摘要:在湖北省三峽庫區農村選擇了24戶典型農戶作為研究對象,分別對每戶農戶每個季節連續3 d的生活污水產生量、水質、主要污染物產污系數進行了分析。結果表明,湖北省三峽庫區農村戶平均生活污水日產生量為46.132 L,人均日產生污水量為17.530 L;人均日產生污水量受季節、地域、農戶有無下水設施的影響,與農戶收入水平無明顯聯系;農村生活污水水質不穩,其中COD、TP、TN及NH4+-N等指標的濃度變幅較大,僅pH變幅較小。生活污水水質中各項指標的平均水平pH為7.15,COD為656.22 mg/L,TP為4.13 mg/L,TN為20.69 mg/L,NH4+-N為11.88 mg/L,表現為高碳中氮中磷的水質特性;生活污水的產污系數為COD 21.04 g/(人·d)、TP 0.12 g /(人·d)、TN 0.53 g/(人·d)、NH4+-N 0.30 g/(人·d); COD的產污系數受地域、季節、農戶有無下水設施的影響,受農戶收入水平影響不規律;TP的產污系數則受地域、季節、農戶有無下水設施的影響,與農戶收入水平無關;TN和NH4+-N產污系數則只受季節的影響。
關鍵詞:三峽庫區;農村生活污水;影響因子;水質特征;產污系數
中圖分類號:X799.3 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2011)24-5079-05
Study on Rural Domestic Wastewater Producing Dynamics and Characteristic of Wastewater Quality in Three Gorges Reservoir Area of Hubei Province.
FAN Xian-peng1,XIONG Gui-yun1,ZHANG Min-min1,DONG Wen-zhong2,GAN Xiao-Ze2,LI Feng2,WANG Li-na2
(1. Institute of Plant Protection, Soil and Fertilizer Sciences, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China;
2. Hubei Agricultural Ecological Environment Protection Centre, Wuhan, 430071, China)
Abstract: 24 typical rural households from 4 counties in Three Gorges reservoir area of Hubei province were selected to study the producing rate of rural domestic wastewater(RDW), influencing factors, the features of the flow quality, and the producing coefficient of pollutant produced in 3 continuous days of each season. The result showed that the producing rate of RDW averaged at 17.530 L/d per capita; Which was affected by the location, season and income, sanitary appliance of the farmer. The quality of RSW was instable. The average pH and the concentration of COD, TP, TN and NH4+-N were 7.15, 656.22 mg/L, 4.13 mg/L, 20.69 mg/L and 11.88 mg/L respectively; And the margins of COD、TP、TN and NH4+-N value were large, while the change range of pH was small. The producing coefficients of main pollutant from RDW were COD 21.04 g/(cap·d), TP 0.12 g/(cap·d), TN 0.53 g/(cap·d), NH4+-N 0.30 g/(cap·d) respectively. The producing coefficients of COD and TP were affected by the location, season and sanitary appliance, while that of TN and NH4+-N were only affected by season.
Key words: Three Gorges reservoir area; rural domestic wastewater; influencing factors; characteristic of wastewater quality; producing coefficient of pollutant
我國農村人口數量大,居住分散,96%的村落沒有污水處理設施,生活污水隨意排放,對農村地區居住環境和人們身體健康造成了很大的威脅[1,2]。隨著農村人民生活水平的提高以及我國城鄉一體化進程的逐漸展開,農村生活污水對農村環境及受納水體水環境的影響已引起了越來越多的關注[3-5]。三峽庫區是我國生態環境敏感區、脆弱區和易污染易破壞區[6]。三峽水庫蓄水后,水深增加,流速減緩,江水自凈能力減弱,部分支流口形成的庫灣受回水頂托影響,易出現水域富營養化現象[7,8],農村生活污水是三峽庫區水體污染物的主要來源[9]。弄清三峽庫區農村生活污水的發生規律以及生活污水的特性,能為三峽庫區農村生活污水處理提供重要參考。
目前有關農村生活污水的研究,多集中在國外農村生活污水管理經驗的借鑒[10-12]、生活污水處理技術及工藝、污染物去除效果評價[13-23]等方面,對農村生活污水具體的發生規律及特性關注較少[24-26],僅有部分研究提及農村生活污水水量、水質波動很大[27,28]。對農村生活污水的發生規律和水質特性的充分了解與分析,是選擇污水處理方法和決策管理的基礎。通過在湖北省三峽庫區農村選擇代表性農戶設立監測點,監測三峽庫區農村生活污水的產生量,分析不同地域、季節、不同生活方式對生活污水的產生量、生活污水污染物的濃度影響,以摸清三峽庫區農村生活污水發生的時空變化規律、水質特征及污染物產污系數,為三峽庫區科學合理選擇農村生活污水處理方法及工藝提供基礎數據和理論依據。
1 材料與方法
1.1 監測地點與監測農戶的選擇
湖北省三峽庫區位于湖北省的西部,地處宜昌市以西,緊鄰重慶市,面積11 397 km2,總人口163.57萬。4個庫區縣(區)為巴東縣、興山縣、秭歸縣、夷陵區,下轄43個鄉鎮、972個村民委員會,39.76萬農戶,農村總人口120.82萬[29]。為了監測工作具有代表性和典型性,每個縣(區)按人均年收入高(>3 200元)、中(2 200~3 200元)、低(<2 200元)水平,各選擇2戶作為監測點[30],其中1戶生活污水有排水設施,另外1戶無排水設施。24個監測點分布在巴東縣茶店子鄉、信陵鎮、興山縣古夫鎮、夷陵區太平溪鎮和秭歸縣茅坪鎮。
1.2 監測與采樣方法
1.2.1 監測時段 分為冬、春、夏、秋四季4個監測時段,冬季監測時段為2008年月1月,春季監測時段為2008年4月,夏季監測時段為2008年7月,秋季監測時段為2008年月10月。
1.2.2 生活污水收集與現場取樣
1)生活污水收集。于監測開始的前一天,用自來水清洗污水收集池(2 m3)后,蓋上收集池上的蓋板。從監測時段第一天的早上開始收集生活污水,沒有下水設施的農戶,所有的生活污水全部倒入池內;有下水設施的農戶,戶主在監測時段開始的當天早上,轉換排污水管的方向,開始將生活污水排入污水收集池。
2)生活污水現場檢測、計量。于監測結束的后一天早上,專人測量生活污水收集池的水深,計量生活污水發生量(容積法,HJ/T 92—2002),并測量污水pH(玻璃電極法,GB6920—1986)。
3)生活污水取樣與處理。充分攪拌收集池內污水,使污水混合均勻,在污水收集池的不同部位、不同深度多點采樣,將采集的污水倒入一個干凈塑料盆中,使塑料盆中的污水量達到10 L左右,邊攪拌,邊滴加硫酸溶液,將生活污水的pH調到2左右。分?。?000 mL左右樣品,保存備用。
1.2.3 生活污水樣品檢測與分析方法 生活污水測試與分析項目有COD(水質化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法,GB 11914—1989),NH4+-N(水質 銨的測定 蒸餾和滴定法,GB 7478—1987),TN(水質 總氮測定 堿性過硫酸鉀消解分光光度法,GB11894—1989),TP(水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法,GB 11893—1989)。
2 結果與分析
2.1 湖北省三峽庫區農村生活污水發生規律及影響因素
2.1.1 生活污水產生量 監測結果表明,湖北省三峽庫區戶平均污水日產生量為46.132 L,戶平均常住人口2.740人,人均日產生污水量為17.530 L(表1),略高于重慶三峽庫區的監測結果(15.22 L)[25],遠低于太湖流域(25.7~60.7 L)[4,26]、廣東(71 L)和珠江三角洲(81 L)農村生活污水人均日產生量[2]。按照該監測結果計算,湖北省三峽庫區39.76萬戶農村居民,平均日產生生活污水1.834 萬m3,平均年產生生活污水669.400萬m3。
2.1.2 農村生活污水發生規律 從監測結果看,湖北省三峽庫區農村人均日產生污水量以秋季最高(20.672 L),其次是冬季(18.229 L)和夏季(17.924 L),春季最少(13.294 L)。4個縣(區)中巴東縣、興山縣有相同的趨勢,秭歸縣則是秋季人均日產生污水量最少。一方面說明用水量與氣溫較高時,農戶廚房、洗浴用水量增加有關,另一方面說明農村生活污水產生除受季節影響外,還受其他因素的影響[25]。
2.1.3 農村生活污水產生量的影響因素 農村生活污水的產生量一定程度上反映了該地區的經濟發展水平,同時也與該地區農村自來水普及水平、生活習慣、用水設施、農戶節水意識等因素有關[25,26,31,32]。從監測結果看,湖北省三峽庫區農村生活污水產生量,除受季節(發生的時間)的影響外,還受地域、排水設施及經濟生活水平的影響。
1)地域。由于受生活習慣、經濟發展水平等影響,農村生活污水產生量不僅在不同流域差異很大[4,25,26,31],在同一流域內不同地域污水產生量也有差別。從監測結果看,湖北?。磦€庫區縣(區)中,人均日產生污水量興山縣(19.966 L)和夷陵區(18.819 L)明顯高于巴東縣(15.562 L)和秭歸縣(15.772 L)(表2),分析原因,主要是受自來水普及程度、用水量與農戶生活習慣的影響。興山縣和夷陵區的監測農戶均在鄉鎮周邊,接近城鎮居民的生活習慣,生活污水產生量也大于遠離鄉鎮的區域。
2)經濟收入水平。太湖流域的研究結果表明污水產生量受收入水平影響顯著[33],人均日產生污水量均表現為高收入水平農戶>中收入水平農戶>低收入水平農戶。而湖北省三峽庫區的監測結果則相反,人均日產生污水量表現為低收入水平農戶(18.161 L)>中收入水平農戶(17.827 L)>高收入水平農戶(16.601 L)(圖2)。具體分析4個縣(區)的趨勢,人均日產生污水量受收入水平的影響沒有規律,與徐洪斌等[4,26]、彭緒亞等[25]的調查結果相一致。各地研究結果表現不一致可能與統計調查的樣本量差異有關。
3)下水設施。湖北省三峽庫區監測結果表明,有下水設施人均日產生污水量減少,4個縣(區)表現出相同的趨勢。
2.2 湖北省三峽庫區農村生活污水水質特征
不同的污水水質特征要采取適宜的污水處理工藝和方法,而不同來源的生活污水水質特征也不相同[34],三峽庫區農村生活污水主要是洗衣、洗浴廢水、廚房洗滌及沖廁廢水。24戶農戶生活污水的監測結果中COD、TP、TN、NH4+-N變化幅度較大(表3),表明這些指標隨監測季節、地域及農戶用水方式不同有較大差異,而pH變化幅度較小,變異系數只有9.33%。參照彭緒亞等[25]的研究結果,24戶農戶農村生活污水水質中各項指標的幾何平均值pH為7.15,COD為656.22 mg/L,TP為4.13 mg/L,TN為20.69 mg/L,NH4+-N為11.88 mg/L。其中COD濃度很高,是城鎮污水處理廠排放二級標準(GB18918—2002,100 mg/L)的6.56倍,是農田灌溉水質標準(GB5084—2005)旱地用水(200 mg/L)的3.28倍,與重慶三峽庫區[35]的結果相當,遠高于其他地區的監測結果;其他幾項指標與全國農村地區[35]、重慶三峽庫區[35]、廣東農村[2]、滇池流域[36]以及太湖流域[33,37]的監測結果相當。湖北省三峽庫區農村生活污水表現為高碳中氮中磷的水質特性,在選用分散型生活污水處理設備與工藝時,考慮的進水水質指標為COD 600~700 mg/L、TP 3~5 mg/L、TN 20~30 mg/L。
2.3 湖北省三峽庫區農村生活污水污染物特性
2.3.1 生活污水的產污系數 農村生活污水的產污和排污系數是計算生活污水污染負荷、制定區域污水處置策略的重要參數。監測結果表明,湖北省三峽庫區農村生活污水產污系數為COD 21.04 g/(人·d)、TP 0.12 g/(人·d)、TN 0.53 g/(人·d)、NH4+-N 0.30 g/(人·d)(表4)。其中COD產污系數與太湖流域相近,TP、TN以及NH4+-N則遠遠低于太湖流域[33],主要是因為湖北省三峽庫區農村生活污水產生量遠小于太湖流域。
2.3.2 生活污水產污系數的影響因素 農村生活污水產污系數受污水來源的影響,如廁、洗滌與廚房用水對污染物貢獻明顯不同[33],同時也受地域、季節、農戶的收入水平以及農戶用水方式的影響,不同的污染物受影響的程度各不相同。
1)對COD產污系數的影響。監測結果表明,COD產污系數變化幅度最大,主要受地域、季節、農戶用水方式的影響。湖北省三峽庫區4個縣(區)中,興山縣COD產污系數最高為(33.93 g/(人·d)、秭歸縣最低為14.84 g/(人·d),主要是與各地農戶生活方式不同有關;COD產污系數明顯受季節的影響,表現為秋季>冬季>夏季>春季;農戶收入水平對COD產污系數影響不規律,中等收入水平農戶明顯高于低、高收入農戶,與太湖流域的結果不盡相同[33];農戶用水方式對COD產污系數有影響,有下水設施的農戶高于無下水設施的農戶,與有下水設施農戶收集了如廁用水有關。
2)對TP產污系數的影響。湖北省三峽庫區農村生活污水中TP產污系數相對較低,但也受地域的影響,4個縣(區)中,興山縣明顯高于其他3個縣(區);受季節的影響,表現與COD一樣,秋季明顯高于其他3季;受農戶收入水平影響不明顯;受農戶有無下水設施的影響,有下水設施農戶高于無下水設施農戶。
3)對TN和NH4+-N產污系數的影響。三峽庫區農村生活污水中TN和NH4+-N產污系數相對較低,TN中NH4+-N的比例較為穩定,占55%~65%,兩者變化趨勢一致。TN和NH4+-N產污系數受地域、農戶收入水平及農戶有無下水設施影響不明顯,受季節的影響,與COD和TP秋季高于其他季節不同,夏季產污系數明顯高于其他3季。
總之,湖北省三峽庫區農村生活污水中,COD的產污系數受地域、季節、農戶有無下水設施的影響,受農戶收入水平影響不規律,可能與樣本數量和4個縣(區)由不同人員監測有關。TP的產污系數則受地域、季節、農戶有無下水設施的影響,與農戶收入水平無關。TN和NH4+-N產污系數則只受季節的影響。
3 結論
通過在湖北省三峽庫區4個縣(區)選擇24戶代表性農戶,分別在春、夏、秋、冬4個時段,對農戶的生活污水進行連續3 d的原位監測,得到如下結果。
1)湖北省三峽庫區農村戶平均生活污水日產生量為46.132 L,人均日產生污水量為17.530 L,略高于重慶三峽庫區,遠低于太湖流域、廣東及珠江三角洲,人均日產生污水量與地區經濟發達程度相關。湖北省三峽庫區農村居民,日產生生活污水1.834萬m3,年產生生活污水669.400萬m3。
2)湖北省三峽庫區農村人均日產生污水量以秋季最高,其次是冬季和夏季,春季產生量最少;人均日產生污水量受地域、農戶有無下水設施的影響,與農戶收入水平影響不明顯。
3)湖北省三峽庫區農村生活污水水質不穩,其中COD、TP、TN及NH4+-N等指標的濃度變幅較大,僅pH變幅較小。生活污水水質中各項指標的幾何平均值pH為7.15,COD為656.22 mg/L,TP為4.13 mg/L,TN為20.69 mg/L,NH4+-N為11.88 mg/L,表現為高碳中氮中磷的水質特性,建議選用污水處理設備與工藝時,設計進水水質指標為COD 600~700 mg/L、TP 3~5 mg/L、TN 20~30 mg/L。
4)湖北省三峽庫區農村生活污水產污系數為COD 21.04 g/(人·d)、TP 0.12 g/(人·d)、TN 0.53 g/(人·d)、NH4+-N 0.30 g/(人·d)。COD與太湖流域相當,TP、TN和NH4+-N則遠低于太湖流域,主要是與農村生活污水產生量小有關。
5)湖北省三峽庫區農村生活污水中,COD產污系數受地域、季節、農戶有無下水設施的影響,受農戶收入水平影響不規律;TP產污系數則受地域、季節、農戶有無下水設施的影響,與農戶收入水平無關;TN和NH4+-N產污系數則只受季節的影響。
致謝:巴東縣農業生態環境保護站高龍、黃元舉,興山縣農產品質量檢測中心熊佳林、周繼文、賀反修,宜昌市夷陵區農產品質量安全監督檢驗檢測中心陳啟銀、易瑛,秭歸縣農業生態環境保護站鄭軍、向小波等參加了樣品的采集;生活污水樣品的測定與分析由宜昌市夷陵區環境監測站完成。特此致謝!
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