江蘇蘇北地區農村生活污水產排污特征及其系數研究

顏潤潤，晁建穎

（1.江蘇環保產業技術研究院股份公司，江蘇 南京 210019；2.生態環境部南京環境科學研究所，江蘇 南京 210042）

0 引言

農業面源污染主要包括水土流失、化肥和農藥流失、畜禽水產養殖污染和農村生活污染[1]。農村生活污染具有分布廣且分散、隨機、開放式等特點[2]。近幾十年來，有不少國內、外學者對農村污水及其治理進行了大量研究[3-8]。開展農村生活污水的產排特征調查和產排污系數測算是準確核算農村生活污染物量的基本前提和重要保證[9]。江蘇省位于長江下游地區，由北向南地跨淮河和長江兩大流域，自北向南按照經濟、文化、生活習慣等分為蘇北、蘇中和蘇南3 個地理區域。目前，江蘇省有關農村生活污水產污特征及產排污系數的研究主要集中在蘇南地區。2007年～2008年尹微琴等[10]在昆山市錦溪鎮周家浜村開展了為期1 a 的調查和采樣，對不同收入狀況家庭排放的生活污水量、組成及季節變化特征進行研究，并估算出農村生活污水排污系數。2010年王文林等[1]和唐曉燕等[11]在太湖流域宜興市大浦鎮4個村，對9 戶村民的生活污水排放量和各種污染物指標進行調查研究。2014年李新艷等[12]按平原區和丘陵山區區分從常州市、蘇州市、無錫市、鎮江市4城市選取14 個鎮，對太湖流域農村生活用水量、污水產生量、空間分布及生活污水去向進行調查研究。生活源水污染物的產排特征受鄉村發展的自然環境變化和人類階段性活動等時空差異影響，其中人口、氣候、地貌、生活習慣、水資源等因素的影響性突出[13]，而江蘇蘇中、蘇北地區的相關研究鮮見報道。為掌握江蘇蘇北地區生活污水排放特征，根據農村人均可支配收入，選取鹽城和徐州兩市開展春、夏2 期的農村居民生活習性、用排水情況調查及水質監測，通過分析農村生活污水各類污染物排放水平與區域差異，從而得出各類污染物產排系數，以填補了蘇北地區農村生活源污染排放系數研究上的空白，為農村生活源強核算提供基礎數據和農村生活污染的進

一步治理工作提供技術支撐。

1 研究內容與方法

1.1 研究區域概況

江蘇省根據農村人均可支配收入分為3 類區域，其中一類區域包括蘇州、無錫、常州和南京4 市，二類區域包括鎮江、南通、揚州、泰州和鹽城5 市，三類區域包括徐州、淮安、連云港和宿遷4 市。研究針對二類區和三類區選取典型村民展開調查。二類區域主要相關縣市有21 個，研究選取的鹽城市東臺市農村居民人均可支配收入排名第五；三類區域主要相關縣市有13 個，研究選取的徐州市邳州市農村居民人均可支配收入排名第三。東臺市和邳州市農村經濟發展水平在所在區域均處于中上游水平，較具代表性。研究區域縣級行政區農村常住居民人均可支配收入見圖1。

圖1 研究區域縣級行政區農村常住居民人均可支配收入

在東臺市選擇了經濟發展水平居中上的弶港鎮，該鎮村民主要經濟來源為水產和蔬菜瓜果種植，研究選取前哨村和海堤村作為調查行政村。在邳州市選擇了經濟發展水平居中的鐵富鎮，該鎮村民主要經濟來源為苗木種植和農業種植，并選取姚莊村和響水流村作為調查行政村。調查區域的村民生活習性見表1。

表1 調查區域村民生活習性

1.2 布點采樣

農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查的4 個村莊共12 戶村民（瓊港鎮6 戶，鐵富鎮6 戶），兩市分別選取對廁所污水有初級處理設施（如化糞池等）的3 戶村民及旱廁3 戶村民。將村民的沖廁水、餐廚、洗漱、洗衣、洗澡、清潔等各類生活污水分別收集并記錄，同時統計常住人口、年齡、經濟狀況、生活習慣、用水水源、排水情況等指標。沖廁污水為化糞池進水和出水，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測試和留樣備用。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3 d（晴天）采樣。檢驗指標包括樣品的用水量（Q用水）、污水量（Q排水）、化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、動植物油（AVO）共8 項。采用國家和環境保護行業標準規定的監測方法進行樣本分析。

1.3 產、排污系數計算方法

通過對村民人數、用水量和生活習慣的調查以及對污染物濃度的監測，確定村民人均污水量和主要污染物產生系數[9]。

每戶平均每天水污染物產生量為：

式中：qc為村民每天人均生活污水產生量，L/（d·人）；Qcj為村民每天實測的生活污水量，L/d；t為測量天數，d；n為所測住戶的常住人口，人。

污水排放系數為：

每戶村民平均每天水污染物產生量為：

式中：Wi為村民每天生活污水中污染物i的平均產生量，g/d；Cij為每天污染物i的實測質量濃度均值，mg/L。

每戶村民人均產污系數為：

式中：Fi為生活污水中污染物i的人均產污系數，g/（d·人）。

水沖式衛生廁所對污染物i的去除率θi為：

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

2 分析與討論

2.1 數據合理性

利用SPSS 進行數據合理性分析，采用Spearman 分析法分析污水各指標間的相關性關系。

12 戶村民分類生活污水各監測指標檢驗結果見表2。由表2 可知，人均洗澡日產污水量、餐廚污水的COD 濃度和BOD5濃度以及洗衣污水中的TP濃度服從正態分布，其他分類污水各指標值均呈偏態分布。僅餐廚污水的COD 和BOD5濃度、洗澡和洗衣污水的人均日產污水量、洗澡污水中TN、洗衣和清潔污水中TP 變異系數小于50%，其余指標變化幅度均較大，污水水質指標隨地域、季節、氣候及村民生活方式等因素的不同而存在較大差異[9]。對污水各指標進行自然對數變換，自然對數變換后的Kolmogorov-Smirnov 檢驗結果顯示，各監測指標濃度數據符合正態分布（K-S 顯著性＞0.05），故可用幾何平均數代表各監測指標濃度的平均水平。

表2 12 戶村民分類生活污水各監測指標檢驗結果

2.2 村民用、排水量特征

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

圖2 不同區域村民污水排放系數

2 個監測期內徐州市抽選的村民人均用、排水量均低于鹽城市，具體見表3。由表3 可以看出，人均用水量和經濟水平有直接關系[15]，經濟狀況越好，人均用水量越多。

表3 村民人均用、排水量

農村生活污水主要來源于村民的日常生活，不同的生活習慣造成生活污水的組成存在不一致性。村民每天不同類型生活污水量見圖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，鹽城地區餐廚用水量明顯高于徐州地區，鹽城市村民以米飯為主食，徐州市村民以饅頭為主食，兩地飲食結構不同，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，各地農村各類生活污水也存在明顯的地區差異，江蘇蘇北地區洗澡、洗衣污水量遠遠高于遼寧地區[6]。

圖3 村民不同類型生活污水日排水量

2.3 各類生活污水產污特征

村民不同類型生活污水產污系數比較見圖4。由圖4 可以看出，鹽城地區除清潔污水的排污系數略低于徐州地區，其余各類污水的排污系數均高于徐州地區。沖廁、餐廚、洗衣污水為蘇北地區農村生活污水的最主要產污來源。徐州市、鹽城市兩地沖廁污水中除動植物油外，各類污染物中NH3-N 占比均超過90%，徐州市沖廁污水中TN，TP 占比均超過80%，鹽城市沖廁污水中TN 占比超過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、動植物油、各種佐料和洗滌劑等物質[9]，對COD，BOD5及TP 貢獻率較大。洗衣用品中含有表面活性劑和洗滌劑，易產生污染，調查村民洗衣主要使用波輪洗衣機，其耗水量較大，導致污染貢獻增加。

圖4 村民不同類型生活污水產污系數

2.4 生活污水產污系數

鹽城、徐州兩地不同地區生活污水產污系數見表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%，且村民水沖廁產污系數遠高于旱廁。除動植物油外，徐州市村民旱廁、水沖廁產污系數均低于鹽城市村民，這是因為經濟狀況決定消費水平，消費水平影響污染物的產生和排放，經濟狀況越好，污染物的產生和排放越多[15]。由于太湖、巢湖等地的文獻資料較早，故與遼寧、陜西等近期研究成果進行比較。在不考慮沖廁污水的情況下，江蘇蘇北地區除COD 和BOD5產污系數較低外，其余因子均高于或接近遼寧、陜西地區[9-13]。

表4 不同地區村民生活污水人均產污系數

Spearman 相關系數的絕對值越大，相關性越強。農村生活污水各特征指的相關性分析成果見表5。由表5 可以看出，COD，BOD5和污水排放系數α呈顯著負相關，COD 和BOD5，NH3-N 和TN，NH3-N和TP，TN 和TP 呈顯著正相關，AVO 與其他污染指標之間無顯著相關性。這與各指標的污染來源構成有直接關系。

表5 農村生活污水各特征指的相關性分析

2.5 處理設施去除效率及排污系數

6 戶村民化糞池各類污染物去除率見圖5。由圖5可以看出，6戶村民的化糞池對COD，BOD5和AVO 污染物指標有較好的削減效果，削減率均值分別為58%，53%和74%，與汪浩等[16]對其他區域的研究成果基本符合。對NH3-N 和TN 的去除效果較差，削減率均值分別為26%和21%，含氮有機物的厭氧氨化作用是導致化糞池對NH3-N 削減不佳的關鍵原因[16]。對比2 期數據發現，化糞池夏季去除率明顯高于春季，溫度對化糞池效率有較大影響[17]。徐州市村民的化糞池對COD，BOD5和TN 的削減率高于鹽城市的，可能與氣候有關[16]。

圖5 村民化糞池各類污染物去除率

根據化糞池去除效率，對兩地水沖廁排污系數進行計算。兩地區村民水沖廁及旱廁人均產、排污系數對比見圖6。由圖6 可以看出經化糞池處理后，兩地村民水沖廁生活污水排污系數有所降低，但仍高于旱廁生活污水的產污系數，NH3-N，TN 和TP 差異極其顯著，動植物油差異較小。因此，隨著水沖廁在農村的普及，如何提高化糞池效率對于提升農村水環境質量尤為重要。

圖6 兩地區村民不同廁所類型人均產、排污系數對比

3 結論

（1）調查發現，鹽城市、徐州市農村村民生活污水排放系數均值分別為0.72，0.76，人均排水量分別為58，49 L/（d·人），沖廁、餐廚、洗衣污水為農村生活污水中主要產污來源。

（2）調查發現，鹽城市村民旱廁/水沖廁污水中COD，BOD5，NH3-N，TN，TP，AVO 的人均產污系數分別為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污系數分別為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）。