江苏苏北地区农村生活污水产排污特征及其系数研究

颜润润，晁建颖

（1.江苏环保产业技术研究院股份公司，江苏 南京 210019；2.生态环境部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042）

0 引言

农业面源污染主要包括水土流失、化肥和农药流失、畜禽水产养殖污染和农村生活污染[1]。农村生活污染具有分布广且分散、随机、开放式等特点[2]。近几十年来，有不少国内、外学者对农村污水及其治理进行了大量研究[3-8]。开展农村生活污水的产排特征调查和产排污系数测算是准确核算农村生活污染物量的基本前提和重要保证[9]。江苏省位于长江下游地区，由北向南地跨淮河和长江两大流域，自北向南按照经济、文化、生活习惯等分为苏北、苏中和苏南3 个地理区域。目前，江苏省有关农村生活污水产污特征及产排污系数的研究主要集中在苏南地区。2007年～2008年尹微琴等[10]在昆山市锦溪镇周家浜村开展了为期1 a 的调查和采样，对不同收入状况家庭排放的生活污水量、组成及季节变化特征进行研究，并估算出农村生活污水排污系数。2010年王文林等[1]和唐晓燕等[11]在太湖流域宜兴市大浦镇4个村，对9 户村民的生活污水排放量和各种污染物指标进行调查研究。2014年李新艳等[12]按平原区和丘陵山区区分从常州市、苏州市、无锡市、镇江市4城市选取14 个镇，对太湖流域农村生活用水量、污水产生量、空间分布及生活污水去向进行调查研究。生活源水污染物的产排特征受乡村发展的自然环境变化和人类阶段性活动等时空差异影响，其中人口、气候、地貌、生活习惯、水资源等因素的影响性突出[13]，而江苏苏中、苏北地区的相关研究鲜见报道。为掌握江苏苏北地区生活污水排放特征，根据农村人均可支配收入，选取盐城和徐州两市开展春、夏2 期的农村居民生活习性、用排水情况调查及水质监测，通过分析农村生活污水各类污染物排放水平与区域差异，从而得出各类污染物产排系数，以填补了苏北地区农村生活源污染排放系数研究上的空白，为农村生活源强核算提供基础数据和农村生活污染的进

一步治理工作提供技术支撑。

1 研究内容与方法

1.1 研究区域概况

江苏省根据农村人均可支配收入分为3 类区域，其中一类区域包括苏州、无锡、常州和南京4 市，二类区域包括镇江、南通、扬州、泰州和盐城5 市，三类区域包括徐州、淮安、连云港和宿迁4 市。研究针对二类区和三类区选取典型村民展开调查。二类区域主要相关县市有21 个，研究选取的盐城市东台市农村居民人均可支配收入排名第五；三类区域主要相关县市有13 个，研究选取的徐州市邳州市农村居民人均可支配收入排名第三。东台市和邳州市农村经济发展水平在所在区域均处于中上游水平，较具代表性。研究区域县级行政区农村常住居民人均可支配收入见图1。

图1 研究区域县级行政区农村常住居民人均可支配收入

在东台市选择了经济发展水平居中上的弶港镇，该镇村民主要经济来源为水产和蔬菜瓜果种植，研究选取前哨村和海堤村作为调查行政村。在邳州市选择了经济发展水平居中的铁富镇，该镇村民主要经济来源为苗木种植和农业种植，并选取姚庄村和响水流村作为调查行政村。调查区域的村民生活习性见表1。

表1 调查区域村民生活习性

1.2 布点采样

农村生活污水主要包括厕所污水、厨房污水及生活洗涤污水（洗漱、洗浴、洗衣、保洁等）[14]。徐州和盐城两市接受调查的4 个村庄共12 户村民（琼港镇6 户，铁富镇6 户），两市分别选取对厕所污水有初级处理设施（如化粪池等）的3 户村民及旱厕3 户村民。将村民的冲厕水、餐厨、洗漱、洗衣、洗澡、清洁等各类生活污水分别收集并记录，同时统计常住人口、年龄、经济状况、生活习惯、用水水源、排水情况等指标。冲厕污水为化粪池进水和出水，分别采集水样后混合均匀（早、中、晚共3 次混合样），水样体积可满足正常指标测试和留样备用。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，连续3 d（晴天）采样。检验指标包括样品的用水量（Q用水）、污水量（Q排水）、化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）、动植物油（AVO）共8 项。采用国家和环境保护行业标准规定的监测方法进行样本分析。

1.3 产、排污系数计算方法

通过对村民人数、用水量和生活习惯的调查以及对污染物浓度的监测，确定村民人均污水量和主要污染物产生系数[9]。

每户平均每天水污染物产生量为：

式中：qc为村民每天人均生活污水产生量，L/（d·人）；Qcj为村民每天实测的生活污水量，L/d；t为测量天数，d；n为所测住户的常住人口，人。

污水排放系数为：

每户村民平均每天水污染物产生量为：

式中：Wi为村民每天生活污水中污染物i的平均产生量，g/d；Cij为每天污染物i的实测质量浓度均值，mg/L。

每户村民人均产污系数为：

式中：Fi为生活污水中污染物i的人均产污系数，g/（d·人）。

水冲式卫生厕所对污染物i的去除率θi为：

式中：CIi为入化粪池前污染物i质量浓度，mg/L；COi为出化粪池后污染物i质量浓度，mg/L。

2 分析与讨论

2.1 数据合理性

利用SPSS 进行数据合理性分析，采用Spearman 分析法分析污水各指标间的相关性关系。

12 户村民分类生活污水各监测指标检验结果见表2。由表2 可知，人均洗澡日产污水量、餐厨污水的COD 浓度和BOD5浓度以及洗衣污水中的TP浓度服从正态分布，其他分类污水各指标值均呈偏态分布。仅餐厨污水的COD 和BOD5浓度、洗澡和洗衣污水的人均日产污水量、洗澡污水中TN、洗衣和清洁污水中TP 变异系数小于50%，其余指标变化幅度均较大，污水水质指标随地域、季节、气候及村民生活方式等因素的不同而存在较大差异[9]。对污水各指标进行自然对数变换，自然对数变换后的Kolmogorov-Smirnov 检验结果显示，各监测指标浓度数据符合正态分布（K-S 显著性＞0.05），故可用几何平均数代表各监测指标浓度的平均水平。

表2 12 户村民分类生活污水各监测指标检验结果

2.2 村民用、排水量特征

不同区域村民污水排放系数见图2。由图2 可以看出，盐城市、徐州市两地污水排放系数α 标准偏差在0.03 ～0.10 之间。徐州地区污水排放系数均高于盐城地区，夏季污水（2 期）排放系数高于春季（1 期），总体与其他地区（延安市均值为0.73[15]，汉中市为0.68 ～0.74[5]）差异较小。

图2 不同区域村民污水排放系数

2 个监测期内徐州市抽选的村民人均用、排水量均低于盐城市，具体见表3。由表3 可以看出，人均用水量和经济水平有直接关系[15]，经济状况越好，人均用水量越多。

表3 村民人均用、排水量

农村生活污水主要来源于村民的日常生活，不同的生活习惯造成生活污水的组成存在不一致性。村民每天不同类型生活污水量见图3。由图3 可以看出，洗衣污水在村民排水中占比最高，徐州市和盐城市人均洗衣污水分别占总污水排放量的30.31%和29.53%；其次为洗澡污水，徐州市和盐城市人均洗澡污水分别占总量的29.06%和24.35%；盐城市在排水总量排名第3 的为厨房污水，占总量的19.57%；徐州市占总量第3 的为冲厕污水，占总量的15.92%。以上看出，盐城地区餐厨用水量明显高于徐州地区，盐城市村民以米饭为主食，徐州市村民以馒头为主食，两地饮食结构不同，且生活水平存在差异，随着村民生活水平的提高，厨房用水量也随着增加[9]。有研究表明，各地农村各类生活污水也存在明显的地区差异，江苏苏北地区洗澡、洗衣污水量远远高于辽宁地区[6]。

图3 村民不同类型生活污水日排水量

2.3 各类生活污水产污特征

村民不同类型生活污水产污系数比较见图4。由图4 可以看出，盐城地区除清洁污水的排污系数略低于徐州地区，其余各类污水的排污系数均高于徐州地区。冲厕、餐厨、洗衣污水为苏北地区农村生活污水的最主要产污来源。徐州市、盐城市两地冲厕污水中除动植物油外，各类污染物中NH3-N 占比均超过90%，徐州市冲厕污水中TN，TP 占比均超过80%，盐城市冲厕污水中TN 占比超过80%。徐州市村民旱厕生活污水中COD，NH3-N，TN，AVO 等污染物占比最高的为洗衣污水，BOD5和TP 占比最高的为餐厨污水；盐城市村民旱厕生活污水中COD，BOD5，TP，AVO 等污染物占比最高的为餐厨污水，NH5-N 和TN 占比最高的为洗衣污水。餐厨污水中富含食物纤维素、淀粉、脂肪、蛋白质、动植物油、各种佐料和洗涤剂等物质[9]，对COD，BOD5及TP 贡献率较大。洗衣用品中含有表面活性剂和洗涤剂，易产生污染，调查村民洗衣主要使用波轮洗衣机，其耗水量较大，导致污染贡献增加。

图4 村民不同类型生活污水产污系数

2.4 生活污水产污系数

盐城、徐州两地不同地区生活污水产污系数见表4。由表4 可以看出，两地水冲厕污水量均超出旱厕污水量的19%，且村民水冲厕产污系数远高于旱厕。除动植物油外，徐州市村民旱厕、水冲厕产污系数均低于盐城市村民，这是因为经济状况决定消费水平，消费水平影响污染物的产生和排放，经济状况越好，污染物的产生和排放越多[15]。由于太湖、巢湖等地的文献资料较早，故与辽宁、陕西等近期研究成果进行比较。在不考虑冲厕污水的情况下，江苏苏北地区除COD 和BOD5产污系数较低外，其余因子均高于或接近辽宁、陕西地区[9-13]。

表4 不同地区村民生活污水人均产污系数

Spearman 相关系数的绝对值越大，相关性越强。农村生活污水各特征指的相关性分析成果见表5。由表5 可以看出，COD，BOD5和污水排放系数α呈显著负相关，COD 和BOD5，NH3-N 和TN，NH3-N和TP，TN 和TP 呈显著正相关，AVO 与其他污染指标之间无显著相关性。这与各指标的污染来源构成有直接关系。

表5 农村生活污水各特征指的相关性分析

2.5 处理设施去除效率及排污系数

6 户村民化粪池各类污染物去除率见图5。由图5可以看出，6户村民的化粪池对COD，BOD5和AVO 污染物指标有较好的削减效果，削减率均值分别为58%，53%和74%，与汪浩等[16]对其他区域的研究成果基本符合。对NH3-N 和TN 的去除效果较差，削减率均值分别为26%和21%，含氮有机物的厌氧氨化作用是导致化粪池对NH3-N 削减不佳的关键原因[16]。对比2 期数据发现，化粪池夏季去除率明显高于春季，温度对化粪池效率有较大影响[17]。徐州市村民的化粪池对COD，BOD5和TN 的削减率高于盐城市的，可能与气候有关[16]。

图5 村民化粪池各类污染物去除率

根据化粪池去除效率，对两地水冲厕排污系数进行计算。两地区村民水冲厕及旱厕人均产、排污系数对比见图6。由图6 可以看出经化粪池处理后，两地村民水冲厕生活污水排污系数有所降低，但仍高于旱厕生活污水的产污系数，NH3-N，TN 和TP 差异极其显著，动植物油差异较小。因此，随着水冲厕在农村的普及，如何提高化粪池效率对于提升农村水环境质量尤为重要。

图6 两地区村民不同厕所类型人均产、排污系数对比

3 结论

（1）调查发现，盐城市、徐州市农村村民生活污水排放系数均值分别为0.72，0.76，人均排水量分别为58，49 L/（d·人），冲厕、餐厨、洗衣污水为农村生活污水中主要产污来源。

（2）调查发现，盐城市村民旱厕/水冲厕污水中COD，BOD5，NH3-N，TN，TP，AVO 的人均产污系数分别为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产污系数分别为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）。