江蘇蘇北地區(qū)農(nóng)村生活污水產(chǎn)排污特征及其系數(shù)研究

顏潤(rùn)潤(rùn)，晁建穎

（1.江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司，江蘇 南京 210019；2.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042）

0 引言

農(nóng)業(yè)面源污染主要包括水土流失、化肥和農(nóng)藥流失、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖污染和農(nóng)村生活污染[1]。農(nóng)村生活污染具有分布廣且分散、隨機(jī)、開(kāi)放式等特點(diǎn)[2]。近幾十年來(lái)，有不少?lài)?guó)內(nèi)、外學(xué)者對(duì)農(nóng)村污水及其治理進(jìn)行了大量研究[3-8]。開(kāi)展農(nóng)村生活污水的產(chǎn)排特征調(diào)查和產(chǎn)排污系數(shù)測(cè)算是準(zhǔn)確核算農(nóng)村生活污染物量的基本前提和重要保證[9]。江蘇省位于長(zhǎng)江下游地區(qū)，由北向南地跨淮河和長(zhǎng)江兩大流域，自北向南按照經(jīng)濟(jì)、文化、生活習(xí)慣等分為蘇北、蘇中和蘇南3 個(gè)地理區(qū)域。目前，江蘇省有關(guān)農(nóng)村生活污水產(chǎn)污特征及產(chǎn)排污系數(shù)的研究主要集中在蘇南地區(qū)。2007年～2008年尹微琴等[10]在昆山市錦溪鎮(zhèn)周家浜村開(kāi)展了為期1 a 的調(diào)查和采樣，對(duì)不同收入狀況家庭排放的生活污水量、組成及季節(jié)變化特征進(jìn)行研究，并估算出農(nóng)村生活污水排污系數(shù)。2010年王文林等[1]和唐曉燕等[11]在太湖流域宜興市大浦鎮(zhèn)4個(gè)村，對(duì)9 戶(hù)村民的生活污水排放量和各種污染物指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查研究。2014年李新艷等[12]按平原區(qū)和丘陵山區(qū)區(qū)分從常州市、蘇州市、無(wú)錫市、鎮(zhèn)江市4城市選取14 個(gè)鎮(zhèn)，對(duì)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進(jìn)行調(diào)查研究。生活源水污染物的產(chǎn)排特征受鄉(xiāng)村發(fā)展的自然環(huán)境變化和人類(lèi)階段性活動(dòng)等時(shí)空差異影響，其中人口、氣候、地貌、生活習(xí)慣、水資源等因素的影響性突出[13]，而江蘇蘇中、蘇北地區(qū)的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為掌握江蘇蘇北地區(qū)生活污水排放特征，根據(jù)農(nóng)村人均可支配收入，選取鹽城和徐州兩市開(kāi)展春、夏2 期的農(nóng)村居民生活習(xí)性、用排水情況調(diào)查及水質(zhì)監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析農(nóng)村生活污水各類(lèi)污染物排放水平與區(qū)域差異，從而得出各類(lèi)污染物產(chǎn)排系數(shù)，以填補(bǔ)了蘇北地區(qū)農(nóng)村生活源污染排放系數(shù)研究上的空白，為農(nóng)村生活源強(qiáng)核算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和農(nóng)村生活污染的進(jìn)

一步治理工作提供技術(shù)支撐。

1 研究?jī)?nèi)容與方法

1.1 研究區(qū)域概況

江蘇省根據(jù)農(nóng)村人均可支配收入分為3 類(lèi)區(qū)域，其中一類(lèi)區(qū)域包括蘇州、無(wú)錫、常州和南京4 市，二類(lèi)區(qū)域包括鎮(zhèn)江、南通、揚(yáng)州、泰州和鹽城5 市，三類(lèi)區(qū)域包括徐州、淮安、連云港和宿遷4 市。研究針對(duì)二類(lèi)區(qū)和三類(lèi)區(qū)選取典型村民展開(kāi)調(diào)查。二類(lèi)區(qū)域主要相關(guān)縣市有21 個(gè)，研究選取的鹽城市東臺(tái)市農(nóng)村居民人均可支配收入排名第五；三類(lèi)區(qū)域主要相關(guān)縣市有13 個(gè)，研究選取的徐州市邳州市農(nóng)村居民人均可支配收入排名第三。東臺(tái)市和邳州市農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在所在區(qū)域均處于中上游水平，較具代表性。研究區(qū)域縣級(jí)行政區(qū)農(nóng)村常住居民人均可支配收入見(jiàn)圖1。

圖1 研究區(qū)域縣級(jí)行政區(qū)農(nóng)村常住居民人均可支配收入

在東臺(tái)市選擇了經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平居中上的弶港鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)村民主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源為水產(chǎn)和蔬菜瓜果種植，研究選取前哨村和海堤村作為調(diào)查行政村。在邳州市選擇了經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平居中的鐵富鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)村民主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源為苗木種植和農(nóng)業(yè)種植，并選取姚莊村和響水流村作為調(diào)查行政村。調(diào)查區(qū)域的村民生活習(xí)性見(jiàn)表1。

表1 調(diào)查區(qū)域村民生活習(xí)性

1.2 布點(diǎn)采樣

農(nóng)村生活污水主要包括廁所污水、廚房污水及生活洗滌污水（洗漱、洗浴、洗衣、保潔等）[14]。徐州和鹽城兩市接受調(diào)查的4 個(gè)村莊共12 戶(hù)村民（瓊港鎮(zhèn)6 戶(hù)，鐵富鎮(zhèn)6 戶(hù)），兩市分別選取對(duì)廁所污水有初級(jí)處理設(shè)施（如化糞池等）的3 戶(hù)村民及旱廁3 戶(hù)村民。將村民的沖廁水、餐廚、洗漱、洗衣、洗澡、清潔等各類(lèi)生活污水分別收集并記錄，同時(shí)統(tǒng)計(jì)常住人口、年齡、經(jīng)濟(jì)狀況、生活習(xí)慣、用水水源、排水情況等指標(biāo)。沖廁污水為化糞池進(jìn)水和出水，分別采集水樣后混合均勻（早、中、晚共3 次混合樣），水樣體積可滿足正常指標(biāo)測(cè)試和留樣備用。于春季（2019年5月26日～28日）和夏季（2019年7月7日～9日）各1期，連續(xù)3 d（晴天）采樣。檢驗(yàn)指標(biāo)包括樣品的用水量（Q用水）、污水量（Q排水）、化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、動(dòng)植物油（AVO）共8 項(xiàng)。采用國(guó)家和環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行樣本分析。

1.3 產(chǎn)、排污系數(shù)計(jì)算方法

通過(guò)對(duì)村民人數(shù)、用水量和生活習(xí)慣的調(diào)查以及對(duì)污染物濃度的監(jiān)測(cè)，確定村民人均污水量和主要污染物產(chǎn)生系數(shù)[9]。

每戶(hù)平均每天水污染物產(chǎn)生量為：

式中：qc為村民每天人均生活污水產(chǎn)生量，L/（d·人）；Qcj為村民每天實(shí)測(cè)的生活污水量，L/d；t為測(cè)量天數(shù)，d；n為所測(cè)住戶(hù)的常住人口，人。

污水排放系數(shù)為：

每戶(hù)村民平均每天水污染物產(chǎn)生量為：

式中：Wi為村民每天生活污水中污染物i的平均產(chǎn)生量，g/d；Cij為每天污染物i的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度均值，mg/L。

每戶(hù)村民人均產(chǎn)污系數(shù)為：

式中：Fi為生活污水中污染物i的人均產(chǎn)污系數(shù)，g/（d·人）。

水沖式衛(wèi)生廁所對(duì)污染物i的去除率θi為：

式中：CIi為入化糞池前污染物i質(zhì)量濃度，mg/L；COi為出化糞池后污染物i質(zhì)量濃度，mg/L。

2 分析與討論

2.1 數(shù)據(jù)合理性

利用SPSS 進(jìn)行數(shù)據(jù)合理性分析，采用Spearman 分析法分析污水各指標(biāo)間的相關(guān)性關(guān)系。

12 戶(hù)村民分類(lèi)生活污水各監(jiān)測(cè)指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可知，人均洗澡日產(chǎn)污水量、餐廚污水的COD 濃度和BOD5濃度以及洗衣污水中的TP濃度服從正態(tài)分布，其他分類(lèi)污水各指標(biāo)值均呈偏態(tài)分布。僅餐廚污水的COD 和BOD5濃度、洗澡和洗衣污水的人均日產(chǎn)污水量、洗澡污水中TN、洗衣和清潔污水中TP 變異系數(shù)小于50%，其余指標(biāo)變化幅度均較大，污水水質(zhì)指標(biāo)隨地域、季節(jié)、氣候及村民生活方式等因素的不同而存在較大差異[9]。對(duì)污水各指標(biāo)進(jìn)行自然對(duì)數(shù)變換，自然對(duì)數(shù)變換后的Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)結(jié)果顯示，各監(jiān)測(cè)指標(biāo)濃度數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布（K-S 顯著性＞0.05），故可用幾何平均數(shù)代表各監(jiān)測(cè)指標(biāo)濃度的平均水平。

表2 12 戶(hù)村民分類(lèi)生活污水各監(jiān)測(cè)指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

2.2 村民用、排水量特征

不同區(qū)域村民污水排放系數(shù)見(jiàn)圖2。由圖2 可以看出，鹽城市、徐州市兩地污水排放系數(shù)α 標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.03 ～0.10 之間。徐州地區(qū)污水排放系數(shù)均高于鹽城地區(qū)，夏季污水（2 期）排放系數(shù)高于春季（1 期），總體與其他地區(qū)（延安市均值為0.73[15]，漢中市為0.68 ～0.74[5]）差異較小。

圖2 不同區(qū)域村民污水排放系數(shù)

2 個(gè)監(jiān)測(cè)期內(nèi)徐州市抽選的村民人均用、排水量均低于鹽城市，具體見(jiàn)表3。由表3 可以看出，人均用水量和經(jīng)濟(jì)水平有直接關(guān)系[15]，經(jīng)濟(jì)狀況越好，人均用水量越多。

表3 村民人均用、排水量

農(nóng)村生活污水主要來(lái)源于村民的日常生活，不同的生活習(xí)慣造成生活污水的組成存在不一致性。村民每天不同類(lèi)型生活污水量見(jiàn)圖3。由圖3 可以看出，洗衣污水在村民排水中占比最高，徐州市和鹽城市人均洗衣污水分別占總污水排放量的30.31%和29.53%；其次為洗澡污水，徐州市和鹽城市人均洗澡污水分別占總量的29.06%和24.35%；鹽城市在排水總量排名第3 的為廚房污水，占總量的19.57%；徐州市占總量第3 的為沖廁污水，占總量的15.92%。以上看出，鹽城地區(qū)餐廚用水量明顯高于徐州地區(qū)，鹽城市村民以米飯為主食，徐州市村民以饅頭為主食，兩地飲食結(jié)構(gòu)不同，且生活水平存在差異，隨著村民生活水平的提高，廚房用水量也隨著增加[9]。有研究表明，各地農(nóng)村各類(lèi)生活污水也存在明顯的地區(qū)差異，江蘇蘇北地區(qū)洗澡、洗衣污水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于遼寧地區(qū)[6]。

圖3 村民不同類(lèi)型生活污水日排水量

2.3 各類(lèi)生活污水產(chǎn)污特征

村民不同類(lèi)型生活污水產(chǎn)污系數(shù)比較見(jiàn)圖4。由圖4 可以看出，鹽城地區(qū)除清潔污水的排污系數(shù)略低于徐州地區(qū)，其余各類(lèi)污水的排污系數(shù)均高于徐州地區(qū)。沖廁、餐廚、洗衣污水為蘇北地區(qū)農(nóng)村生活污水的最主要產(chǎn)污來(lái)源。徐州市、鹽城市兩地沖廁污水中除動(dòng)植物油外，各類(lèi)污染物中NH3-N 占比均超過(guò)90%，徐州市沖廁污水中TN，TP 占比均超過(guò)80%，鹽城市沖廁污水中TN 占比超過(guò)80%。徐州市村民旱廁生活污水中COD，NH3-N，TN，AVO 等污染物占比最高的為洗衣污水，BOD5和TP 占比最高的為餐廚污水；鹽城市村民旱廁生活污水中COD，BOD5，TP，AVO 等污染物占比最高的為餐廚污水，NH5-N 和TN 占比最高的為洗衣污水。餐廚污水中富含食物纖維素、淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、動(dòng)植物油、各種佐料和洗滌劑等物質(zhì)[9]，對(duì)COD，BOD5及TP 貢獻(xiàn)率較大。洗衣用品中含有表面活性劑和洗滌劑，易產(chǎn)生污染，調(diào)查村民洗衣主要使用波輪洗衣機(jī)，其耗水量較大，導(dǎo)致污染貢獻(xiàn)增加。

圖4 村民不同類(lèi)型生活污水產(chǎn)污系數(shù)

2.4 生活污水產(chǎn)污系數(shù)

鹽城、徐州兩地不同地區(qū)生活污水產(chǎn)污系數(shù)見(jiàn)表4。由表4 可以看出，兩地水沖廁污水量均超出旱廁污水量的19%，且村民水沖廁產(chǎn)污系數(shù)遠(yuǎn)高于旱廁。除動(dòng)植物油外，徐州市村民旱廁、水沖廁產(chǎn)污系數(shù)均低于鹽城市村民，這是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)狀況決定消費(fèi)水平，消費(fèi)水平影響污染物的產(chǎn)生和排放，經(jīng)濟(jì)狀況越好，污染物的產(chǎn)生和排放越多[15]。由于太湖、巢湖等地的文獻(xiàn)資料較早，故與遼寧、陜西等近期研究成果進(jìn)行比較。在不考慮沖廁污水的情況下，江蘇蘇北地區(qū)除COD 和BOD5產(chǎn)污系數(shù)較低外，其余因子均高于或接近遼寧、陜西地區(qū)[9-13]。

表4 不同地區(qū)村民生活污水人均產(chǎn)污系數(shù)

Spearman 相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越大，相關(guān)性越強(qiáng)。農(nóng)村生活污水各特征指的相關(guān)性分析成果見(jiàn)表5。由表5 可以看出，COD，BOD5和污水排放系數(shù)α呈顯著負(fù)相關(guān)，COD 和BOD5，NH3-N 和TN，NH3-N和TP，TN 和TP 呈顯著正相關(guān)，AVO 與其他污染指標(biāo)之間無(wú)顯著相關(guān)性。這與各指標(biāo)的污染來(lái)源構(gòu)成有直接關(guān)系。

表5 農(nóng)村生活污水各特征指的相關(guān)性分析

2.5 處理設(shè)施去除效率及排污系數(shù)

6 戶(hù)村民化糞池各類(lèi)污染物去除率見(jiàn)圖5。由圖5可以看出，6戶(hù)村民的化糞池對(duì)COD，BOD5和AVO 污染物指標(biāo)有較好的削減效果，削減率均值分別為58%，53%和74%，與汪浩等[16]對(duì)其他區(qū)域的研究成果基本符合。對(duì)NH3-N 和TN 的去除效果較差，削減率均值分別為26%和21%，含氮有機(jī)物的厭氧氨化作用是導(dǎo)致化糞池對(duì)NH3-N 削減不佳的關(guān)鍵原因[16]。對(duì)比2 期數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，化糞池夏季去除率明顯高于春季，溫度對(duì)化糞池效率有較大影響[17]。徐州市村民的化糞池對(duì)COD，BOD5和TN 的削減率高于鹽城市的，可能與氣候有關(guān)[16]。

圖5 村民化糞池各類(lèi)污染物去除率

根據(jù)化糞池去除效率，對(duì)兩地水沖廁排污系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。兩地區(qū)村民水沖廁及旱廁人均產(chǎn)、排污系數(shù)對(duì)比見(jiàn)圖6。由圖6 可以看出經(jīng)化糞池處理后，兩地村民水沖廁生活污水排污系數(shù)有所降低，但仍高于旱廁生活污水的產(chǎn)污系數(shù)，NH3-N，TN 和TP 差異極其顯著，動(dòng)植物油差異較小。因此，隨著水沖廁在農(nóng)村的普及，如何提高化糞池效率對(duì)于提升農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量尤為重要。

圖6 兩地區(qū)村民不同廁所類(lèi)型人均產(chǎn)、排污系數(shù)對(duì)比

3 結(jié)論

（1）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鹽城市、徐州市農(nóng)村村民生活污水排放系數(shù)均值分別為0.72，0.76，人均排水量分別為58，49 L/（d·人），沖廁、餐廚、洗衣污水為農(nóng)村生活污水中主要產(chǎn)污來(lái)源。

（2）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鹽城市村民旱廁/水沖廁污水中COD，BOD5，NH3-N，TN，TP，AVO 的人均產(chǎn)污系數(shù)分別為19.62/36.12，8.09/16.19，0.23/3.46，0.87/4.9，0.17/0.42，1.85/2.5 g/（d·人），徐州市村民以上人均產(chǎn)污系數(shù)分別為11.01/25.35，4.2/11.62，0.14/1.84，0.56/3.45，0.05/0.27，2.31/2.52 g/（d·人）。