江浙滬地區(qū)農(nóng)村生活污水污染調(diào)查

李新艷，李恒鵬①，楊桂山，賀 斌，華夢飛，王 亮，紀(jì) 丞，于詩赟，龐 業(yè),陳 健

(1.中國科學(xué)院流域地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,江蘇 南京 210008; 2.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院,江蘇 南京 210044)

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江浙滬地區(qū)農(nóng)村生活污水污染調(diào)查

李新艷1，李恒鵬1①，楊桂山1，賀 斌1，華夢飛2，王 亮2，紀(jì) 丞2，于詩赟2，龐 業(yè)2,陳 健2

(1.中國科學(xué)院流域地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,江蘇 南京 210008; 2.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院,江蘇 南京 210044)

采用問卷調(diào)查的方法，研究了太湖流域農(nóng)村生活用水量、污水產(chǎn)生量、空間分布及生活污水去向，為準(zhǔn)確核算農(nóng)村生活污水污染物負(fù)荷提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明：農(nóng)戶人均日用水量與農(nóng)戶收入水平之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，上海平原區(qū)農(nóng)戶人均日用水量最高。受生活水源和水價(jià)約束等因素的影響，江蘇和浙江丘陵區(qū)農(nóng)戶平均日用水量高于平原區(qū)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)年用水量與生活污水污染物的空間差異主要與所處地形區(qū)、常住人口數(shù)量、農(nóng)民收入水平以及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡有關(guān)。雖然化糞池在太湖流域農(nóng)村地區(qū)得到了普及使用，但是只有廁所污水和一部分浴室、廚房污水被收集起來進(jìn)入化糞池進(jìn)行初步處理，30%～50%的廁所污水經(jīng)初步處理以后排入河流，對地表水環(huán)境造成的污染不容忽視?，F(xiàn)有的污水處理設(shè)施并不能有效減輕流域內(nèi)農(nóng)村生活污水排放對地表水環(huán)境的壓力。

用水量；農(nóng)村生活污水；污水處理設(shè)施

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,中國農(nóng)村生態(tài)環(huán)境有加劇惡化的趨勢。唐麗霞等[1]開展了全國26個省150個村的農(nóng)村環(huán)境污染調(diào)查,結(jié)果顯示,76%的調(diào)查村莊環(huán)境受到污染。黃季琨等[2]調(diào)查了全國5省101個村的環(huán)境污染現(xiàn)狀,結(jié)果表明,1998—2008年農(nóng)村環(huán)境惡化的村占44%,5個樣本省份(江蘇、四川、陜西、吉林、河北)中,位于太湖流域的江蘇省環(huán)境綜合污染程度位居榜首。太湖流域位于長江三角洲的核心區(qū),是我國人口最稠密和經(jīng)濟(jì)發(fā)展最具活力的地區(qū)。該地區(qū)城鎮(zhèn)化水平、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民收入水平在全國處于前列,然而在農(nóng)村地區(qū),大多數(shù)村莊分散分布,水沖廁所普遍,污水處理設(shè)施的普及率與利用率不高,除少部分位于城鄉(xiāng)結(jié)合處的村莊納入污水收集管網(wǎng)以外,大多數(shù)村莊的生活污水經(jīng)化糞池簡單處理后,直接就近排放到自然水體,所以太湖流域農(nóng)村生活污水排放量大,難以集中處理[3]。近年來,太湖及其流域的水環(huán)境質(zhì)量呈嚴(yán)重惡化趨勢,2009—2013年連續(xù)5 a太湖總體水質(zhì)為劣V類或V類(總氮參評)[4],太湖入湖河道水質(zhì)污染程度呈明顯上升趨勢[5-7]。農(nóng)村生活污水排放對水環(huán)境的危害引起廣泛關(guān)注[8-14]。研究太湖流域農(nóng)村生活用水量、污染物產(chǎn)生量及空間分布以及農(nóng)村生活污水去向,對于農(nóng)村水環(huán)境治理具有重要意義。

已有的農(nóng)村生活污染研究集中于農(nóng)村產(chǎn)排污系數(shù)與污染物入河系數(shù)測算[8-10]、農(nóng)村水污染現(xiàn)狀調(diào)查[1-3,12]、污染負(fù)荷核算[5-6]、農(nóng)村生活污水去向及污水處理工藝[13-14]、制約欠發(fā)達(dá)地區(qū)區(qū)域發(fā)展的農(nóng)戶行為[15]等。謝文明等[7]調(diào)查了長興農(nóng)村地區(qū)水污染現(xiàn)狀,結(jié)果表明55個地表河流水樣品中有45個樣品處于劣Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn),其余樣品為Ⅴ類水。王文林等[8]對宜興市大埔鎮(zhèn)埔南中心村300戶農(nóng)戶進(jìn)行入戶調(diào)查與現(xiàn)場監(jiān)測,獲取了農(nóng)戶生活污水產(chǎn)排污系數(shù),對于摸清農(nóng)村生活污水污染負(fù)荷提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但是太湖流域農(nóng)村生活污水污染物在通過地表或地下徑流匯入太湖的過程中會衰減,直接影響入湖污染負(fù)荷,因此,有必要對污水污染物在環(huán)境中的輸移、轉(zhuǎn)化的要素及污水污染物的入湖量進(jìn)行定量研究。尹微琴等[9]采用入戶監(jiān)測方法獲取了2007—2008年昆山錦溪鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水污染物排放系數(shù)。唐曉燕等[10]針對太湖流域農(nóng)村面源污染問題,研究了太湖流域上游典型地區(qū)農(nóng)村污染物的產(chǎn)生、排放系數(shù)的確定方法。李卉等[11]采用隨機(jī)抽樣方法,獲取了太滆運(yùn)河流域農(nóng)村生活污染的入河系數(shù)。徐洪斌等[12]采用入戶監(jiān)測方法獲取了宜興農(nóng)戶的人均日用水量、排水量及生活污水COD、BOD、TN和TP濃度等水質(zhì)參數(shù),但是由于監(jiān)測樣本量僅4戶,而且研究區(qū)生活污水基本不經(jīng)處理就近排入河道,只能反映分布在太湖流域湖濱帶的農(nóng)村生活污染狀況及污水處理水平。李新艷等[13]采用調(diào)查問卷方法研究了江蘇太湖地區(qū)農(nóng)村生活用水量空間差異及生活污水去向;馬魯銘等[14]探討了上海市農(nóng)村生活污水的處理工藝,但是并不代表整個太湖流域的農(nóng)村生活污染及處理情況。李小建等[15-16]從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析了制約區(qū)域發(fā)展的農(nóng)戶行為,并結(jié)合模型和GIS空間分析技術(shù),估算了河南省鎮(zhèn)平縣各村最高日用水量及其空間分布。以上研究主要基于全國第一次污染源普查[8-9]或者個體調(diào)查[12-16],對準(zhǔn)確估算太湖流域農(nóng)村生活源污染物的產(chǎn)生量和排放量具有一定參考價(jià)值,但是由于調(diào)查的樣本量有限[12-16],調(diào)查區(qū)域局限于某一村莊或者地區(qū)[9,12-16],不能反映目前或者全流域尺度的農(nóng)村生活污水污染狀況。

隨著太湖流域區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和農(nóng)民收入的提高,農(nóng)村居民的生產(chǎn)與生活方式發(fā)生很大變化,農(nóng)村生活污水處理率與利用率相應(yīng)提高,有必要摸清太湖流域農(nóng)村居民的生活用水量與生活污水污染物產(chǎn)生量及其空間分布、主要污水處理設(shè)施所占比例以及農(nóng)村生活污水去向,為準(zhǔn)確核算太湖流域農(nóng)村生活污水污染物負(fù)荷提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)域

太湖流域地處長江三角洲,位于30°7′19″～32°14′56″ N,119°03′01″～121°54′26″ E之間。北臨長江,南靠杭州灣,東臨東海,西接天目山宜溧山地。流域地跨江蘇、浙江、上海、安徽3省1市,總面積3.69萬km2(圖1),其中江蘇省19 346 km2,占53%;浙江省12 190 km2,占33.4%;上海市4 924 km2,占13.5%;安徽省40 km2,占0.1%[17-18]。該區(qū)地勢西高東低,地形以平原、丘陵山地和水面為主,其中平原占58.3%,丘陵山地占24.2%,水面占17.5%[19]。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫14.9～16.2 ℃,多年平均降水量1 000～1 400 mm,年內(nèi)降雨分配不均勻,降水集中在夏季和春季[19]。太湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),在全國位居前列。以2013年為例,流域GDP達(dá)76 184億元,占全國GDP的13.0%;人均GDP高達(dá)96 016元,城鎮(zhèn)化水平平均高達(dá)62.3%;農(nóng)民人均年收入為18 141元,是全國平均水平(7 917元)的2倍多[20-29]。

1.2 數(shù)據(jù)獲取方法

采用問卷調(diào)查方式,對太湖流域代表鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口相對密集的村莊進(jìn)行農(nóng)戶隨機(jī)抽樣調(diào)查。調(diào)查鄉(xiāng)鎮(zhèn)的選擇根據(jù)該鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)民人均年收入水平在所屬地級市處于中等水平來確定,分別從位于流域丘陵山區(qū)的江蘇無錫、常州、鎮(zhèn)江以及浙江湖州各選擇2個典型鄉(xiāng)鎮(zhèn),從位于流域平原河網(wǎng)區(qū)的江蘇常州、蘇州、無錫、上海市青浦區(qū)以及浙江省嘉興各選擇2個典型鄉(xiāng)鎮(zhèn),從Google Earth選取該鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村人口相對密集的村莊。

調(diào)查過程中采用一對一的方式對農(nóng)戶進(jìn)行入戶問卷調(diào)查,確保每一份調(diào)查問卷的有效性與準(zhǔn)確性。根據(jù)計(jì)算最小樣本量的公式,在95%置信區(qū)間,抽樣誤差不超過2.5%的情況下,要求抽樣調(diào)查的最小樣本數(shù)為1 537。調(diào)查共獲取有效問卷1 787份,涉及家庭常住總?cè)丝? 314人,樣本數(shù)符合統(tǒng)計(jì)學(xué)要求。其中，江蘇、上海、浙江農(nóng)村地區(qū)分別獲取有效問卷1 156、313和318份。采用SPSS 19.0軟件對同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同調(diào)查員的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),檢驗(yàn)同一調(diào)查參數(shù)的均值與方差,保證在95%置信區(qū)間內(nèi)調(diào)查參數(shù)的離散程度、集中趨勢一致;對于調(diào)查過程中出現(xiàn)的缺失值或異常值,選擇臨近點(diǎn)的序列均值代替。

1.3 調(diào)查時間與地點(diǎn)

調(diào)查時間為2014年1月10—13日、2014年5月24—25日和2014年9月20—21日,調(diào)查地點(diǎn)為江蘇、上海、浙江平原區(qū)和丘陵山區(qū)的典型村莊(表1),調(diào)查內(nèi)容包括農(nóng)戶家庭人口結(jié)構(gòu)、農(nóng)民收入水平、人均日用水量及生活污水去向與處理情況等。

表1 農(nóng)戶調(diào)查時間與地點(diǎn)

Table 1 Time and place of the farm households surveyed

調(diào)查省市地形區(qū)調(diào)查地區(qū)調(diào)查鄉(xiāng)鎮(zhèn)調(diào)查村莊個數(shù)調(diào)查農(nóng)戶戶數(shù)調(diào)查日期江蘇省平原區(qū)常州羅溪鎮(zhèn)、雪堰鎮(zhèn)10972014-01-10蘇州尚湖鎮(zhèn)、辛莊鎮(zhèn)10972014-01-12無錫厚橋鎮(zhèn)、羊尖鎮(zhèn)131062014-01-11丘陵山區(qū)無錫宜興太華鎮(zhèn)8882014-05-25鎮(zhèn)江白兔鎮(zhèn)、寶堰鎮(zhèn)101862014-05-24常州溧陽溧城鎮(zhèn)、天目湖鎮(zhèn)、南渡鎮(zhèn)、戴埠鎮(zhèn)355822014-12-13—2014-12-15上海市平原區(qū)青浦區(qū)練塘鎮(zhèn)、沈巷鎮(zhèn)83132014-09-20—2014-09-21浙江省平原區(qū)嘉興油車港鎮(zhèn)81122014-09-21丘陵山區(qū)湖州天荒坪鎮(zhèn)、遞鋪鎮(zhèn)82062014-09-21—2014-09-22

1.4 核算方法與數(shù)據(jù)來源

流域內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村年平均用水量計(jì)算公式為

Qi=0.036 5×qi×Fi。

(1)

式(1)中,Qi為研究區(qū)所轄鄉(xiāng)鎮(zhèn)i農(nóng)村地區(qū)年平均用水量,t·a-1;qi為調(diào)查獲取的農(nóng)戶人均日用水量,L·人-1·a-1;Fi為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)1 a內(nèi)的農(nóng)村常住人口數(shù)量,104人·a-1。

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水污染物產(chǎn)污量Wi計(jì)算公式為

Wi=∑ki×Fi×ri。

(2)

式(2)中,Wi為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水污染物產(chǎn)污量,t·a-1;ki為不同收入水平農(nóng)戶生活污水TN、TP、COD和NH4+-N產(chǎn)污系數(shù),g·d-1·人-1,i=1,2,3分別代表高、中、低收入水平[8];ri為不同收入水平農(nóng)戶數(shù)量占調(diào)查農(nóng)戶總數(shù)比例,取值0～1。

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村常住人口數(shù)量Fi、農(nóng)民人均年收入數(shù)據(jù)來自各地級市統(tǒng)計(jì)年鑒2014[24-29],不同收入水平的農(nóng)戶人均日用水參數(shù)qi、不同收入水平農(nóng)戶數(shù)量占調(diào)查農(nóng)戶總數(shù)比例參數(shù)ri均來自調(diào)查問卷,產(chǎn)污系數(shù)ki來自文獻(xiàn)[8]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與制圖

采用的數(shù)字高程模型(digital elevation model,DEM)數(shù)據(jù)為SRTM DEM,其空間分辨率為90 m,太湖流域DEM如圖2所示。10 m等高線是影響太湖流域地形的分級界限標(biāo)準(zhǔn)[30],≥10 m等高線區(qū)域主要集中在太湖流域西部,東部也有零星分布。因此,提取10 m等高線作為太湖流域平原區(qū)與丘陵山區(qū)的分界線,位于10 m等高線以西的地區(qū)屬于丘陵山區(qū),位于10 m等高線以東的地區(qū)屬于平原區(qū)。

基于太湖流域各地級市鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布圖,采用目視解譯方法提取各鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界,并采用ArcGIS 10.1軟件制圖得到太湖流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(或街道)空間分布圖。判斷各地級市所轄鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于何種地形區(qū),作為選擇農(nóng)戶人均日用水量參數(shù)的依據(jù)。對于10 m等高線穿過的鄉(xiāng)鎮(zhèn),考慮到內(nèi)部地形的差異分布,按照不同地形區(qū)所占面積進(jìn)行加權(quán)計(jì)算農(nóng)村用水量。

采用SPSS 19.0與Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 太湖流域農(nóng)村居民生活用水量比較

太湖流域農(nóng)村居民人均日用水量、加權(quán)平均用水量調(diào)查結(jié)果如表2所示。從表2可知,農(nóng)戶人均日用水量因農(nóng)民收入和所處地形區(qū)的不同而差異顯著,表現(xiàn)為中、高收入農(nóng)戶人均日用水量高于低收入農(nóng)戶。平原區(qū)農(nóng)村居民的加權(quán)平均用水量從大到小依次為上海、浙江和江蘇,上海和浙江農(nóng)戶加權(quán)平均用水量分別為江蘇農(nóng)戶(75 L·人-1·d-1)的約2.1倍和1.8倍;浙江丘陵區(qū)農(nóng)村居民的加權(quán)平均用水量高于江蘇,大致為江蘇的1.4倍。從所處地形區(qū)來看,江蘇和浙江丘陵區(qū)農(nóng)村居民的加權(quán)平均用水量均高于平原區(qū)。徐洪斌等[12]對宜興大埔鎮(zhèn)4個農(nóng)戶進(jìn)行跟蹤調(diào)查得到農(nóng)戶人均用水量為70～110 L·人-1·d-1;董婷婷[31]調(diào)查發(fā)現(xiàn)上海市寶山區(qū)農(nóng)戶人均用水量為116～173 L·人-1·d-1;筆者調(diào)查獲取的太湖流域農(nóng)村地區(qū)人均生活日用水量數(shù)據(jù)與之基本一致。

圖1 太湖流域地理位置示意

圖2 太湖流域DEM及鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布圖

2.2 農(nóng)村生活用水量與污水污染物產(chǎn)生量空間分布

根據(jù)式(1)核算得到太湖流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)用水量(圖3)。太湖流域農(nóng)村地區(qū)生活用水量空間差異很大。年均用水量超過500萬t的鄉(xiāng)鎮(zhèn)在上海地區(qū)有5個,浙江地區(qū)8個,江蘇地區(qū)2個,均分布在平原區(qū)。上海用水量最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中分布于上海城區(qū)或經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)周圍,如位于浦東新區(qū)的川沙新鎮(zhèn)、三林鎮(zhèn),緊鄰奉浦工業(yè)區(qū)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)和城區(qū)街道的南橋鎮(zhèn),以及閔行區(qū)的梅隴鎮(zhèn),農(nóng)村用水量均超過600萬t·a-1。浙江地區(qū)用水量分布相對均衡,年用水量最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中分布于杭嘉湖平原,如位于吳興區(qū)的緊鄰城(鎮(zhèn))區(qū)或經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的白雀鄉(xiāng)和濮院鎮(zhèn)用水量均超過800萬t·a-1,位于嘉興南湖區(qū)的新勝鎮(zhèn)、洪合鎮(zhèn)以及嘉興秀洲區(qū)的新塍鎮(zhèn)用水量均達(dá)600萬t·a-1以上。江蘇地區(qū)用水量相對較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中分布于平原區(qū),以常熟虞山鎮(zhèn)和常州武進(jìn)區(qū)緊鄰城區(qū)和工業(yè)區(qū)的湖塘鎮(zhèn)用水量最高,分別為667萬和537萬t·a-1,農(nóng)村用水量相對較少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要分布于太湖上游丘陵區(qū)地處偏僻的農(nóng)村或者平原區(qū)經(jīng)濟(jì)相對落后、常住人口相對較少的農(nóng)村。

表2 太湖流域不同地形區(qū)農(nóng)戶人均日用水量qi及各地級市農(nóng)戶加權(quán)平均用水量比較

Table 2 Per capita daily water consumption and weighted average water consumption for farmers in the Taihu Lake Watershed

地形區(qū)省(市)調(diào)查比例1)/%農(nóng)戶人均日用水量qi/(L·人-1·d-1)低收入中收入高收入低收入中收入高收入加權(quán)平均用水量2)/(L·人-1·d-1)平原地區(qū)江蘇29383363718975上海552917149159181157浙江433522114145170137丘陵山區(qū)江蘇473618103109127110浙江283834107168167151

1)指處于一定收入范圍的被調(diào)查農(nóng)戶數(shù)量占該地級市所有被調(diào)查農(nóng)戶數(shù)量的比例;2)指該地級市不同收入范圍的農(nóng)戶人均日用水量qi按照調(diào)查比例加權(quán)后得到的平均值。

根據(jù)式(2)計(jì)算得到太湖流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水污染物產(chǎn)生量(圖4)。太湖流域農(nóng)村生活污水污染物產(chǎn)生量空間差異較大,與各鄉(xiāng)鎮(zhèn)用水量的空間分布基本一致。生活污水污染物總產(chǎn)污量從大到小依次為江蘇、浙江和上海,產(chǎn)污量最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布在江蘇蘇州虞山鎮(zhèn)、濱湖新城鎮(zhèn)、木瀆鎮(zhèn)、無錫江陰徐霞客鎮(zhèn)和周莊鎮(zhèn)、常州武進(jìn)湖塘鎮(zhèn)、浙江湖州白雀鄉(xiāng)和嘉興濮院鎮(zhèn)、上海市奉賢區(qū)南橋鎮(zhèn)和浦東新區(qū)川沙新鎮(zhèn)、三林鎮(zhèn),生活污水TN每日產(chǎn)生量均在700 kg以上。2013年江蘇、浙江和上海市農(nóng)村生活污水污染物產(chǎn)生量比例大致為m(COD)∶m(NH4+-N)∶m(TN)∶m(TP)=44∶8∶12∶1。

2.3 農(nóng)村生活污水去向

2.3.1 平原區(qū)農(nóng)村生活污水去向

(1)浴室、廚房污水去向

太湖流域平原區(qū)農(nóng)戶的浴室與廚房污水排放基本采用同一出口,因此其排放去向基本一致,此處不再分別對浴室與廚房污水去向進(jìn)行分析。對流域內(nèi)江蘇、上海、浙江平原區(qū)的農(nóng)戶浴室、廚房污水去向的調(diào)查結(jié)果如圖5所示。

從圖5(a)可看出,平原區(qū)農(nóng)村絕大部分浴室、廚房污水經(jīng)化糞池處理,浙江、上海和江蘇的處理比例分別為75.9%、58.3%和56.8%。進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理的比例從大到小依次為上海、江蘇和浙江,分別為27.5%、19.8%和2.7%。污水直接排放的比例從大到小依次為江蘇、浙江和上海,分別為23.3%、21.4%和14.2%?？梢?太湖流域平原區(qū)農(nóng)村浴室、廚房生活污水50%以上經(jīng)化糞池進(jìn)行初步處理,經(jīng)污水處理廠處理的比例低于30%,直接排放的比例在14%～23%之間。

(2)廁所污水去向

廁所污水是影響農(nóng)村地區(qū)地表水環(huán)境質(zhì)量的主要部分[8],太湖流域平原區(qū)農(nóng)村廁所污水去向的調(diào)查結(jié)果如圖5(b)所示。從圖5(b)看出,平原區(qū)高達(dá)94%的農(nóng)村廁所污水經(jīng)化糞池處理,但是處理后進(jìn)入污水處理廠的比例差別很大,上海、江蘇和浙江地區(qū)分別為62.6%、31.0%和17.0%。經(jīng)化糞池處理以后排入河流的比例從大到小依次為浙江、上海和江蘇,分別為48.2%、29.4%和28.7%。農(nóng)田利用是吸納廁所污水污染物的重要途徑,調(diào)查結(jié)果顯示,江蘇和浙江農(nóng)村地區(qū)分別有34%和29%的廁所污水經(jīng)化糞池處理以后被農(nóng)田利用,上海地區(qū)僅為1.9%。由于化糞池的氮磷去除效率較低,僅分別為8.9%和27.8%[12],因此農(nóng)村地區(qū)廁所污水經(jīng)化糞池處理后排入河流的部分對地表水環(huán)境的污染不容忽視,特別是浙江農(nóng)村地區(qū),接近一半的廁所污水經(jīng)化糞池處理以后排入河流,江蘇和上海農(nóng)村地區(qū)的比例也高達(dá)30%左右,這部分生活污水對地表水體的直接污染更應(yīng)引起充分重視。

2.3.2 丘陵區(qū)農(nóng)村生活污水去向

(1)浴室、廚房污水去向

對位于太湖流域丘陵區(qū)的浙江、江蘇農(nóng)村地區(qū)浴室、廚房污水去向的調(diào)查結(jié)果如圖5(c)所示。浴室、廚房污水經(jīng)化糞池處理的比例在50%～60%之間,進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行二次處理的比例均不到4%,直接排放的比例在38.1%～47.1%之間。可見,太湖流域丘陵區(qū)農(nóng)村的浴室、廚房污水仍停留在直接排放到環(huán)境中和初級處理階段,這不僅造成水資源的浪費(fèi),而且對地表水環(huán)境質(zhì)量帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。

圖3 太湖流域農(nóng)村地區(qū)生活用水量分布

圖4 太湖流域分鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水污染物產(chǎn)生量空間分布

(2)廁所污水去向

對江蘇、浙江丘陵山區(qū)農(nóng)村廁所污水去向的調(diào)查結(jié)果如圖5(d)所示?？煽闯鰩鬯?jīng)化糞池處理的比例大致在87%～89%,經(jīng)化糞池處理后46%～52%排入河流,18%～33%被農(nóng)田利用,10%～18%進(jìn)入污水處理廠,直接排放和進(jìn)入農(nóng)田的比例合計(jì)為11%～13%?？梢?在太湖流域丘陵山區(qū)農(nóng)村,雖然絕大部分廁所污水進(jìn)入化糞池進(jìn)行初級處理,但是只有很少部分進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行深度處理。經(jīng)化糞池初步處理后接近50%的廁所污水直接排入河流,對地表水環(huán)境的危害不容忽視。浙江和江蘇丘陵區(qū)農(nóng)村廁所污水經(jīng)化糞池初步處理后進(jìn)入污水處理廠的比例分別為17.5%和9.8%。

圖5 太湖流域平原和丘陵山區(qū)農(nóng)戶浴室、廚房和廁所污水去向比較

3 討論

3.1 農(nóng)民收入

根據(jù)太湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況,將農(nóng)戶人均年收入分為高、中、低3個水平:>2萬元·a-1·人-1,高收入;>1.6～2萬元·a-1·人-1,中收入;1.2～1.6萬元·a-1·人-1,低收入。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),全流域農(nóng)戶人均日用水量與農(nóng)民收入水平之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R=0.106,n=1 787,P<0.01(表3)。除浙江丘陵山區(qū)外,江蘇、上海和浙江農(nóng)戶人均日用水量與農(nóng)民收入水平之間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(n=1 675,P<0.05)(表3),表明太湖流域農(nóng)戶人均日用水量隨著農(nóng)民收入水平的提高而增加。

對于江蘇和浙江地區(qū)而言,位于丘陵區(qū)的農(nóng)戶人均日用水量明顯高于平原區(qū)(表2),這可能與農(nóng)民的生活用水來源、收入水平和水價(jià)約束有關(guān)。隨著丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)強(qiáng)度的增加,大量林地轉(zhuǎn)化為高收益的茶果園,高強(qiáng)度施肥加上雨季暴雨沖刷導(dǎo)致土壤流失強(qiáng)度增加,從而增加河流、湖泊與水庫中的營養(yǎng)鹽濃度[32-33]。另外,丘陵區(qū)旅游業(yè)的快速發(fā)展對湖泊水環(huán)境帶來了負(fù)面影響,主要表現(xiàn)在游客增加導(dǎo)致湖區(qū)污染物排放量增加,旅游設(shè)施開發(fā)加劇了水土流失強(qiáng)度,上游山區(qū)的水庫觀光旅游導(dǎo)致上游水源受到破壞等[32]。因此,太湖上游丘陵區(qū)作為飲用水源地的湖泊水質(zhì)已經(jīng)或正在受到污染。與水源地水庫相比較,山泉水水質(zhì)相對清潔而且免費(fèi),是丘陵區(qū)農(nóng)民重要的生活用水來源之一,使用無限制導(dǎo)致丘陵區(qū)農(nóng)民的用水量較多。對于低收入農(nóng)戶來說,由于生活用水基本完全依賴山泉水,受季節(jié)性降雨的約束,農(nóng)民在旱季的用水量明顯低于雨季,從而導(dǎo)致全年用水量并不高。而對于中高收入的農(nóng)戶來說,在旱季除利用山泉水(或者地下水)之外,還更多地使用自來水。因此,中、高收入農(nóng)戶每年的用水量總體上要高于低收入農(nóng)戶。

在平原區(qū)則還可能與水價(jià)約束有關(guān)。由于太湖流域平原區(qū)淺層地下水普遍受到污染[34],農(nóng)民生活水源以自來水為主,僅使用井水作為生活輔助用水。受水價(jià)約束,浙江和江蘇地區(qū)位于平原區(qū)的農(nóng)戶人均日用水量均比位于丘陵區(qū)的農(nóng)戶低。值得注意的是,在農(nóng)民收入較高的上海農(nóng)村地區(qū),農(nóng)民的人均日用水量明顯高于浙江和江蘇,表明上海農(nóng)村地區(qū)目前的水價(jià)約束不能有效降低當(dāng)?shù)剞r(nóng)民用水量,可能還受到地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和農(nóng)民生活方式的影響。上海平原區(qū)農(nóng)村農(nóng)民收入渠道多樣,農(nóng)業(yè)收入不再是農(nóng)民收入的主要來源,受農(nóng)戶收入較高的影響,該地區(qū)的農(nóng)戶人均日用水量相對較高。

3.2 地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平

地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡引起農(nóng)村人口的流動,也是導(dǎo)致農(nóng)村用水量和污水污染物產(chǎn)生空間差異的重要原因之一。江蘇平原區(qū)外出打工人口比例(13%)明顯低于丘陵山區(qū)(24%),而外來打工人口比例(19%)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于丘陵山區(qū)(1%),反映出平原區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢對農(nóng)民具有較強(qiáng)的吸引力,從而吸引了大量農(nóng)村外來務(wù)工人員。因此,江蘇農(nóng)村用水量較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)明顯集中于平原區(qū)。而浙江平原區(qū)外出打工人口比例與丘陵山區(qū)大致相同(11%),外來打工人口比例略高于丘陵區(qū),反映出浙江農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口流動相對平衡。因此,浙江丘陵區(qū)和平原區(qū)的農(nóng)村生活用水量分布相對均衡。

表3 太湖流域農(nóng)戶人均日用水量與人均年收入水平相關(guān)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

Table 3 Statistic results of the relationship between per capita daily water consumption and per capita yearly income for farmers in the Taihu Lake Watershed

省份地形區(qū)Person相關(guān)系數(shù)R樣本數(shù)n顯著性水平P江蘇平原區(qū)0.167**3000.004丘陵山區(qū)0.110**8560.001浙江平原區(qū)0.202**2060.004丘陵山區(qū)0.1851120.051上海平原區(qū)0.124*3130.028流域平均0.106**17870.000

*表示P<0.05，**表示P<0.01。

3.3 污水處理設(shè)施及其處理效率

化糞池是太湖流域農(nóng)村地區(qū)普及使用的初級污水處理設(shè)施,對降低懸浮固體濃度、緩沖水量有較好的作用[14]。在平原區(qū)和丘陵山區(qū)農(nóng)村化糞池?fù)碛新史謩e為74.4%～91.8%和81.1%～91.6%,水沖式馬桶和下水道普及率分別為91%～97%和85%～89%。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明,農(nóng)村廁所污水去向與廁所類型、有無下水道和有無化糞池之間均呈極顯著相關(guān)關(guān)系,表明太湖流域農(nóng)村地區(qū)廁所污水主要通過下水道進(jìn)入化糞池,進(jìn)行初步處理后,再分別排入河流、被農(nóng)田利用以及進(jìn)入污水處理廠。

雖然化糞池使用很普遍,但是,農(nóng)村廁所污水與浴室、廚房污水基本是分開排放的,只有一部分生活污水被收集起來進(jìn)行處理。據(jù)研究,廁所污水對污水污染總負(fù)荷貢獻(xiàn)率最高,廁所污水中TN、TP貢獻(xiàn)率占生活污水污染物總負(fù)荷的84%以上,而浴室、廚房污水TN、TP貢獻(xiàn)率在12%以下[8]。85%以上的被調(diào)查農(nóng)戶家中的廁所污水經(jīng)化糞池處理(圖5),而浴室、廚房污水經(jīng)化糞池處理的比例僅為36%～59%。在江蘇和浙江丘陵區(qū)農(nóng)村,浴室、廚房污水的直排率分別高達(dá)47.1%和38.1%,平原區(qū)農(nóng)村相對較低,分別為23.3%和21.4%。這說明在太湖流域農(nóng)村地區(qū),受地形限制和農(nóng)民收入水平影響,只有廁所污水和一部分浴室、廚房污水被收集起來經(jīng)化糞池初步處理,大量的浴室、廚房污水被直接排放到環(huán)境中?；S池的使用重點(diǎn)針對廁所污水,而且化糞池的污染物去除效率相對較低[8,35],對氮磷的去除率僅分別為8.9%和27.8%[8],所以,目前的化糞池污水處理設(shè)施并不能有效降低農(nóng)村生活污水污染物負(fù)荷。

污水處理廠的污染物去除效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化糞池,但是由于投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用巨大,工藝復(fù)雜，需要定期維護(hù)[14],不容易在經(jīng)濟(jì)落后、地形復(fù)雜的農(nóng)村地區(qū)推廣。上海農(nóng)村地區(qū)廁所污水處理廠的使用率最高(62.6%),其次為江蘇農(nóng)村地區(qū)(26.7%),污水處理廠使用率最低的是浙江農(nóng)村地區(qū)(17%),經(jīng)化糞池處理后排入河流的比例高達(dá)48%～52%?？梢?太湖流域農(nóng)村生活污水的處理仍停留在初級處理階段,經(jīng)污水處理廠進(jìn)行深度處理匱乏,農(nóng)村生活污水排放對地表水環(huán)境質(zhì)量的影響不容忽視。

3.4 農(nóng)民生產(chǎn)與生活方式的改變

伴隨地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,太湖流域農(nóng)民的生產(chǎn)與生活方式發(fā)生了較大改變[32]。大量農(nóng)民特別是青壯年勞動力從農(nóng)村進(jìn)入城市(鎮(zhèn))打工,留守農(nóng)村的基本都是老幼婦孺。受勞動力缺乏的影響,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)嚴(yán)重依賴化學(xué)肥料,生活污水或人畜禽排泄物(對于農(nóng)作物是有機(jī)肥料)很少或不再還田,而是直接排放到自然環(huán)境中,由此對地表水環(huán)境造成污染。

隨著生活水平的提高,農(nóng)民的生活方式逐步城市化,沖水式馬桶和下水道普及率高達(dá)85%～97%,洗衣機(jī)的使用越來越普及,相應(yīng)地大大增加了污水產(chǎn)生量。農(nóng)村超過85%的廁所污水通過下水道排放,一方面減少了污染物在輸送過程中因揮發(fā)、滲漏等對環(huán)境的直接污染,另一方面也增加了生活污水向自然環(huán)境的排放量。

3.5 政策和法制約束

為了保護(hù)有限的淡水資源,當(dāng)?shù)卣ㄟ^征收水費(fèi)來限制人們過度用水。但是,農(nóng)民除了使用自來水以外,還使用井水或山泉水。由于井水和山泉水免費(fèi),農(nóng)戶使用無節(jié)制,所以有些農(nóng)村地區(qū)總用水量很高。有些經(jīng)濟(jì)困難的農(nóng)民為了節(jié)省水費(fèi),直接在河流、池塘里洗衣洗菜或者浸泡竹子以制作竹筷等產(chǎn)品,直接危害地表水環(huán)境。并且,在一些經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū),農(nóng)業(yè)收入不再是家庭收入的主要來源,通過征收水費(fèi)并不能有效約束當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的用水行為。因此,制定保護(hù)地表地下水資源的政策法規(guī),并加強(qiáng)水資源保護(hù)的宣傳十分必要。農(nóng)村居民是農(nóng)村環(huán)境保護(hù)的主力軍,在農(nóng)村環(huán)境整治中具有舉足輕重的作用。應(yīng)該充分利用廣播、電視、報(bào)紙、宣傳欄等渠道對農(nóng)民進(jìn)行生態(tài)和環(huán)境保護(hù)知識的教育和普及,使廣大農(nóng)民充分認(rèn)識到農(nóng)村生活污水的現(xiàn)狀和問題的嚴(yán)重性,自覺保護(hù)水資源。

4 結(jié)論

采用農(nóng)戶調(diào)查問卷的方式,研究了太湖流域農(nóng)村生活用水量、污水污染物產(chǎn)生量的空間分布及生活污水去向,主要得到以下結(jié)論:

(1)太湖流域農(nóng)村人均日用水量因農(nóng)民收入和所處地形區(qū)的不同而差異顯著。農(nóng)戶收入水平越高,人均日用水量越多,兩者之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系,上海地區(qū)農(nóng)戶人均日用水量最高;從地形區(qū)來看,江蘇和浙江地區(qū)位于丘陵區(qū)的農(nóng)戶人均日用水量高于本省內(nèi)位于平原區(qū)的農(nóng)戶,主要是由于丘陵區(qū)農(nóng)戶以清潔免費(fèi)的山泉水作為主要的生活用水來源,使用無限制,而平原區(qū)農(nóng)戶由于地下水受到污染,生活用水主要依賴自來水,用水量受到水價(jià)約束的限制。

(2)太湖流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村生活用水量空間差異很大,年用水量最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均分布在平原區(qū),這主要與所處地形區(qū)、常住人口數(shù)量、農(nóng)民收入水平以及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡有關(guān)。平原區(qū)交通方便,經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢吸引了更多的外來務(wù)工人員,常住人口相對密集;在靠近開發(fā)區(qū)或者城鎮(zhèn)地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn),農(nóng)民收入水平較高,年用水量相對較多。而丘陵區(qū)受地形限制,農(nóng)村外出打工人員所占比例較高,常住人口相對較少,因此年用水量相對較少。

(3)雖然化糞池在太湖流域農(nóng)村地區(qū)得到普及使用,但是只有廁所污水和一部分浴室、廚房污水被收集起來經(jīng)化糞池初步處理,大量的浴室、廚房污水被直接排放到環(huán)境中,丘陵區(qū)農(nóng)村直排率高達(dá)38%～47%。而且化糞池的污染物去除效率有限,廁所污水直接排放的比例仍然較高,而且30%～50%的廁所污水經(jīng)化糞池處理以后排入河流,這部分污水對地表水環(huán)境的污染不容忽視。因此,太湖流域農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)有的污水處理設(shè)施并不能有效減輕農(nóng)村生活污水排放對地表水環(huán)境的壓力。

(4)隨著城市化進(jìn)程的加快和農(nóng)民收入水平的提高,農(nóng)村生活用水量和污水污染物產(chǎn)生量會繼續(xù)增加。在太湖流域淺層地下水資源受到污染的情況下,選擇適合農(nóng)村特點(diǎn)的生活污水處理設(shè)施,減少農(nóng)村生活污水向地表水體的排放,并通過制定水資源保護(hù)的政策法規(guī),加強(qiáng)水資源保護(hù)宣傳,對于保護(hù)有限的地表水資源尤為迫切。

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[23]鎮(zhèn)江市統(tǒng)計(jì)局.2013年鎮(zhèn)江市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].(2014-06-11)[2016-10-24].http:∥www.stats-sh.gov.cn/fxbg/201506/279864.html.

[24]江蘇省統(tǒng)計(jì)局.2013年江蘇省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].(2014-02-24)[2016-10-24].http:∥jsnews.jschina.com.cn/system/2014/02/20/020314904.shtml.

[25]浙江省統(tǒng)計(jì)局.2013年浙江省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].(2014-05-08)[2016-10-24].http:∥www.jinhua.gov.cn/art/2014/5/8/art-3107-344921.html.

[26]上海市統(tǒng)計(jì)局.2013年上海市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].(2014-05-08)[2016-10-24].http:∥www.shanghai.gov.cn/nw2/nw2314/nw2318/nw26434/u21aw847507.html.

[27]湖州市統(tǒng)計(jì)局.2013年湖州市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)

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[28]嘉興市統(tǒng)計(jì)局.2013年嘉興市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào) [EB/OL].(2014-05-04)[2016-10-24].http:∥www.jiaxing.gov.cn/stjj/tjxx-6433/tjgb-6434/201405/t20140504-384751. html.

[29]海鹽縣統(tǒng)計(jì)局.2013年海鹽縣國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].(2014-04-08)[2016-10-24].http:∥www.haiyan.gov.cn/art/2014/4/8/art-8-151508.html.

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(責(zé)任編輯： 陳 昕)

Survey of the Jiangsu, Zhejiang Province and Shanghai Area for Rural Domestic Wastewater Pollution.

LI Xin-yan1, LI Heng-peng1, YANG Gui-shan1, HE Bin1, HUA Meng-fei2, WANG Liang2, JI Cheng2, YU Shi-yun2, PANG Ye2, CHEN Jian2

(1.Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences/ Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China；2.College of Applied Meteorology, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China)

To provide a scientific basis for accurate calculation of pollutant load of rural domestic wastewater, a survey was unfolded by means of questionnaire in the Taihu Lake watershed to investigate consumption of water and wastewater generation in daily life and spatial distribution and fate of the wastewater in the rural areas. It is found that daily water consumption per capita of farm households is significantly and positively related to income level of the households and the highest in the plain of Shanghai. As influenced by factors such as water source and water price, it is higher in the hilly areas than in the plain areas in Jiangsu and Zhejiang Provinces. Spatial variation of annual domestic water consumption and wastewater generation is related to terrain, resident population, farmer′s income level and economic development of the towns or villages. Although septic tanks are quite popularized in rural areas of the Taihu Lake Valley, they are used to pool toilet sewage and some bathroom wastewater and kitchen sewage only for primary treatment. About 30%-50% of the toilet wastewater is discharged directly into rivers after being treated in septic tanks. The pollution it brings about to the surface water environment cannot be ignored. Obviously the existing sewage treatment facilities can hardly effectively reduce the pressure of the discharge of rural domestic sewage on the surface water environment.

water consumption; rural domestic wastewater; sewage treatment facilities

2015-10-30

中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目(KZZD-EW-10-04);江蘇省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(BK20141513);國家自然科學(xué)基金(41201496);中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所“135”項(xiàng)目(NIGLAS2012135005)

X824

A

1673-4831(2016)06-0923-10

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.009

李新艷(1978—),女,山東泰安人，助理研究員,博士,研究方向?yàn)榱饔驙I養(yǎng)鹽循環(huán)過程模擬與面源污染。E-mail: xyli@niglas.ac.cn

① 通信作者E-mail: hpli@niglas.ac.cn