閩三角地區(qū)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施優(yōu)先管控區(qū)域識別與監(jiān)管

陳 瑩，張 晨

（1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 安全與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350007；2.福建師范大學(xué) 福建省亞熱帶資源與環(huán)境重點實驗室，福建 福州 350007；3.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

0 引言

農(nóng)村生活污水治理是農(nóng)村人居環(huán)境整治的重要內(nèi)容，是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要舉措，是全面建成小康社會的內(nèi)在要求。 習(xí)近平總書記多次做出重要指示，強(qiáng)調(diào)因地制宜做好廁所下水道管網(wǎng)建設(shè)和農(nóng)村污水處理，不斷提高農(nóng)民生活質(zhì)量。2021年6月，福建省省委和省政府制定出臺了《福建省農(nóng)村生活污水提升治理五年行動計劃 （2021-2025年）》，要求到2025年，全省農(nóng)村生活污水治理率達(dá)國家要求的65%以上，設(shè)施穩(wěn)定運行率達(dá)90%以上，長效機(jī)制進(jìn)一步健全，全省農(nóng)村人居環(huán)境明顯改善，群眾幸福感、獲得感持續(xù)增強(qiáng)。 由于各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的區(qū)位條件、人口密度、污水產(chǎn)生量等都存在差異，污水處理設(shè)施的建設(shè)要綜合考慮各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及財政投入能力等方面因素，不能“一刀切”、“齊步走”，因此，對于農(nóng)村生活污水處理設(shè)施優(yōu)先管控區(qū)域識別是非常必要的。近年來，農(nóng)村生活污水處理控制區(qū)劃已經(jīng)引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注，但研究重點多集中于農(nóng)業(yè)非點源污染方面，研究區(qū)域僅限于陜西省丹漢江流域、淮河流域、湖北省、洞庭湖地區(qū)、河南省等[1-6]，區(qū)劃方法主要有清單分析法、輸出系數(shù)法、等標(biāo)污染負(fù)荷法等[7-9]，而福建省相關(guān)研究尚未見報道。 本研究以閩三角地區(qū)為研究案例，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)劃為研究單元，采用綜合源強(qiáng)估算法、因子分析法、加權(quán)指數(shù)法等技術(shù)，基于已建處理設(shè)施的數(shù)量、 規(guī)模、 污水處理技術(shù)路線等現(xiàn)狀，對已建處理設(shè)施的污染物排放強(qiáng)度進(jìn)行定量估算和空間分析?；诃h(huán)境敏感性評價，識別閩三角地區(qū)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的優(yōu)先控制區(qū)，進(jìn)而確定分級監(jiān)管方案。 本研究成果擬為優(yōu)化區(qū)域性污水處理設(shè)施布局提供新思路和新模式，有助于提升農(nóng)村生活污水處理設(shè)施建設(shè)運營質(zhì)效，支撐政府監(jiān)管部門開展差異化監(jiān)管。依托項目大數(shù)據(jù)分析成果，可應(yīng)用于輔助政府相關(guān)部門完善環(huán)保融資策略、 優(yōu)化財政投入精準(zhǔn)施策。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

閩三角位于中國東南沿海福建省南部，包括泉州、廈門、漳州3 個市，與福州市、莆田市、三明市、龍巖市、粵東地區(qū)接壤，主要地形為丘陵和山地，擁有福建省四大平原之一的漳州平原，海岸線長，島嶼港灣眾多，地表水流動速度慢，自凈能力差，主要河流有九龍江、晉江等；區(qū)域人口密度高，民營經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，年生產(chǎn)總值占福建省的51%。 基礎(chǔ)現(xiàn)狀見表1[10-12]。

表1 閩三角地區(qū)基礎(chǔ)情況

福建省經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展迅速，其中以廈門、漳州、泉州城市群最為顯著，根據(jù)《福建省農(nóng)村生活污水治理規(guī)劃（2020 - 2030年）》，截止2019年，廈門、漳州、 泉州的城鎮(zhèn)化率分別達(dá)到了89.2%，60.0%，67.2%，閩三角地區(qū)已建農(nóng)村生活污水處理設(shè)施中，進(jìn)一步納管接入城鎮(zhèn)污水廠（技術(shù)路線1）、建設(shè)小型集中處理設(shè)施（技術(shù)路線2）、三格化糞池（技術(shù)路線3）的覆蓋人數(shù)分別為75.90，224.71，100.34 萬人，分別占總?cè)丝诘?6.37%，39.26%，27.78%，數(shù)量分布情況見表2。

表2 2020年各技術(shù)路線處理設(shè)施分布 座

根據(jù)福建省農(nóng)村生活污水監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)，對已有農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的規(guī)模大小及數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果見圖1。

圖1 2020年處理設(shè)施處理規(guī)模及數(shù)量情況

1.2 數(shù)據(jù)及來源

常住人口數(shù)、家庭數(shù)、各技術(shù)路線處理戶數(shù)、各地污水處理廠數(shù)量均來自福建省農(nóng)村生活污水監(jiān)管平臺，共統(tǒng)計廈門市17 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道），233 個村莊；泉州市139 個鄉(xiāng)鎮(zhèn) （街道），2 042 個村莊； 漳州市120 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道），1 584 個村莊。

1.3 排放強(qiáng)度核算

采用產(chǎn)物系數(shù)法，估算各個研究單元內(nèi)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的污水排放量以及COD，TN，TP，NH3-N，動植物油排放量，并計算各研究單元的排污綜合得分。 公式如下：

式中：Qv 為行政村居民生活污水年產(chǎn)生量，m3/a；k為每戶平均人口，人/戶；m1為采用技術(shù)路線1 治理的戶數(shù)，戶；m2為采用技術(shù)路線2 治理的戶數(shù)，戶；m3為采用技術(shù)路線3 治理的戶數(shù)，戶；m4為尚未開展污水治理的戶數(shù)，戶；qc表示已開展治理的農(nóng)村居民生活污水產(chǎn)生系數(shù)，L/(人·d)；qd為尚未開展治理的農(nóng)村居民生活污水產(chǎn)生系數(shù)，L/(人·d)；Wpo為行政村居民生活污水中污染物（COD，NH3-N，TP，TN，動植物油）年產(chǎn)生量，kg/a；Fc為已開展治理的農(nóng)村居民生活水污染物產(chǎn)生系數(shù)，g/（人·d）；Fd為尚未開展治理的農(nóng)村居民生活水污染物產(chǎn)生系數(shù)，g/（人·d）；Fco為沖廁污水經(jīng)化糞池后排入下水管道與一般生活污水混合的水污染物排放系數(shù)，g/（人·d）。

依據(jù)《生活污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》選擇居民生活污水年產(chǎn)生量及其中的COD，NH3-N，TN，TP，動植物油排放量作為水質(zhì)評價參數(shù)。 qc，qd參考《生活源系數(shù)手冊》。

2 計算與結(jié)果

2.1 農(nóng)村生活污水污染物排放強(qiáng)度空間差異

廈門市內(nèi)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的水污染物排放強(qiáng)度小于泉州市和漳州市； 泉州市內(nèi)陸北部縣市TN 排放強(qiáng)度較強(qiáng)，有集中連片TN 重度排污鄉(xiāng)鎮(zhèn)，而沿海地區(qū)則有連片TP 重度排污鄉(xiāng)鎮(zhèn)； 漳州市內(nèi)各污染物排放比較分散。 根據(jù)現(xiàn)有各技術(shù)路線處理設(shè)施覆蓋戶數(shù)，估算得到：廈門市內(nèi)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的排放量為2 185.59 萬m3/a，COD，NH3-N，TN，TP，動植物油排放量分別為1 433.28，91.21，154.07，10.35，35.05 萬kg/a；泉州市內(nèi)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的排放量為11 110.56 萬m3/a，COD，NH3-N，TN，TP，動植物油排放量分別為7 312.40，508.46，745.98，58.48，168.21 萬kg/a； 漳州市內(nèi)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的排放量為10 101.82 萬m3/a，COD，NH3-N，TN，TP，動植物油排放量分別為501.95，684.24，753.34，67.49，131.47 萬kg/a。

2.1.1 COD 排放強(qiáng)度的空間差異

COD 是表征水中有機(jī)物含量的指標(biāo)，COD 越高，表示水中有機(jī)污染物越多，污染越嚴(yán)重。 生活污水中的食物殘渣、糞便等是水中的有機(jī)物主要來源，在分解過程中會消耗大量的DO，導(dǎo)致水中魚蝦藻類等生物缺氧死亡。 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水COD年排放量分區(qū)情況見圖2。 由圖2 可以看出，COD 重度排污區(qū)呈小片集中式分布，分布在研究區(qū)域的東南部沿海地區(qū)和中部內(nèi)陸地區(qū)，四周被中度排污區(qū)環(huán)繞，主要位于漳州市龍海市、漳浦縣、詔安縣、泉州市南安市、晉江市、惠安縣、安溪縣，除了詔安縣和安溪縣，其余縣（市）的生產(chǎn)總值均位列所在地級市前3 位。 重度排污區(qū)和中度排污區(qū)的面積分別占研究單元總面積的16.35%，1.51%，排放量分別占研究單元總排放量的39.87%，6.85%，常住人口數(shù)量分別占研究單元總量的39.28%，6.85%。 中重度排污區(qū)所占面積較小，卻占了將近50%的排放量，由此可見，COD 的排放比較集中，有一定的集聚現(xiàn)象。

圖2 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水COD年排放量分區(qū)情況

2.1.2 TN 排放強(qiáng)度的空間差異

污水中TN 是表征水體富營養(yǎng)化的指標(biāo)之一，生活污水中的主要來源有2 個，洗滌用水以及廚房廢水。 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水TN年排放量分區(qū)情況見圖3。 由圖3 可以看出，TN 重度排污區(qū)分布于研究區(qū)的內(nèi)陸地區(qū)，與輕度排污區(qū)交錯分布，和COD，TP，NH3-N，動植物油重度排污區(qū)重合度低，且大多位于人口低密度區(qū)，主要位于漳州市華安縣、南靖縣、平和縣、云霄縣、漳浦縣、詔安縣、泉州市永春縣、南安市、德化縣、安溪縣，除了南靖縣和南安縣，其余縣（市）都是所在地級市的經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)。 重度排污區(qū)和中度排污區(qū)的面積分別占研究單元總面積的53.22%，15.37%，排放量分別占研究單元總量的15.12%，41.52%，常住人口數(shù)量分別占研究單元總排放量的21.31%，38.20%，中重度排污區(qū)所占面積比較大，排放量所占比例并不高，且未聚集大量人口，由此可見，TN 的排放比較分散，無明顯的集聚現(xiàn)象。 另外，2020年新冠疫情以來，農(nóng)村地區(qū)大量使用的消毒藥水也含有N 元素，因而可能間接加劇水體的富營養(yǎng)化。

圖3 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水TN年排放量分區(qū)情況

2.1.3 TP 排放強(qiáng)度的空間差異

日常生活中所使用的含磷酸鹽洗滌劑是廢水中TP 排放量的主要來源，TP 排放量過高會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水TP年排放量分區(qū)情況見圖4。 由圖4 可以看出，TP 重度、中度排污區(qū)與COD 以及動植物油重度、中度排污區(qū)范圍大致重合，均位于人口高密度地區(qū)，從縣（市）層面看，分布比較零散，與區(qū)縣總體經(jīng)濟(jì)水平未呈現(xiàn)直接關(guān)系，重度排污區(qū)和中度排污區(qū)的面積分別占研究單元總面積的35.49%，51.32%，排放量分別占研究單元總排放量的41.28%，17.41%，常住人口數(shù)量分別占研究單元總量的41.09%，19.79%，中重度排污區(qū)所占面積比較大，排放量所占比例不高，且未聚集大量人口，由此可見，TP 的排放較分散，無明顯的集聚現(xiàn)象。

圖4 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水TP年排放量分區(qū)情況

2.1.4 NH3-N 排放強(qiáng)度的空間差異

生活污水中的洗滌劑、廚房污水、雨水是NH3-N的主要排放來源。 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水NH3-N年排放量分區(qū)情況見圖5。 由圖5 可以看出，NH3-N重度排污區(qū)分布較零散，與TP 重度排污區(qū)重合較多，均為人口集中地區(qū)，但中度排污區(qū)范圍卻有顯著差異。 重度排污區(qū)和中度排污區(qū)面積分別占研究單元總面積的27.36%，31.34%，排放量分別占研究單元總排放量的26.96%，25.03%，常住人口數(shù)量分別占研究單元總量的27.14%，21.11%。 中重度排污區(qū)所占面積中等，排放量所占比例不高，且未聚集大量人口，由此可見，NH3-N 總量的排放強(qiáng)度較分散，但有一定的集聚現(xiàn)象。

圖5 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水NH3-N年排放量分區(qū)情況

2.1.5 動植物油排放強(qiáng)度的空間差異

水體中動植物油類物質(zhì)比水輕且不溶于水，一旦進(jìn)入水體會漂浮于水面，并迅速擴(kuò)散形成油膜，從而阻止大氣中的氧進(jìn)入水體，使水中生物的生長受到不利影響。 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水動植物油年排放量分區(qū)情況見圖6。 由圖6 可以看出，動植物油重度、中度排污區(qū)范圍與COD，TP 重度、中度排污區(qū)范圍有大量重合，且基本為人口高密度地區(qū)，主要排放源為廚房污水； 重度排污區(qū)和中度排污區(qū)面積分別占研究單元總面積的33.39%，50.32%，排放量分別占研究單元總排放量的33.29%，15.00%，常住人口數(shù)量分別占研究單元總量的36.61%，18.64%。中重度排污區(qū)所占面積偏大，排放量所占比例不高，且未聚集大量人口，由此可見，動植物油的排放較分散，無明顯的集聚現(xiàn)象。

圖6 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水動植物油年排放量分區(qū)情況

2.2 農(nóng)村生活污水控制區(qū)域識別與區(qū)劃

根據(jù)行政村主要水污染物排放量，研究通過空間聚類分析，判別排污區(qū)。計算5 種污染物綜合排放得分，劃定輕度排污區(qū)、一般排污區(qū)、中度排污區(qū)、重度排污區(qū)，并結(jié)合福建省環(huán)境敏感區(qū)劃，將輕度排污區(qū)直接判定為一般控制區(qū)，對已被劃定為一般排污區(qū)、中度排污區(qū)、重度排污區(qū)的研究單元進(jìn)行2 次篩選，首先識別研究單元內(nèi)是否包括設(shè)區(qū)市、縣級集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)內(nèi)村莊，有則劃分為優(yōu)先控制區(qū)，無則進(jìn)入第2 輪篩選；識別待分類研究單元內(nèi)有無水質(zhì)需要進(jìn)一步穩(wěn)定的主要流域控制單元內(nèi)的村莊，有則劃定為重點控制區(qū)，無則歸類至一般控制區(qū)。 具體識別流程見圖7。

圖7 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施控制區(qū)識別流程

閔三角地區(qū)優(yōu)先控制區(qū)、重點控制區(qū)、一般控制區(qū)的分類結(jié)果見圖8。 由圖8 可以看出，重點控制區(qū)大多位于人口密集地區(qū)。 廈門市共9 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）為重點控制區(qū)，共18 7949 戶，182 個村莊，分布在同安區(qū)和翔安區(qū)，屬于廈門市經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，19 個村莊（街道）位于平原地區(qū)，156 個屬于丘陵地貌，7個屬于山區(qū)，區(qū)內(nèi)有集中式農(nóng)村污水處理設(shè)施281座，占全市總量的70.07%；泉州市共18 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）為重點控制區(qū)，主要分布在南安市和永春縣，晉江市和安溪縣也有零星分布，41 個村莊位于平原地區(qū)，148 個屬于丘陵地貌，99 個屬于山區(qū)，區(qū)內(nèi)有集中式農(nóng)村污水處理設(shè)施91 座，其中，1 座采用技術(shù)路線1，90 座采用技術(shù)路線2；漳州市內(nèi)共14 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）為重點控制區(qū)，有14 985 戶，230 個村莊，其中115 個位于平原地區(qū)，65 個屬于丘陵地貌，50 個屬于山區(qū)，主要分布在龍海市，南靖縣、平和縣、長泰縣、詔安縣有零星分布，龍海市和南靖縣為漳州經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，區(qū)內(nèi)有集中式農(nóng)村污水處理設(shè)施149座，其中，8 座采用技術(shù)路線1，139 座采用技術(shù)路線2，2 座采用技術(shù)路線3。

圖8 農(nóng)村生活污水處理設(shè)施控制區(qū)分類情況

從市域?qū)用娣治觯瑥B門市重點控制區(qū)內(nèi)集中式農(nóng)村污水處理設(shè)施均采用技術(shù)路線2，占全市所有技術(shù)路線2 處理設(shè)施的61.92%，因此，在全市范圍內(nèi)，可以對采用技術(shù)路線2 的設(shè)施加以重點監(jiān)管，從而獲得最好的治理效果；泉州市內(nèi)，優(yōu)先控制區(qū)和重點控制區(qū)內(nèi)處理設(shè)施占總量的17.95%，兩者范圍內(nèi)有79.2%的戶數(shù)治理方式為技術(shù)路線3，有15.02%的戶數(shù)尚未開展治理。 因此，除了增加優(yōu)先、重點控制區(qū)內(nèi)處理設(shè)施的數(shù)量，還可以對區(qū)域內(nèi)采用技術(shù)路線3 的處理設(shè)施進(jìn)行重點監(jiān)管；漳州市內(nèi)，優(yōu)先控制區(qū)內(nèi)處理設(shè)施占全市總量的0.54%，重點控制區(qū)內(nèi)處理設(shè)施占比18.89%，全市采用技術(shù)路線2 處理戶數(shù)占26.52%、技術(shù)路線3 處理戶數(shù)占20.44%，同時，區(qū)域內(nèi)分別有29.31%，62.61%的戶數(shù)采用技術(shù)路線2，3 處理，15.81%的戶數(shù)尚未開展治理。 因此，可以對區(qū)域內(nèi)采用技術(shù)路線2，3 的處理設(shè)施加以重點控制，同時，加大處理設(shè)施建設(shè)力度。

2.3 分級監(jiān)管

在不同級別的控制區(qū)內(nèi)，農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的技術(shù)路線、規(guī)模分布不盡相同，故需要對其進(jìn)行分類分級監(jiān)管。 監(jiān)管策略見表3。

表3 不同級別監(jiān)管控制區(qū)內(nèi)分類分級監(jiān)管策略

3 結(jié)論

對閩三角地區(qū)處理設(shè)施的污染物排放強(qiáng)度進(jìn)行定量估算和空間分析，得出閩三角農(nóng)村地區(qū)COD，TN，TP，NH3-N，動植物油的重度排污區(qū)分別占研究單元總排放量的39.87%，15.12%，41.28%，26.96%，33.29%，其中，廈門市內(nèi)污染物排放量都低于泉州市和漳州市；泉州市內(nèi)陸以TN 排放為主，沿海主要以TP 排放為主，且均存在重度排污鄉(xiāng)鎮(zhèn)；漳州市內(nèi)各污染物排放比較分散。 結(jié)合福建省區(qū)域環(huán)境敏感性評價，識別出閩三角地區(qū)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的優(yōu)先控制區(qū)，其中廈門市內(nèi)無優(yōu)先控制區(qū)，泉州市內(nèi)有3 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，漳州市內(nèi)有1 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。針對各區(qū)污染特征和重要性不同，提出了不同控制區(qū)的分類管控要點，具體方案的實施還應(yīng)考慮地區(qū)實際，進(jìn)行細(xì)化完善。