派河流域农村生活垃圾非点源污染负荷研究

白玉方，吴　克，吴东彪，陈　俊，宋早明，龚　晨

(1.合肥学院生物与环境工程系/ 安徽省环境污染防治与生态修复协同创新中心,安徽 合肥　230601;2.安徽省城建设计研究总院有限公司，安徽 合肥　230051)



派河流域农村生活垃圾非点源污染负荷研究

白玉方1,2，吴克1①，吴东彪2，陈俊1，宋早明1，龚晨1

(1.合肥学院生物与环境工程系/ 安徽省环境污染防治与生态修复协同创新中心,安徽 合肥230601;2.安徽省城建设计研究总院有限公司，安徽 合肥230051)

摘要：运用生活垃圾非点源污染负荷估算模型估算派河流域农村生活垃圾及污染物的污染负荷量，并提出解决措施。2014年派河流域农村生活垃圾产生量为45 521.92 t，流失量为23 136.14 t，TN、TP、TOC和COD的污染负荷量分别为73.77、5.05、514.89和680.01 t。各乡镇(开发区)比较而言，上派镇农村生活垃圾污染负荷量最大，TN、TP、TOC和COD入河量分别为35.01、2.40、244.33和322.69 t，占派河流域农村生活垃圾总污染负荷量的47.45%；南岗镇污染负荷量最小，TN、TP、TOC和COD入河量分别为1.11、0.08、7.72和10.20 t，所占比例为1.50%。上派镇是派河流域农村生活垃圾非点源污染的主要来源，这是因为在派河流域农村生活垃圾收集率、污染物入河系数等相差不大的情况下，该镇农业人口数最多。

关键词：派河流域；农村生活垃圾；非点源；污染负荷

随着城镇化的不断深入,人类赖以生存的环境也在持续恶化,水资源不足和水环境污染问题越来越严重。2014年,巢湖平均水质为Ⅳ类,主要污染指标为TP和COD。巢湖的主要入湖河流派河、南淝河和十五里河的水质均为劣Ⅴ类[1]。派河作为巢湖重要的入湖河流之一,也是合肥市西南地区的“母亲河”,近年一直受严重污染困扰,水质处于Ⅴ类和劣Ⅴ类。派河水质恶化不仅来源于流域内工业生产和农业非点源污染,还有一部分来源于生活垃圾污染。目前,关于生活垃圾对流域水环境的影响研究较少,已有研究主要集中在农业非点源综合污染负荷[2-5]。该研究根据派河流域人口、河流、地形和垃圾流失率等,利用生活垃圾非点源污染物入河系数模型估算派河流域农村生活垃圾对流域水环境的污染负荷量,以期使估算结果更加符合实际。

1研究区域概况

派河流域地处合肥市区西南,巢湖流域的西北部,涉及肥西县、蜀山区、高新区、经开区和滨湖新区,位于北纬31.62°～31.93°,东经116.9°～117.3°之间。派河属雨源型河流,发源于合肥市江淮分水岭的紫蓬镇周公山、紫蓬山等丘陵地带,河道自西北向东南流经肥西县、蜀山区和包河区入巢湖,全长67 km,流域面积584.6 km2,流域年降水量为800～1 200 mm。河床上游弯窄流急,下游宽直流缓,平均坡降为0.2‰。派河干流左岸主要支流有岳小河、斑鸠堰河和王建沟等,右岸主要支流有苦驴河、梳头河、五老堰河、卞小河、潭冲河和泄洪河等[6]。派河流域范围及主要支流如图1所示。

根据派河流域各乡镇提供的人口数据和合肥市市辖区公布的人口数据统计可知,2014年派河流域总人口为91.71万人,其中农业人口为31.18万人,占派河流域总人口的34%。派河流域各乡镇农业人口数量如表1所示。

图1　派河流域范围及主要支流

表1派河流域各乡镇农业人口数量

Table 1Agricultural populations of the towns (townships or districts) in the Paihe River Valley

乡镇名称 所属区县流域范围 人口数 紫蓬镇肥西县含所有街道和村(社区)17527小庙镇蜀山区除茅铺村、将军社区、新民村、段冲村外的所有村(社区)33380官亭镇肥西县仅含有回民社区、焦婆社区和张祠村11699紫蓬山旅游开发区肥西县含所有街道、村(社区)21407南岗镇蜀山区含所有街道、村(社区)4500合肥高新技术产业开发区蜀山区仅含有长宁社区的各村(社区)38571桃花镇肥西县含所有街道和村(社区)—桃花工业园肥西县含所有街道和村(社区)—上派镇肥西县含所有街道和村(社区)142420柏堰科技园肥西县含所有街道和村(社区)—合肥经济技术开发区蜀山区除海恒社区、高刘镇外的所有村(社区)—严店乡肥西县仅含油坊村、刘河社区、莲花村、三联村、大丰村、罗祝村和跨湖村23508滨湖新区包河区含烟墩的横城村、牛角村、保兴村、鲍岗村等18782合计311794

“—”表示该乡镇或开发区无农村人口。

2研究方法

2.1派河流域农村生活垃圾调查方法

取派河流域农业人口比例较大的上派镇、紫蓬镇、小庙镇和严店乡,以及情况较特殊的滨湖新区作为生活垃圾收运现状调查对象,分别从每个乡镇随机选取3个行政村。2014年12月,研究小组6人分3组通过实地调查走访,了解各行政村的垃圾桶或垃圾池配置及收集情况、垃圾随意堆放情况,掌握各行政村的垃圾收集率。

2015年1月,通过走访派河流域各乡镇和开发区环境卫生管理部门,并向村民、环卫工人发放问卷调查等形式,了解派河流域各乡镇农村生活垃圾处理处置情况。调查问卷共发放230份,有效回收224份,有效回收率达97%。

2.2农村生活垃圾理化性质测定

在派河流域各乡镇中,综合考虑各乡镇的经济水平和家庭收入情况,选择严店乡、上派镇、紫蓬镇和小庙镇4个主要乡镇作为研究对象,在每个乡镇选择3个生活垃圾随意堆弃点,按春(3月)、夏(6月)、秋(9月)、冬(1月)四季分别采用四分法进行采样,并进行实验分析[7]。通过分拣、称重与计算测定生活垃圾组分及含量;将生活垃圾样品放入240 L塑料垃圾桶内,振荡3次,不压实称重,测定生活垃圾容重;按照生活垃圾组分比例配置生活垃圾混合样品,放入电热鼓风恒温干燥箱内烘干至恒重,计算垃圾含水率;利用CHONS元素分析仪测定生活垃圾元素组成及含量;分别采用偏钼酸铵分光光度法、碱性过硫酸钾分光光度法、TOC分析仪和紫外分光光度法测定生活垃圾中TP、TN、TOC含量和COD[8]。

2.3农村生活垃圾污染负荷估算模型

按照生活垃圾的产生、流失和入河3个阶段,构建派河流域生活垃圾污染负荷估算模型,依次计算生活垃圾产生量、流失量和污染物入河量[2-3]。

生活垃圾产生量估算模型为

G1=365×P×k×10-3,

(1)

W1,j=G1×mj×10-3。

(2)

式(1)～(2)中,G1为生活垃圾产生量,t·a-1;P为常住人口数,人;k为人均垃圾产生系数,kg·人-1·d-1;W1,j为第j种污染物(TN、TP、TOC、COD)产生量,t·a-1;mj为第j种污染物含量,g·kg-1。

生活垃圾流失量估算模型为

G2=G1×n,

(3)

W2,j=G2×mj×10-3。

(4)

式(3)～(4)中,G2为生活垃圾流失量,t·a-1;n为生活垃圾流失系数;W2,j为第j种污染物流失量,t·a-1。

生活垃圾中污染物入河量估算模型为

W3,j=W2,j×λ。

(5)

式(5)中,W3,j为第j种污染物入河量,t·a-1;λ为污染物入河系数。

2.4相关系数的确定

2.4.1农村人均垃圾产生系数

在派河流域各乡镇中,选择肥西县严店乡、上派镇、紫蓬镇和蜀山区小庙镇4个主要乡镇作为研究对象,在这4个主要乡镇的农村地区分别选取不同年龄结构和不同收入水平的10个典型农户进行实地调查，统计发现,派河流域农村人均生活垃圾产生系数k为0.4 kg·人-1·d-1,每年人均垃圾产量为146 kg。

2.4.2农村生活垃圾流失系数

根据调查可知,派河流域农村地区仅国、省道和县道经过的村庄分布着一定数量的垃圾桶或垃圾箱,距这些重要道路不超过2 km的村庄分布着少量垃圾池,超过2 km的村庄基本无任何垃圾收集设施,经过统计,派河流域农村生活垃圾收集率约40%。根据文献[9]可知,合肥市农村沼气池普及率为7.2%。据此计算得到派河流域农村生活垃圾流失系数k为52.8%。滨湖新区农村生活垃圾收集率接近80%,无沼气池,因此其生活垃圾流失系数k为20%。

2.4.3农村生活垃圾污染物入河系数

根据流经各乡镇河流的级别,可以把派河流域的乡镇分成3类[2],具体如表2所示。

表2不同河流特征乡镇的入河系数

Table 2Loss rate of the rural domestic waste into riversrelative to type of river

乡镇类别河流特征入河系数Ⅰ类有干流或一级支流流经的乡镇0.100Ⅱ类有二级支流流经的乡镇0.075Ⅲ类没有河流流经或只有三级及以下支流流经的乡镇0.050

地形修正系数[2]:入河系数不仅与流经各乡镇河流的级别有关,地形对入河系数的影响也比较明显。不同地形乡镇对应的地形修正系数如下:平原1.0,丘陵1.2,山地1.5。

降水量修正系数[2]:年降水量为500～<600、600～<700、700～<800、800～<900、900～<1 000、1 000～<1 100和1 100～<1 200 mm时对应的降水量修正系数分别为1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5和1.6。

修正后的入河系数等于由乡镇河流特征确定的入河系数乘以乡镇地形修正系数和降水量修正系数。通过调查发现,派河流域各乡镇均有干流或一级支流,因此其入河系数取0.10。派河流域地形以丘陵为主,因此其地形修正系数取1.2。派河流域多年平均降水量为900～1 000 mm,因此其降水量修正系数为1.4。通过以上分析可知,派河流域农村生活垃圾的污染物入河系数为0.168。

3结果与分析

3.1派河流域农村生活垃圾污染现状

3.1.1农村生活垃圾收运现状

派河流域各乡镇的镇区、开发区等非农业地区的生活垃圾收运系统相对完善,城镇生活垃圾基本全部具备从源头收集到终端处理的完善体系,能够保证城镇生活垃圾得到彻底清理和妥善处置。

在派河流域农村地区,沿国、省干道和主要的县、乡道都已配置了垃圾桶或垃圾池等收集容器,并纳入到乡镇生活垃圾收集运输范围。但是,没有乡镇主要道路经过的村庄生活垃圾收集仍然困难,不能集中收运,只能堆积在房前屋后或田间村头,有的甚至堆放在河塘边或直接倾倒入河塘中,对周围环境和水体产生了严重影响。

滨湖新区烟墩街道的农村道路硬化率较高,村民居住相对集中,道路两旁设置了大量的垃圾箱或垃圾桶,基本能够满足村民垃圾收集的需要。但少数相对偏僻的村庄仍然没有纳入垃圾收运范围,存在生活垃圾乱堆乱放的现象。

肥西县、蜀山区和高新区的农村生活垃圾平均收集率达40%左右,滨湖新区农村生活垃圾收集率接近80%。派河流域内开发区基本全部城镇化,生活垃圾收运纳入城市生活垃圾收集运输系统。

3.1.2农村生活垃圾处理处置现状

派河流域各乡镇对进入生活垃圾收集运输系统的农村生活垃圾进行无害化处理。肥西县各乡镇将收集的农村生活垃圾运输至肥西县生活垃圾填埋场进行卫生填埋。合肥市市辖区和开发区各乡镇将收集的农村生活垃圾送往龙泉山垃圾填埋场进行卫生填埋,或送至合肥市垃圾焚烧厂进行焚烧处理。

没有进入收运系统的生活垃圾主要处理处置方式为:堆放在河边或村头;直接倾倒入河塘中;散落在房前屋后;挖坑简易填埋;堆放后露天焚烧。其中,前2种方式为派河流域农村生活垃圾普遍采用的方式。

3.2农村生活垃圾理化性质

3.2.1农村生活垃圾组分

由表3可知,派河流域农村生活垃圾组分以厨余物、纸类、木竹、塑料和灰土为主,分别占21.31%、22.25%、11.53%、12.64%和17.73%。厨余垃圾主要来源于果皮、烂菜叶和剩菜剩饭,纸类主要来源于日用商品包装和厕纸,木竹主要为柴草、树枝和树叶,塑料主要来源于日用商品包装和一次性塑料袋,灰土主要来源于打扫尘土和燃煤灰渣。

表3派河流域农村生活垃圾组分占比

Table 3Compositions of the rural domestic waste in the Paihe River Valley%

3.2.2农村生活垃圾容重及含水率

由表4可知,派河流域农村生活垃圾容重w为294.36 kg·m-3,含水率w为35.78%。

表4派河流域农村生活垃圾容重与含水率

Table 4Bulk density and moisture content of the rural domestic waste in the Paihe River Valley

乡镇容重/(kg·m-3)含水率w/%严店乡278.1433.96上派镇296.6235.99紫蓬镇289.6537.47小庙镇313.0135.68平均值294.3635.78

3.2.3农村生活垃圾元素组成

由表5可知,派河流域农村生活垃圾元素主要以C、H、O、N为主,所占比例分别为41.55%、5.90%、29.45%和1.42%,其他元素主要为S和Cl等。

表5派河流域农村生活垃圾元素组成

Table 5Element composition of the rural domestic waste in the Paihe River Valley%

3.2.4农村生活垃圾TN、TP、TOC含量和COD

对派河流域农村生活垃圾中TN、TP、TOC含量和COD进行测定,结果见表6。派河流域农村生活垃圾中TN、TP、TOC含量和COD平均值分别为18.98、2.25、132.47和174.95 g·kg-1。

3.3派河流域农村生活垃圾及污染物产生量

运用生活垃圾产生量估算模型,计算派河流域各乡镇和开发区农村生活垃圾产生量以及生活垃圾中各污染物产生量,计算结果如表7所示。

2014年派河流域农村生活垃圾产生量为45 521.92 t,生活垃圾中TN、TP、TOC和COD产生量分别为864.01、59.18、6 030.29和7 964.06 t。从派河流域各乡镇(开发区)生活垃圾产生量来看,上派镇为20 793.32 t,占流域生活垃圾总量的45.68%;南岗镇为657.00 t,所占比例最小,为1.44%。

表6派河流域农村生活垃圾TN、TP、TOC含量和COD

Table 6TN, TP, TOC contents and COD of the rural domestic waste in the Paihe River Valleyg·kg-1

表7派河流域农村生活垃圾及污染物产生量

Table 7Outputs of rural domestic waste and pollutants in the Paihe River Valleyt·a-1

3.4派河流域农村生活垃圾及污染物流失量

运用生活垃圾流失量估算模型,计算派河流域各乡镇和开发区农村生活垃圾及各污染物的流失量,计算结果如表8所示。2014年派河流域农村生活垃圾流失量为23 136.14 t,TN、TP、TOC和COD流失量分别为439.12、30.08、3 064.84和4 047.67 t。从派河流域各乡镇(开发区)生活垃圾流失量来看,上派镇为10 978.87 t,占流域生活垃圾总流失量的比例最大,为47.45%;南岗镇为346.90 t,所占比例最小,为1.50%。

表8派河流域农村生活垃圾及污染物流失量

Table 8Rural domestic waste and pollutant loss rates in the Paihe River Valleyt·a-1

3.5派河流域农村生活垃圾污染物入河量

运用生活垃圾中污染物入河量估算模型计算派河流域各乡镇和开发区农村生活垃圾中各污染物的入河量,计算结果如表9所示。2014年派河流域生活垃圾中各污染物入河量分别为：TN 73.77 t,TP 5.05 t,TOC 514.89 t,COD 680.01 t。从派河流域各乡镇(开发区)生活垃圾污染物入河量来看,上派镇所占比例最大,为47.45%;南岗镇所占比例最小,为1.50%。

4对策与建议

解决派河流域农村生活垃圾污染问题是一个系统工程,既要通过宣传教育提高村民的环保意识,也要建立起农村生活垃圾收集、运输和处理系统,完善“村收集、乡镇转运、县市处理”模式[10-14]。

表9派河流域农村生活垃圾污染物入河量

Table 9Amount of pollutions lost into the rivers with rural domestic waste in the Paihe River Valleyt·a-1

(1)派河流域各级基层政府应该向村民广泛宣传环保知识,增强环保意识,督促村民将生活垃圾投放到设置的垃圾收集容器内。

(2)每2～3户设置1个垃圾收集容器,杜绝村民乱扔乱倒垃圾的行为。每个自然村建立垃圾集中收集点,配备1～2名保洁员,每日将村民倒入垃圾收集容器内的生活垃圾清理转运至收集点。

(3)各乡镇应该根据需要设置相应吨位的生活垃圾转运站,配备相应的垃圾运输机械和压缩设备,负责将各自然村集中收集点的生活垃圾转运至乡镇垃圾转运站并进行压缩处理。最后将各乡镇垃圾转运站的生活垃圾运输至各市、县垃圾处理场(厂)进行卫生处理。

(4)派河流域农村生活垃圾中厨余垃圾占20%以上,有条件的乡镇可根据实际需要,将厨余垃圾进行单独收集,并在各乡镇分别建立小型餐厨垃圾处理厂,以达到餐厨垃圾的无害化、资源化,同时也能使生活垃圾减量化,降低垃圾处理场(厂)的负荷。

(5)派河流域农村生活垃圾污染负荷量大,有条件的乡镇可进行农村生活垃圾分类收集、就地利用,在源头进行生活垃圾减量化、资源化。若上派镇能先行试点农村生活垃圾分类措施,减少农村生活垃圾随意堆放行为,不仅能大大降低生活垃圾的随意堆放量和卫生填埋量,还会显著降低派河流域农村生活垃圾非点源污染负荷量。

参考文献：

[1]环境保护部.2014年中国环境状况公报:淡水环境[EB/OL].[2015-06-04].http:∥www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201506/t20150604-302942.htm.

[2]朱梅.海河流域农业非点源污染负荷估算与评价研究[D].北京:中国农业科学院,2011.

[3]孙添伟,陈家军,王浩,等.白洋淀流域府河干流村落非点源负荷研究[J].环境科学研究,2012,25(5):568-572.

[4]李卉,苏保林,张倩,等.平原河网地区农村生活污染入河机制[J].生态与农村环境学报,2011,27(4):110-112.

[5]吴一鸣,李伟,余昱葳,等.浙江省安吉县西苕溪流域非点源污染负荷研究[J].农业环境科学学报,2012,31(10):1976-1985.

[6]张广萍,周美正,张延,等.安徽派河流域水污染特征及原因分析[J].人民长江,2014,45(18):20-24.

[7]CJ/T 313—2009,生活垃圾采样和分析方法[S].

[8]CJ/T 96—2013,生活垃圾化学特性通用检测方法[S].

[9]曾硕,唐俊峰,何昭建,等.合肥市农村沼气建设及利用情况现状调查[J].安徽农业科学,2014,42(33):11813-11815.

[10]张后虎,胡源,张毅敏,等.太湖流域农村分散居民生活垃圾与生活污水共处置强化产沼技术[J].生态与农村环境学报,2010,26(增刊1):19-23.

[11]邴常远,吴东彪,白玉方,等.流域农村生活垃圾收运、处理模式探析研究:以巢湖流域为例[J].环境科学与管理,2014,39(9):67-71.

[12]唐晓燕,季斌,王丹丹,等.太湖流域农村生活源产排污系数测算的相关方法及问题分析[J].生态与农村环境学报,2013,29(4):433-437.

[13]黄红兰,曾斌,王胜,等.赣州市农业面源污染的区域空间分异性研究[J].江西农业大学学报,2010,32(4):835-841.

[14]吴婧,韩兆兴,王逸汇,等.陕西省淳化县农户生活垃圾处理方案的比选与分析[J].生态与农村环境学报,2008,24(1):43-46.

(责任编辑： 许素)

收稿日期：2015-06-12

基金项目：安徽省环境污染防治与生态修复协同创新中心资金〔皖教秘科(2014)28号〕；环巢湖集镇城市生活垃圾收集转运工程项目(H13087)

通信作者①E-mail： wuke@hfuu.edu.cn

中图分类号：X501

文献标志码：A

文章编号：1673-4831(2016)04-0582-06

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.04.011

作者简介：白玉方(1987—),男,安徽阜阳人,硕士生,主要从事固体废弃物处理及资源化利用研究。E-mail: baiyufang@gmail.com

Loading of Non-Point Source Pollution of Rural Domestic Waste in Paihe River Valley.

BAI Yu-fang1,2, WU Ke1, WU Dong-biao2, CHEN Jun1, SONG Zao-ming1, GONG Chen1

(1.Department of Biological and Environmental Engineering, Hefei University/ Collaborative Innovation Center for Environmental Pollution Prevention and Ecological Rehabilitation of Anhui Province, Hefei 230601, China;2.Anhui Urban Construction Design & Research Institute Co. Ltd., Hefei 230051, China)

Abstract:With the aid of a non-point-source-pollution-of-rural-domestic-waste prediction model, loads of various rural domestic waste in pollution of the Paihe River Valley were reckoned and measures to solve the problems were brought forth. In 2014, the valley turned out a total of 45 521.92 t of domestic waste, of which 23 136.14 t was lost untreated, contributing 73.77 t of TN, 5.05 t of TP, 514.89 t of TOC and 680.01 t of COD to the environment. Among the administration regions (town, township or district) in the valley, Shangpai Town ranked first inpollution loading, contributing 35.01 t of TN, 2.40 t of TP, 244.33 t of TOC and 322.69 t of COD into the river water, and 47.45% to the total pollution load of rural domestic waste in the valley, and Nangang Town was in the end, contributing 1.11 t of TN, 0.08 t of TP, 7.72 t of TOC and 10.20 t of COD into the river water and 1.50% to the total. Shangpai Town is the main contributior of non-point source pollution of rural domestic waste in the Paihe River Valley, because it is most densely populated region and in most cases, the rural domestic waste collection rate and the percentage of the waste lost into the river does not vary much from region to region.

Key words:Paihe River Valley;rural domestic garbage;non-point source;pollution load