三峽庫區農村污水排放現狀調查與分析

王家+夏穎+范先鵬+吳茂前+張富林+劉冬碧+張繼銘

摘要：通過實地調查，對湖北省三峽庫區典型流域興山縣農村污水現狀進行了研究。采用排污系數法對農村生活污染物和畜禽養殖污染物負荷量進行了測算，分析了流域內農村污水排放的特征，以期為三峽庫區農村污水處理設施建設提供科學依據。調查分析結果表明，典型流域內農村污染物TN、TP和COD的排放/流失總量分別為569.8、24.6、2 779.1 kg/年，其中畜禽養殖污染物排放的TN、TP和COD分別占各污染物排放/流失總量的98.79%、96.34%和89.50%;生活污水排放量從大至小依次為夏季>秋季>春季>冬季，農村生活污水排放中夏季人均日生活污水排放量最大，為195.2 L/（d·人），冬季生活污水排放量最少，為69.0 L/（d·人）;農村生活污水中主要成分是洗滌用水，其COD濃度為218.8～509.8 mg/L，TN濃度為41.2～99.6 mg/L，NH4+-N為3.4～5.2 mg/L，TP為1.8～2.9 mg/L;畜禽養殖污水的排放量受降雨影響較大，夏季排放量最高，但是污染物濃度最低;畜禽污水中各污染物平均濃度：COD為 7 702.9 mg/L、TN為1 239.4 mg/L、TP為71.1 mg/L、NH4+-N為415.0 mg/L。畜禽糞便的排放量按從大到小的順序排列為冬季>秋季>夏季>春季。

關鍵詞：三峽庫區;興山縣;農村污水排放;排污系數法

中圖分類號：R123.3 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2015）23-5843-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.23.013

Investigation and Analysis of the Rural Sewage Discharge

in the Three Gorges Reservoir Area

WANG Jia1，2，XIA Ying1，FAN Xian-peng1，WU Mao-qian1，ZHANG Fu-lin1，LIU Dong-bi1，ZHANG Ji-ming1

（1.Institute of Plant Protection，Soil and Fertilizer Sciences，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan 430064，China;2.School of Resource and Environment Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430074，China）

Abstract： Through field investigation， we studied the rural sewage discharge status in Xingshan county， which is one of the typical area of Three Gorges Reservoir area. The rural living pollutants and livestock contaminants load were calculated by pollution discharge coefficient method， the characteristics of the rural sewage discharge in small watershed were analyzed to provide a scientific basis for the construction of rural sewage treatment facilities. The results from the investigation indicated that the total discharge or loss amount of total nitrogen （TN）， total phosphorus （TP） and chemical oxygen demand （COD） of agricultural pollution in the studied area were 569.8， 24.6， 2 779.1 kg/year， in which the total discharge or loss amount of TN， TP and COD of livestock and poultry farming accounted for 98.79%， 96.34% and 89.50%， respectively. The order of the domestic sewage discharge amount was summer>fall>spring>winter，meantime，the per capita pollutant emissions was the highest in summer，195.2 L per day， and the lowest in winter，69.0 L per day.The major ingredient of domestic sewage was wash water， the concentrations of COD， TN，NH4+-N and TP in domestic wastewater were 218.8～509.8 mg/L， 41.2～99.6 mg/L，3.4～5.2 mg/L and 1.8～2.9 mg/L， respectively. The wastewater emissions amounts of livestock and poultry were greatly influenced by rainfall， the highest emissions season was in summer with minimum pollutant concentration. The concentrations of COD，TN，NH4+-N and TP in wastewater of livestock and poultry were 7 702.9 mg/L，1 239.4 mg/L，71.1 mg/L，415.0 mg/L，respectively. The discharge amount order of animal dung was winter> fall > summer > spring.endprint

Key words： The Three Gorges Reservoir area; Xingshan county; rural sewage; pollution discharge coefficient method

中國人口的迅速膨脹，農村的現代化進程加快，富營養化的現象普遍存在于國內大部分重點水域，面源污染開始成為水環境治理的難點。研究結果表明，種植業、養殖業和居民日常生活中污染物的排放是使水體氮、磷元素超標，導致水體富營養化的主要原因[1]，農業面源污染對整體環境造成的影響程度已經遠遠超過了城市工業和生活污染[2]。在國內有50%的地下水資源以及2 000萬hm2的農村耕地正在受到農業面源污染的影響[3，4]。

三峽庫區是中國重點生態環境保護區，也是環境敏感區和面源污染易發區[5]。三峽水庫蓄水后，水流變緩，水體自凈能力減弱，支流的回水容易出現富營養化現象，影響了庫區的水質[6，7]。農業面源污染物是影響三峽庫區水質的主要原因之一[8]，而由農村生活污水及農村分散畜禽養殖污水合流排放的農村污水是庫區農業面源污染的重要來源，開展庫區農村污水排放特征研究對三峽庫區面源污染控制和保護庫區生態環境意義重大[9]。因此，本研究以興山縣長坪小流域農村污水排放特征為研究對象，采用系數模型[10]對流域內農村不同污水的排放量進行估算，并選取了典型農戶進行實地取樣分析，分析了流域內農村污水排放的特征，提出三峽庫區農村污水排放的針對性措施。

1 ?研究區域概況

興山縣主要為丘陵地區，農村地區村民多分散而居，形成自然村落，村落規模在百余戶，分布零散，一般在沿盤山公路依山建房。多數農戶房前屋后建有簡易廁所，衛生條件極差。一般農戶的房屋有2～3間，灶房、廁所、住房分開設置。當地農作物主要種植玉米-油菜;常住人口3～5人，家庭用水來源主要為自來水，少數情況在家里洗衣服，大部分使用泉水清洗衣物。有兩個廁所，分別在屋內和屋外，屋內的廁所主要用于洗浴，極少數情況用于大小便，屋外的廁所，有化糞池收集，最終隨意排放或回田處理。大部分農戶對污水的處理僅僅是進行了管道收集，然后排放到屋后的暗溝或農田中。養殖規模2頭豬，年存欄量1頭，出欄量1頭，飼養期間，糞污的處理方式為干清糞，然后露天堆放在豬圈旁，液體則隨意排放。

2 ?數據調查與處理

2.1 ?農村污水基本現狀調查

影響農村污水排放量的主要因素是季節和生活習慣，隨意的污水排放是導致農村環境污染難以解決的主要原因。夏季是農戶的用水高峰季節，農戶的各種用水習慣在夏季均能體現出來，因此在7月下旬從兩種污染源上對農戶進行調查，包括以下兩個方面：

1）畜禽養殖業源調查內容包括：畜禽種類、存欄量、出欄量、飼養階段、畜禽糞便污水的產生和排放情況以及清糞和污水的處理措施。

2）生活污染源調查內容包括：每一戶的常住人口和外來人口數量、農戶用水情況、經濟收入以及生活垃圾和污水處理情況。

2.2 ?污水排放調查

1）生活污水排放調查。根據當地居民住房和廁所分開及農村洗滌污水沒有進化糞池的特點，將農戶家的生活污染源監測分為兩個部分，一是生活洗滌用水，二是化糞池溢出的水。前者是通過在農戶住房污水管道排放的末端設置洗滌污水收集池進行采樣，后者是直接在化糞池出水口采樣。

2）畜禽養殖污水排放調查。當地養殖戶基本上沒有對畜禽養殖廢水和糞便進行收集，所以分別在2個農戶養殖場所外做收集池和堆糞池，一方面方便取樣監測，另一方面防止了養殖污水及糞便的隨意排放。

3）取樣和測試分析。在選取的2個農戶的污水收集池出口處取樣，監測全年4個季節2個農戶污水排放量及水質的變化，監測時間分別為2014年8、10、12月下旬以及2014年3月下旬。測試分析污水中污染物指標包括：總氮（TN）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）、氨氮（NH4+-N）。

2.3 ?污染負荷計算

通過對調查對象的數據結果匯總與對應污染物產排系數（表1、表2和表3）相結合，按照輸出系數模型[11，12]，可以通過農村的基本情況估算出農村生活污染源和畜禽養殖污染源排放污染物的總量，并且可以有效減少與面源污染本身發生過程中的污染排放量的重復，從而降低了在面源污染研究過程中對流域內調查和實測數據的要求，適用于中國大部分還沒有進行面源污染檢測的地區[13，14]，其模型為：

Li=■Eij Aj+P0

式中，Li為污染物i的總量（kg/年）;Eij為污染物i在其環境類型的輸出系數;Aj為養殖牲畜或人口的數量;P0為通過降雨進入環境中的污染物質的總量;m為研究區域內污染源的總數量。本研究中生活污染和畜禽污染排污系數均來自2007年全國農業污染源普查數據平臺（內部資料），并且在計算輸出污染物總量時忽略了P0的降雨污染物的輸出。

3 ?結果與分析

3.1 ?污染物排放負荷量估算

興山縣長坪小流域農村污染物排放/流失總量見表4。興山縣長坪小流域農村污染物排放的TN、TP和COD的排放/流失總量分別為569.8、24.6、 ?2 779.1 kg/年。畜禽養殖污染物排放量主要跟該污染物濃度有關[15]，TN、TP和COD排放/流失量分別為562.9、23.7、2 487.3 kg/年，分別占總量的98.79%、96.34%和89.50%。

3.2 ?生活污染源及其季節性排放特征

1）生活污染源基本情況。根據當地115戶農戶的調查結果（表5），長坪村平均每戶常住人口3人，每戶用水量為0.05～0.50 m3。居民家庭污水排放來源主要有沖水式廁、旱廁以及化糞池。當地居民的生活方式和習慣大體相同，生活用水主要集中在白天，所以夜間基本沒有污水排放，污水排放呈不連續狀態。endprint

2）生活污水水量季節性變化。由圖1可見，夏季農戶的人均日生活污水排放量最大，為195.2 L/（d·人）;冬季生活污水排放量最少，為69 L/（d·人）;全年人均生活污水排放量為106.3 L/（d·人）。全年洗滌污水排放量占總生活污水排放量的比重最大，為60.8%。

3）生活污水水質季節性變化。在農村，糞污和生活洗滌污水分開排放，所以生活污水中的污染物濃度較低，但是變化范圍較大。農村生活中主要排放的是洗滌用水，由表6可知，洗滌污水中COD濃度為218.8～509.8 mg/L，TN濃度為41.2～99.6 mg/L，NH4+-N為3.4～5.2 mg/L，TP為1.8～2.9 mg/L。糞便污水相對于洗滌污水水量穩定，有機物含量高，NH4+-N含量高，各污染物平均濃度：TN為1 094.5 mg/L、TP 為54.9 mg/L、COD為4 898.3 mg/L、NH4+-N為70.0 mg/L。

3.3 ?畜禽養殖污染源及其季節性排放特征

1）畜禽養殖污染源基本情況。在研究區域內83戶養殖戶調查中發現，平均養殖場所面積27.8 m2，化糞池平均大小2.9 m3，平均每戶養2.57頭豬、4.27只雞（表7），清糞方式主要以干清糞為主，少部分農戶對豬圈進行墊料，養殖戶大部分堆糞時進行了干濕分離，但是對養殖排放的污水進行收集的僅有26戶。

調查中發現當地的飼養方式主要以圈養為主，在養殖過程中，大多農戶會將生豬產生的糞便隨意露天堆放在養殖場所外，留作為農田肥料使用，而在降雨過程中，雨水會沖刷一部分得豬糞等固體垃圾產生地表徑流，流至低洼處或田間排水渠道中，最后匯入附近的香溪河。

2）畜禽糞污產生量季節性變化。興山縣長坪小流域農村各季節畜禽污水排放量分別為：夏季71.6 L/d，秋季42.5 L/d，冬季22.4 L/d。畜禽糞便的排放量為：夏季3.72 kg/d，秋季10.33 kg/d，冬季12.4 kg/d，趨勢如圖2所示。

在當地農村，大部分生豬養殖場所為半開放式，養殖周期為一年，進出欄量一般為兩頭豬，每年春節過后購買小豬開始飼養，所以在初春，豬圈內幾乎沒有污水和糞便的產生。隨著生豬的發育，糞便的產生量逐漸增加;由于夏季降雨量多，豬圈內污水的排放受到降雨的影響較大，所以夏季日平均污水產生量最高;在冬季，一方面生豬的活動量少，排泄物減少;另一方面，農戶會在豬圈內鋪上干稻草，用以保暖，所以冬季的畜禽污水排放量有所減少。

3）畜禽養殖污水水質季節性變化。興山縣長坪小流域農村各污染物指標平均濃度：COD為7 702.9 mg/L、TN為1 239.4 mg/L、TP為71.1 mg/L、NH4+-N為415.0 mg/L（表8）。由于墊圈廢渣和生豬發育的影響，造成了冬季的污染物濃度最高。由于降雨的原因，夏季的污染物排放濃度相對偏低。在春季則由于以下兩種情況沒有獲取污染物排放數據，一是由于剛剛過完春節，沒有養豬，所以沒有畜禽污染物的排放;二是由于剛剛開始養豬，小豬仔排泄量少，大部分與墊在豬圈內的干稻草混合，導致沒有獲取有效采樣數據。

3.4 污水處理設施現狀

如表9所示，對興山縣長坪農村居民115戶進行了基礎設施現狀調查，有旱廁的113戶，有水沖廁所的有70戶。31.3%的農戶有廚房排水管道，33.0%的農戶有廁所排水管道，且僅有24.3%的農戶設置了化糞池對污水進行了初步收集和處理，說明了長坪村對生活污染物控制措施少，農村污水收集率低，多數農戶產生的污水沒有經過化糞池處理隨意排放。

4 ?結論

1）興山縣長坪小流域農村污染物排放的TN、TP和COD的總量分別為569.8、24.6、2 779.1 kg/年。其中以分散型畜禽養殖污水污染物排放量為主，TN、TP和COD總量分別為562.9、23.7、2 487.3 kg/年，分別占污染物排放總量的98.79%、96.34%和89.50%。

2）農村生活污水排放特征：夏季農戶的人均日生活污水排放量最大，為195.2 L/（d·人），冬季生活污水排放量最少，為69 L/d·人，生活污水排放量從大至小依次為夏季、秋季、春季、冬季。農村生活污水中主要成分是洗滌用水，其COD濃度為218.8～509.8 mg/L，TN濃度為41.2～99.6 mg/L，NH4+-N為3.4～5.2 mg/L，TP為1.8～2.9 mg/L。糞污污染物相對于洗滌污水水量穩定，有機物含量高，NH4+-N含量高。其各個污染物指標平均濃度：TN為1 094.5 mg/L、TP 為54.9 mg/L、COD 為4 898.3 mg/L、NH4+-N為70.0 mg/L。

3）農村分散型畜禽養殖污水排放特征：受到降雨的影響較大，四個季節中夏季排放量最高，但是污染物濃度最低，各季節畜禽污水排放量分別：夏季71.6 L/d，秋季42.5 L/d ，冬季22.4 L/d。畜禽糞便的排放量：夏季3.72 kg/d，秋季10.33 kg/d，冬季12.4 kg/d。畜禽污水中各污染物指標平均濃度：COD為 7 702.9 mg/L、TN為1 239.4 mg/L、TP為71.1 mg/L、NH4+-N為415.0 mg/L。

5 ?三峽庫區農村污水問題與建議

5.1 ?問題及原因分析

1）農村畜禽污染控制措施簡陋。調查中發現，大部分養殖場所為露天堆糞，并且沒有糞污的收集與貯存，滲濾廢液隨意排放。在雨季，大量的畜禽廢棄物被雨水沖刷，大量的污染物隨著雨水進入流域內，造成水體污染。

2）環保意識不高。農村生活污水處理設施的建設很大程度上依靠村民的參與，而當地村民對農村污水處理的認識僅限于城市大規模污水處理設施，認為農村沒有污染。endprint

3）污水難以集中處理。污水相對分散，難以將污水合流處理。長坪小流域內，大部分房屋都依山而建，房前屋后基本是菜園子，房屋之間相對分散，污水難以集中。而且對污水進行集中，管網的鋪設需要占用一定面積的農田，所以污水集中是解決污水處理的難題。

4）處理工藝的選擇和后期維護。農村污水處理的理論技術現在已經相當成熟，但是現在還處于推廣階段，大部分實踐方案基本上套用的城市污水處理工藝，并沒有考慮到農村實際情況，例如沼氣池需要大量秸稈、糞便等原材料，興山縣長坪小流域大多是留守老年人，產氣材料的收集和沼渣清運成為難題;其次沼渣、沼液沒有專門清理的工具，造成前期政府投資建設的沼氣池大多已經停用的情況，所以沼氣池工藝并不適合在興山縣長坪小流域使用。另一方面，在農村沒有專業的人員來管理污水處理設施，這些設備的維護和水質的達標排放是農村污水處理可持續性發展的重大問題。

5）資金投入。將一些成熟的污水處理工藝小型化后移植到農村污水治理，需要的資金投入不是很多，但是在農村經濟力量和人們環保認識薄弱以及農村融資渠道少的前提條件下，大多數村民不愿意自己增加成本來處理污染，污水治理項目難以在農村啟動。

5.2 ?建議

1）距離城鎮有一些距離的村子，應該根據地形環境以及專家建議，建設小規模集中式污水處理設施、聯戶型污水處理設施以及單戶型污水處理設施。針對長坪小流域內大部分村落，應該積極推廣分散型無動力污水處理設施，從源頭處理污染的產生，例如，利用地形及落差，把房前屋后小塊農田改造成小型人工濕地、土壤滲濾或生物濾池等無動力處理技術的處理設施。

2）建設帶有污水收集、處理設施的小型規模化養殖場，采取每戶一圈的集中養殖模式將村子里的養殖戶集中起來，方便飼料和養殖的集中管理，避免養殖污水的隨意排放。

3）目前農村污水治理最大的問題就是資金問題，要解決農村問題就必須從資金入手，政府和第三方行業機構的參加是處理問題的主要解決辦法，第三方的市場化運營和采取排污收費的制度，對一些排污量大的村鎮農村生產企業收取排污費，用排污收費和政府投入的費用來治理污染，這樣既提高了村民環保意識，又解決了資金的問題。

4）分散污水治理的主要缺點是運行治理難以保障，導致出水水質不達標的問題。所以在建設與運行方面采用第三方服務的模式。由有資質的公司承建和經過系統培訓的專業人員負責系統的維護和運行保障工作，以確保農村污水治理的建設，運行和維護的質量。

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