旅游型村鎮污水排放規律與水質特征研究

吳 杰，林向宇，鄧玉君，王語穎，崔 星，徐 穎*，童禎恭，劉占孟

（1.中國科學院城市環境研究所城市環境與健康重點實驗室，福建廈門361021；2.華東交通大學土木建筑學院，江西南昌330013）

隨著我國城市居民消費水平的提高和消費需求的多元化，村鎮旅游成為了當前新農村經濟發展、提高農民收入的一種重要方式。旅游業在提高農村經濟水平的同時，也帶來了不容忽視的環境和生態問題。旅游型村鎮生活污水是影響當地生態環境的主要因素之一，區別于傳統的農村污水，其中含有較高比例的餐飲廢水，具有水質復雜、污染負荷高且波動大、含有大量的油脂和表面活性劑等特點。有研究表明，以“農家樂”為主要形式的村鎮餐飲業排放的污水經過受納水體的稀釋和凈化后，對受納水體的污染依然不可忽視[1]。污水的水質特點和水量特征是選擇處理工藝的主要依據，然而當前對旅游型村鎮污水的水質特性和排放變化的研究還比較少，急需開展這一方面的研究工作。筆者選取福建上杭縣古田鎮為研究區域，通過現場調研結合水質檢測，獲取旅游型村鎮污水的排放規律及水質水量特征，以期為旅游型村鎮污水治理提供依據。

1 研究區域與分析方法

1.1 研究區域概況與采樣

研究區域選擇福建省上杭縣古田鎮，該鎮是著名的“古田會議”會址所在地，是著名的紅色旅游風景區。全鎮面積227 km2，鎮內現有行政區域大部分為非城鎮化地區，本研究區限定于以古田會議舊址為中心的集鎮范圍內。近年來隨著紅色旅游的興起，旅游人數急劇增加，古田鎮現有人口數約2萬人，但污水日排放量達到1 000 m3。研究區域內多為農民自建房，一般建有化糞池，村莊有明溝排水系統，生活污水經由明溝直接進入溪流。該鎮范圍內有古田溪、五龍渠兩條溪流經過，并于集鎮中心處匯合，這兩條溪流為污水排放的受納水體，集鎮大部分污水排入其中。

秋季是古田鎮的旅游旺季，調研工作在9月展開。對8個樣點進行連續3天（第一、二天為多云天氣，第三天為陣雨天氣）密集的監測、采樣，其中包括2個居民生活污水采樣點（f、h）、1 個“農家樂”型餐飲廢水采樣點（g）、1個片區污水收集管采樣點（e）、4個溪流斷面采樣點（a、b、c、d）（如圖 1 所示）。溪流斷面為早晨（8:00～9:00）、中午（12:00～13:00）、晚間（19:00～20:00）各采樣一次；居民生活污水采樣為間隔1~2h采樣一次；“農家樂”型餐飲廢水根據實際水量大小控制0.5~2 h采樣一次。生活污水水樣采集容器為塑料瓶，餐飲廢水水樣采集容器為玻璃瓶，水樣經采集后立即冷藏保存，并快速送至實驗室進行測試分析。水量采用體積法測量，測取不同時段的污水排放量。

圖1 采樣區域布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampled region

1.2 水樣檢測方法

所有水樣均檢測化學需氧量（CODCr）、氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、懸浮物（SS）、及 pH，餐飲廢水增加油脂及陰離子表面活性劑（AS）的檢測，水樣處理與檢測按照《水和廢水檢測分析方法》[2]、《城市污水油的測定重量法（CJ/T57-1999）》、《陰離子表面活性劑的測定亞甲藍分光光度法（GB 7494-37）》中規定的方法進行。

2 結果與分析

2.1 村鎮污水水質

研究區內村鎮污水水質調查分析結果列于表1。從表1數據可以看出，餐飲廢水水質波動較大，具有CODCr、TP和SS高的特點，并含有大量油脂及表面活性劑。其中CODCr、SS和油脂平均含量分別為770.2 mg/L、307 mg/L和882 mg/L，與我國城市餐飲廢水水質（CODCr：292～3 390 mg/L、SS：13.2～246 mg/L、油脂：120～712 mg/L）相似[3]。當地居民生活污水NH4+-N含量較高，平均達到105.9 mg/L，碳氮比（CODCr/TN）約為3左右，TP平均濃度為9.58。與一般城市和城鎮生活污水相比[4]，研究區域內居民的生活污水中TN、TP濃度均明顯偏高，較低的碳氮比不利于污水中氮的去除。另外，由于未實施雨污分流，集鎮大部分都是通過明渠收集污水，有山泉水等匯入其中，因此片區污水收集管排出的污水被稀釋，污染物濃度降低。古田溪與五龍渠作為集鎮排污的收納水體，水質受到一定程度的污染。

表1 古田村鎮污水中污染物濃度Table 1 Pollutant concentrations of rural wastewater in Gutian Town

2.2 農村居民生活污水調查

居民生活污水采樣選取兩戶普通農戶家庭。其中一戶（甲）的家庭常住人口為8人，廚房用水、盥洗用水及沖廁用水均通過化糞池后外排，日常洗衣用水直接外排，水樣采集為各時段的混合樣。另一戶（乙）的家庭常住人口為3人，廚房用水和洗澡用水直接外排，其余均進入化糞池后排放，因此分別采集化糞池和直接外排水。

通過連續監測發現，在傳統的農村家庭，農戶的生產和生活方式決定了其生活污水的排放隨時間變化有獨特的規律。農戶甲的生活污水中CODCr的濃度峰值出現在中午13:00至14:00之間，另外在17:00左右的時候也出現了較高的濃度值（見圖2），這是因為在這兩段時間內居民做飯、清掃等家庭活動比較集中。從居民生活污水日排水流量變化圖（圖3）可知，農戶家庭的排水量在一天中出現了三個明顯的高峰時段，分別為7:00、13:00和19:00左右。而在9:00至11:00、15:00至17:00以及21:00以后，測得農戶的污水排放量明顯減小，一般在這些時段農村居民的家庭活動較少（外出務農或休息睡覺等）。因此，農村生活污水的日排放規律與居民的生活方式密切相關，在早晨、中午和晚上三個時段用水量較大，污染物濃度峰值往往也在這些時段出現。

圖2 居民生活污水采樣點1（農戶甲）CODCr的日濃度變化Fig.2 Diurnal variation of CODCr in No.1 sampling point of domestic wastewater

通過分別監測廚房用水排水和洗澡用水排水發現，廚房的日排水量為8~15L/(d人)，其污染物濃度均較高，其中 CODCr為 1 197.9~1 753.3 mg/L、TN 為 33.87~89.45 mg/L、TP 為 37.20~156.00 mg/L、SS 為 990~2 026 mg/L，與文獻中生活污水分類中的黑水水質（COD 300~600 mg/L、TN 100~300 mg/L、NH4+-N ＞30 mg/L、TP ＞3.5 mg/L）相似[5]，因此高濃度廚房廢水可以分類為黑水。農戶乙的化糞池出水各污染物濃度在一天當中相對穩定（如圖4），CODCr、NH4+-N 和 TP 的 濃 度 分 別 為 137.2~273.5 mg/L、73.88~108.66 mg/L和5.81~9.61 mg/L，說明化糞池對穩定污水水質作用很大。農戶甲、乙化糞池出水CODCr/TN分別為3.17和1.93（由于CODCr濃度較高的廚房廢水未排入化糞池致使農戶乙的出水CODCr/TN的值偏低），TP平均值分別為9.58 mg/L和7.35 mg/L，呈現出高氨磷、低有機物和低碳氮比的水質特征。針對該類水質，傳統的生物脫氮工藝處理后出水很難達標，應采用缺氧好氧分段進水工藝等改進型生物脫氮技術[6]，并可將生物與生態技術進行組合，達到高效脫氮除磷的目的。

2.3 “農家樂”型餐飲廢水排放特征

圖3 居民生活污水采樣點2（農戶乙）日排水流量變化Fig.3 Diurnal variation of water discharge in No.2 sampling point of domestic wastewater

圖4 居民生活污水采樣點2（農戶乙）化糞池出水污染物濃度Fig.4 Pollutant concentration of septic tank effluent in No.2 sampling point of domestic

古田鎮為典型的旅游型村鎮，鎮區及周邊分布許多不同規模的“農家樂”，大都由當地的農戶自主投資，利用自家的住宅改造或擴建而成。選取一戶經營正常且排水設施相對完善的“農家樂”餐飲店，研究其餐飲廢水排放規律及水質特征。餐飲店有員工12名，員工白天上班，晚上回家，因此餐飲店晚上無人居住。污水經簡單隔油和粗格柵攔截大塊垃圾后進入村莊排水明渠。樣品采集時盡可能將所有廢水收集入容器中，體積法測流量的同時采集水樣。由于晚上22:00至次日8:00“農家樂”停止營業，因此監測時間段選于8:00至22:00，采樣時間間隔為15~30min，具體視水量大小而定。

圖5 餐飲廢水采樣點水質、水量日變化圖Fig.5 Diurnal variation of water quality and quantity in sampling point of restaurant wastewater

餐飲廢水的水質、水量日變化規律如圖5所示，用水量出現峰值的時段與“農家樂”的運營情況有密切關聯。上午8:00至10:00間，工作人員準備早餐及進行清洗工作，水量及污染物濃度均到達較高水平，此時油脂含量一般不高。10:00至12:30之間，員工需要準備午餐的食材，隨后開始午餐的制作，在這個時段使用的洗滌劑較多，因此TP和AS濃度較高，油脂濃度也有增加。12:30至14:00之間，工作人員需要清洗餐具等，所以污染物濃度在這此階段達到峰值。14:00后工作人員下班，直至17:00復工，但由于夜間的游客較少，運營時間相對較短，至19:45后便無污水排放。總體來看，“農家樂”污水排放的規律較為明顯，與普通農戶居民類似，水量及污染物濃度峰值均出現于早、中、晚三個時間段，污水中含有大量的營養物質及油脂、AS等。CODCr、TN和TP平均濃度分別為770.23 mg/L、14.23 mg/L和3.65 mg/L，油脂和AS最高可達9359mg/L和958.77mg/L。

2.4 受納水體污染狀況

選取研究區內一個片區污水收集明渠的總排放口，排出的污水直接流入溪流。該條污水明渠收納范圍內有35戶農家，常住人口數約為100人。其中有12戶為較陳舊住宅建筑，排水設施不完善，生活污水沒有全部接入收集明渠。其余農戶均為新建住宅，建筑內排水設施較完善，設有化糞池，生活污水基本接入收集明渠。測得該排污口污水流量為3.01~4.23m3/d，但由于匯入山泉水和雨水等，但在雨后流量可達97.2m3/d。從早上6:00至夜間12:00，每兩小時采集一次水樣。從污染物濃度變化圖可以看出（圖6），其污染物濃度日變化規律與居民的家庭活動時間密切相關，與居民的排水相似，濃度峰值出現在早、中、晚，但比單戶居民相對滯后1h。經計算，該排污口人均排放量 CODCr6.351~19.053 kg/a、TN 0.621~1.643kg/a。

圖6 集鎮明渠排污口污染物日濃度變化Fig.6 Diurnal variation of pollutant concentration of effluent from town open channel

古田溪和五龍渠是流經古田鎮鎮區的主要溪流，二者在鎮區交匯后流出鎮區。作為集鎮污水受納水體，古田溪和五龍渠幾乎接納了集鎮產生的全部污水。選取古田溪入鎮前、五龍渠入鎮前、古田溪與五龍渠匯合處和出鎮區范圍后的四個斷面進行水質監測，以此考察溪流水質受村鎮生活污水排放的影響情況（圖7）。由圖7可以看出，古田溪和五龍渠上游除TN超Ⅴ類（地表水環境質量標準GB3838-2002），其余指標均能達到Ⅲ類水質。兩條溪流在鎮區混合后較入鎮前水質惡化，各主要污染物濃度明顯上升，此時水質除TN外NH4+-N也有超Ⅴ類現象。而出鎮后納污溪流相對于混合后水中污染物有所下降的原因是沿途部分山泉水匯入，水量加大使污染物得到稀釋，但是水體環境污染問題依然嚴重。

3 結論

（1）研究區內生活污水主要特征是高氮磷含量和低碳氮比，各污染物排放通量和污水排放量的變化與居民的作息規律相對應。污染物人均排放量為：CODCr6.351~19.053kg/a、TN0.621~1.643kg/a。

圖7 溪流水質變化（a.古田溪上游b.五龍渠上游c.兩溪匯合處d.溪流下游）Fig.7 Variation of stream water quality(a.upstream of Gutian stream,b.upstream of Wulong stream,c.confluence of two streams,d.downstream)

（2）村鎮內“農家樂”型餐飲店排放的污水中含有大量油脂和陰離子表面活性劑，且大部分污水未經隔油池等初級處理便直接進入排水渠中，污染負荷高，水質水量具有較大的波動性。

（3）未經處理的村鎮污水直接排入周邊溪流，使得溪流水質惡化，主要體現在氮、磷含量顯著上升，TN和NH4+-N均超Ⅴ類水質。

（4）研究區所在村鎮缺乏完善的污水收集與處理設施，造成山泉水匯入污水收集明渠，加大了明渠的水量，稀釋了污染物濃度，增加了污水處理的難度。

[1]謝志剛,吉芳英,黃 鶴,等.農家樂污水中溶解性有機質的三維熒光特性研究[J].中國給水排水,2009,25(15):103-105.

[2]國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法（第4版）[M].北京：中國環境科學出版社,2002.

[3]Chen G,Chen X,Yue P L.Electrocoagulation and electroflotation of restaurant wastewater[J].Journal of Environmental Engineering,2000,126(9):858-863.

[4]方 芳,王 磊,郭勁松,等.三峽庫區典型臨江村鎮排放污水的水質水量特征分析[J].農業環境科學學報,2009,28(8):1661-1668.

[5]王煥升,王凱軍,崔志峰,等.中國農村地區生活污染調查及控制模式探討[J].中國給水排水,2008,24(20):20-22.

[6]彭永臻,馬 斌.低C/N比條件下高效生物脫氮策略分析[J].環境科學學報,2009,29(2):225-230.