。 农作物秸秆的发生量可根据农作物的产量进行计算： 匕= 丝掣 件2 ， 秸秆资源量= 作物产量秸秆比 1 0 其中秸粮比因农作物的种类不同而不同，如表4 2 所示。在粮食作物中，统计计算包括 玉米、小麦、豆类，薯类、高粱以及其它谷物；在经济作物中，统计计算主要包括油料作物、 瓜类以及棉花作物等。 表4 2 各种作物的秸粮比 t a b l e4 2t h er a t i ob e t w e e nt h ew e i 【g h to fs t r a wa n dt h ep l a n t s 每头年平均排粪量t6 40 7 90 7 30 0 5 5o 0 5 ( 4 ) 人粪资源估算 每年人粪尿产生量= 排泄参数农村人口总数x 3 6 5 x ( 1 利用率) ( 4 4 ) 其中：排泄参数即指每人每天排放的尿量，体重5 0 k g 的人，每天排泄粪0 5 蝇，尿1 k g ， 即每年每人排粪量1 8 2 5 l 【g 、尿3 6 5 k g 。人尿t s 以0 4 ，把人尿折算成人粪。 ( 5 ) 同体废弃物预测 在获知基准年吲体废弃物产生量和该地固体废弃物产生量年增长率的条件下，可用增长 率公式米预测若干年后的垃圾年产量。其预测公式为： t = l ( 1 + p 广 ( 4 - 5 ) 式中：t n 年后的固体废弃物年总产量； t n 一基准年同体废弃物年总产量； p 一垃圾平均年增长率( ) ，我国的一般为3 5 ； n - - 距基准年的年数。 4 1 3 国体废弃物回收网络 固体废弃物收运通常包括三个阶段【3 0 】： 第一阶段：从垃圾发生源到垃圾桶的过程，即搬运与贮存。 第二阶段：垃圾的清除( 简称清运) 。通常指垃圾的近距离运输。清运车沿一定路线收 集清除垃圾集中点的垃圾，并运至垃圾中转站，有时也可就近直接运至垃圾处理处置场。 第三阶段：转运，特指垃圾的远距离运输，即在转运站将垃圾转载至大容量运输工具上， 运往远处的处理处理场。 后两个阶段需应用最优化技术，将垃圾源分配到不同处理场，使成本降到最低。 本文主要针对垃圾中转站规划选址，对北阳镇的生活垃圾收运系统进行优化研究。 4 1 3 1 村级垃圾集中点 村级垃圾集中点是村庄存放全村产生的固体废弃物的公用设备。村级垃圾集中点的设置 一方面可以将村民生产的垃圾集中存放，另一方面也可以方便全镇垃圾的集中收集处理。 4 1 3 2 中转站 生活垃圾中转站是连接垃圾产生源头和末端处置系统的结合点，起到处理垃圾的枢纽作 用。他的主要功能在于压缩、分拣、大件垃圾的破碎及打包、转运。它实现了垃圾收集与运 输的集中化、压实化、分类化、封闭化。已建项目近年来的运行表明其缩小垃圾体积、减轻 垃圾重量、大容积全封闭运输、操作全自动化等优点，较大地改善了以前城市垃圾收集与运 输设施落后、污染严重、操作繁杂、管理困难、效率低下等状况，为减少生活垃圾污染，改 善城市环境质量，提升环卫作业水平，降低运行管理成本提供了一种先进的手段【3 l 】。 4 1 4 3 综合处理厂 综合处理厂处于回收网络的末端，对实现生活垃圾的资源化、减量化、无害化起着关键 作用。综合处理厂具备填埋、堆肥、焚烧焚烧发电功能，接收来自中转站的垃圾，进一步 分选后，按照其特性采取不同的处理方式。 4 1 4 4 混合整数规划法 整数规划是模型中含有整数变量的规划模型，整数规划是规划论中近3 0 年才发展起来一 个重要分支。主要是由于经济管理中的人量问题抽象为模型时，人们发现许多量具有不可分 割性，因此当它们被作为变量引入到规划中时，常要求满足取整条件。如生产计划中，生产 机器多少台( 整数) ；人力资源管理中，招聘员工多少人( 整数) ；物流管理中，从一个港 口到另一个港口的集装箱调运数量( 整数) ；此外，整数规划还可以描述和处理互斥决策行 为。如运作管理中的决策问题：工厂选址、超市选址、人员的工作指派、设备购置和配置、 系统可靠性设计、机床加工任务的均衡分派、线路设计中的接点串联设计、信号系统的代码 设计：物流管理中，物流中心的定点决策；以及金融和项目投资中的组合投资和项目选择等 等，其规划模型中往往可以引入逻辑变量( 即变量仅取0 或l 两个值) 来反映冲突因素和抉择。 另外，整数规划还可以实现不相容状态下，分散模型的模式统一，加强问题系统研究的 集成性。因此，整数规划模型不属于线性规划范畴，而属于一种新的类型，整数规划在实践 中有比线性规划更为广泛的应用空间。 仅要求部分变量取整数的规划称为混合整数规划，混合整数规划模型是一种在供应链设 计及重组过程中被经常采用的定量模型。混合整数规划包含了整数、0 1 和线性3 种类型的决 策变量，它的形式与线性规划问题一致。在早期的研究中，由于受计算能力的限制，分解算 法的研究和应用十分广泛，即将大规模的混合整数规划模型在迭代求解的过程中分解成易于 求解的小规模问题。在供应链管理中，人们常常用本德分解方法币u p f i m a 目标分解方法来进 行求解，m i l p 通常被用米解决网络设计模型，如分销网络、生产与分销综合网络等问题的 设计和优化。在本文的研究中，混合整数规划模型将用于回收网络定位和优化的分析。 1 2 4 1 4 回收网络系统建模 4 1 4 1 选址优化理论基础 ( 1 ) 选址问题分类 在建立一个选址模型之前，首先要考虑选址的对象、选址的目标区域特征、选址目标、 成本函数以及选址约束等问题。根据这些问题的不同，选址问题可以被归为