閩三角地區農村生活污水處理設施優先管控區域識別與監管

陳 瑩，張 晨

（1.福建船政交通職業學院 安全與環境學院，福建 福州 350007；2.福建師范大學 福建省亞熱帶資源與環境重點實驗室，福建 福州 350007；3.福建師范大學 地理科學學院，福建 福州 350007）

0 引言

農村生活污水治理是農村人居環境整治的重要內容，是實施鄉村振興戰略的重要舉措，是全面建成小康社會的內在要求。 習近平總書記多次做出重要指示，強調因地制宜做好廁所下水道管網建設和農村污水處理，不斷提高農民生活質量。2021年6月，福建省省委和省政府制定出臺了《福建省農村生活污水提升治理五年行動計劃 （2021-2025年）》，要求到2025年，全省農村生活污水治理率達國家要求的65%以上，設施穩定運行率達90%以上，長效機制進一步健全，全省農村人居環境明顯改善，群眾幸福感、獲得感持續增強。 由于各個鄉鎮的區位條件、人口密度、污水產生量等都存在差異，污水處理設施的建設要綜合考慮各地經濟發展水平及財政投入能力等方面因素，不能“一刀切”、“齊步走”，因此，對于農村生活污水處理設施優先管控區域識別是非常必要的。近年來，農村生活污水處理控制區劃已經引起學術界的關注，但研究重點多集中于農業非點源污染方面，研究區域僅限于陜西省丹漢江流域、淮河流域、湖北省、洞庭湖地區、河南省等[1-6]，區劃方法主要有清單分析法、輸出系數法、等標污染負荷法等[7-9]，而福建省相關研究尚未見報道。 本研究以閩三角地區為研究案例，以鄉鎮區劃為研究單元，采用綜合源強估算法、因子分析法、加權指數法等技術，基于已建處理設施的數量、 規模、 污水處理技術路線等現狀，對已建處理設施的污染物排放強度進行定量估算和空間分析。基于環境敏感性評價，識別閩三角地區農村生活污水處理設施的優先控制區，進而確定分級監管方案。 本研究成果擬為優化區域性污水處理設施布局提供新思路和新模式，有助于提升農村生活污水處理設施建設運營質效，支撐政府監管部門開展差異化監管。依托項目大數據分析成果，可應用于輔助政府相關部門完善環保融資策略、 優化財政投入精準施策。

1 材料與方法

1.1 區域概況

閩三角位于中國東南沿海福建省南部，包括泉州、廈門、漳州3 個市，與福州市、莆田市、三明市、龍巖市、粵東地區接壤，主要地形為丘陵和山地，擁有福建省四大平原之一的漳州平原，海岸線長，島嶼港灣眾多，地表水流動速度慢，自凈能力差，主要河流有九龍江、晉江等；區域人口密度高，民營經濟發達，年生產總值占福建省的51%。 基礎現狀見表1[10-12]。

表1 閩三角地區基礎情況

福建省經濟水平發展迅速，其中以廈門、漳州、泉州城市群最為顯著，根據《福建省農村生活污水治理規劃（2020 - 2030年）》，截止2019年，廈門、漳州、 泉州的城鎮化率分別達到了89.2%，60.0%，67.2%，閩三角地區已建農村生活污水處理設施中，進一步納管接入城鎮污水廠（技術路線1）、建設小型集中處理設施（技術路線2）、三格化糞池（技術路線3）的覆蓋人數分別為75.90，224.71，100.34 萬人，分別占總人口的76.37%，39.26%，27.78%，數量分布情況見表2。

表2 2020年各技術路線處理設施分布 座

根據福建省農村生活污水監管平臺數據，對已有農村生活污水處理設施的規模大小及數量進行統計分析，結果見圖1。

圖1 2020年處理設施處理規模及數量情況

1.2 數據及來源

常住人口數、家庭數、各技術路線處理戶數、各地污水處理廠數量均來自福建省農村生活污水監管平臺，共統計廈門市17 個鄉鎮（街道），233 個村莊；泉州市139 個鄉鎮 （街道），2 042 個村莊； 漳州市120 個鄉鎮（街道），1 584 個村莊。

1.3 排放強度核算

采用產物系數法，估算各個研究單元內農村生活污水處理設施的污水排放量以及COD，TN，TP，NH3-N，動植物油排放量，并計算各研究單元的排污綜合得分。 公式如下：

式中：Qv 為行政村居民生活污水年產生量，m3/a；k為每戶平均人口，人/戶；m1為采用技術路線1 治理的戶數，戶；m2為采用技術路線2 治理的戶數，戶；m3為采用技術路線3 治理的戶數，戶；m4為尚未開展污水治理的戶數，戶；qc表示已開展治理的農村居民生活污水產生系數，L/(人·d)；qd為尚未開展治理的農村居民生活污水產生系數，L/(人·d)；Wpo為行政村居民生活污水中污染物（COD，NH3-N，TP，TN，動植物油）年產生量，kg/a；Fc為已開展治理的農村居民生活水污染物產生系數，g/（人·d）；Fd為尚未開展治理的農村居民生活水污染物產生系數，g/（人·d）；Fco為沖廁污水經化糞池后排入下水管道與一般生活污水混合的水污染物排放系數，g/（人·d）。

依據《生活污染源產排污系數手冊》選擇居民生活污水年產生量及其中的COD，NH3-N，TN，TP，動植物油排放量作為水質評價參數。 qc，qd參考《生活源系數手冊》。

2 計算與結果

2.1 農村生活污水污染物排放強度空間差異

廈門市內農村生活污水處理設施的水污染物排放強度小于泉州市和漳州市； 泉州市內陸北部縣市TN 排放強度較強，有集中連片TN 重度排污鄉鎮，而沿海地區則有連片TP 重度排污鄉鎮； 漳州市內各污染物排放比較分散。 根據現有各技術路線處理設施覆蓋戶數，估算得到：廈門市內農村生活污水處理設施的排放量為2 185.59 萬m3/a，COD，NH3-N，TN，TP，動植物油排放量分別為1 433.28，91.21，154.07，10.35，35.05 萬kg/a；泉州市內農村生活污水處理設施的排放量為11 110.56 萬m3/a，COD，NH3-N，TN，TP，動植物油排放量分別為7 312.40，508.46，745.98，58.48，168.21 萬kg/a； 漳州市內農村生活污水處理設施的排放量為10 101.82 萬m3/a，COD，NH3-N，TN，TP，動植物油排放量分別為501.95，684.24，753.34，67.49，131.47 萬kg/a。

2.1.1 COD 排放強度的空間差異

COD 是表征水中有機物含量的指標，COD 越高，表示水中有機污染物越多，污染越嚴重。 生活污水中的食物殘渣、糞便等是水中的有機物主要來源，在分解過程中會消耗大量的DO，導致水中魚蝦藻類等生物缺氧死亡。 農村生活污水處理設施出水COD年排放量分區情況見圖2。 由圖2 可以看出，COD 重度排污區呈小片集中式分布，分布在研究區域的東南部沿海地區和中部內陸地區，四周被中度排污區環繞，主要位于漳州市龍海市、漳浦縣、詔安縣、泉州市南安市、晉江市、惠安縣、安溪縣，除了詔安縣和安溪縣，其余縣（市）的生產總值均位列所在地級市前3 位。 重度排污區和中度排污區的面積分別占研究單元總面積的16.35%，1.51%，排放量分別占研究單元總排放量的39.87%，6.85%，常住人口數量分別占研究單元總量的39.28%，6.85%。 中重度排污區所占面積較小，卻占了將近50%的排放量，由此可見，COD 的排放比較集中，有一定的集聚現象。

圖2 農村生活污水處理設施出水COD年排放量分區情況

2.1.2 TN 排放強度的空間差異

污水中TN 是表征水體富營養化的指標之一，生活污水中的主要來源有2 個，洗滌用水以及廚房廢水。 農村生活污水處理設施出水TN年排放量分區情況見圖3。 由圖3 可以看出，TN 重度排污區分布于研究區的內陸地區，與輕度排污區交錯分布，和COD，TP，NH3-N，動植物油重度排污區重合度低，且大多位于人口低密度區，主要位于漳州市華安縣、南靖縣、平和縣、云霄縣、漳浦縣、詔安縣、泉州市永春縣、南安市、德化縣、安溪縣，除了南靖縣和南安縣，其余縣（市）都是所在地級市的經濟欠發達地區。 重度排污區和中度排污區的面積分別占研究單元總面積的53.22%，15.37%，排放量分別占研究單元總量的15.12%，41.52%，常住人口數量分別占研究單元總排放量的21.31%，38.20%，中重度排污區所占面積比較大，排放量所占比例并不高，且未聚集大量人口，由此可見，TN 的排放比較分散，無明顯的集聚現象。 另外，2020年新冠疫情以來，農村地區大量使用的消毒藥水也含有N 元素，因而可能間接加劇水體的富營養化。

圖3 農村生活污水處理設施出水TN年排放量分區情況

2.1.3 TP 排放強度的空間差異

日常生活中所使用的含磷酸鹽洗滌劑是廢水中TP 排放量的主要來源，TP 排放量過高會導致水體富營養化。 農村生活污水處理設施出水TP年排放量分區情況見圖4。 由圖4 可以看出，TP 重度、中度排污區與COD 以及動植物油重度、中度排污區范圍大致重合，均位于人口高密度地區，從縣（市）層面看，分布比較零散，與區縣總體經濟水平未呈現直接關系，重度排污區和中度排污區的面積分別占研究單元總面積的35.49%，51.32%，排放量分別占研究單元總排放量的41.28%，17.41%，常住人口數量分別占研究單元總量的41.09%，19.79%，中重度排污區所占面積比較大，排放量所占比例不高，且未聚集大量人口，由此可見，TP 的排放較分散，無明顯的集聚現象。

圖4 農村生活污水處理設施出水TP年排放量分區情況

2.1.4 NH3-N 排放強度的空間差異

生活污水中的洗滌劑、廚房污水、雨水是NH3-N的主要排放來源。 農村生活污水處理設施出水NH3-N年排放量分區情況見圖5。 由圖5 可以看出，NH3-N重度排污區分布較零散，與TP 重度排污區重合較多，均為人口集中地區，但中度排污區范圍卻有顯著差異。 重度排污區和中度排污區面積分別占研究單元總面積的27.36%，31.34%，排放量分別占研究單元總排放量的26.96%，25.03%，常住人口數量分別占研究單元總量的27.14%，21.11%。 中重度排污區所占面積中等，排放量所占比例不高，且未聚集大量人口，由此可見，NH3-N 總量的排放強度較分散，但有一定的集聚現象。

圖5 農村生活污水處理設施出水NH3-N年排放量分區情況

2.1.5 動植物油排放強度的空間差異

水體中動植物油類物質比水輕且不溶于水，一旦進入水體會漂浮于水面，并迅速擴散形成油膜，從而阻止大氣中的氧進入水體，使水中生物的生長受到不利影響。 農村生活污水處理設施出水動植物油年排放量分區情況見圖6。 由圖6 可以看出，動植物油重度、中度排污區范圍與COD，TP 重度、中度排污區范圍有大量重合，且基本為人口高密度地區，主要排放源為廚房污水； 重度排污區和中度排污區面積分別占研究單元總面積的33.39%，50.32%，排放量分別占研究單元總排放量的33.29%，15.00%，常住人口數量分別占研究單元總量的36.61%，18.64%。中重度排污區所占面積偏大，排放量所占比例不高，且未聚集大量人口，由此可見，動植物油的排放較分散，無明顯的集聚現象。

圖6 農村生活污水處理設施出水動植物油年排放量分區情況

2.2 農村生活污水控制區域識別與區劃

根據行政村主要水污染物排放量，研究通過空間聚類分析，判別排污區。計算5 種污染物綜合排放得分，劃定輕度排污區、一般排污區、中度排污區、重度排污區，并結合福建省環境敏感區劃，將輕度排污區直接判定為一般控制區，對已被劃定為一般排污區、中度排污區、重度排污區的研究單元進行2 次篩選，首先識別研究單元內是否包括設區市、縣級集中式飲用水水源保護區內村莊，有則劃分為優先控制區，無則進入第2 輪篩選；識別待分類研究單元內有無水質需要進一步穩定的主要流域控制單元內的村莊，有則劃定為重點控制區，無則歸類至一般控制區。 具體識別流程見圖7。

圖7 農村生活污水處理設施控制區識別流程

閔三角地區優先控制區、重點控制區、一般控制區的分類結果見圖8。 由圖8 可以看出，重點控制區大多位于人口密集地區。 廈門市共9 個鄉鎮（街道）為重點控制區，共18 7949 戶，182 個村莊，分布在同安區和翔安區，屬于廈門市經濟欠發達地區，19 個村莊（街道）位于平原地區，156 個屬于丘陵地貌，7個屬于山區，區內有集中式農村污水處理設施281座，占全市總量的70.07%；泉州市共18 個鄉鎮（街道）為重點控制區，主要分布在南安市和永春縣，晉江市和安溪縣也有零星分布，41 個村莊位于平原地區，148 個屬于丘陵地貌，99 個屬于山區，區內有集中式農村污水處理設施91 座，其中，1 座采用技術路線1，90 座采用技術路線2；漳州市內共14 個鄉鎮（街道）為重點控制區，有14 985 戶，230 個村莊，其中115 個位于平原地區，65 個屬于丘陵地貌，50 個屬于山區，主要分布在龍海市，南靖縣、平和縣、長泰縣、詔安縣有零星分布，龍海市和南靖縣為漳州經濟較發達地區，區內有集中式農村污水處理設施149座，其中，8 座采用技術路線1，139 座采用技術路線2，2 座采用技術路線3。

圖8 農村生活污水處理設施控制區分類情況

從市域層面分析，廈門市重點控制區內集中式農村污水處理設施均采用技術路線2，占全市所有技術路線2 處理設施的61.92%，因此，在全市范圍內，可以對采用技術路線2 的設施加以重點監管，從而獲得最好的治理效果；泉州市內，優先控制區和重點控制區內處理設施占總量的17.95%，兩者范圍內有79.2%的戶數治理方式為技術路線3，有15.02%的戶數尚未開展治理。 因此，除了增加優先、重點控制區內處理設施的數量，還可以對區域內采用技術路線3 的處理設施進行重點監管；漳州市內，優先控制區內處理設施占全市總量的0.54%，重點控制區內處理設施占比18.89%，全市采用技術路線2 處理戶數占26.52%、技術路線3 處理戶數占20.44%，同時，區域內分別有29.31%，62.61%的戶數采用技術路線2，3 處理，15.81%的戶數尚未開展治理。 因此，可以對區域內采用技術路線2，3 的處理設施加以重點控制，同時，加大處理設施建設力度。

2.3 分級監管

在不同級別的控制區內，農村生活污水處理設施的技術路線、規模分布不盡相同，故需要對其進行分類分級監管。 監管策略見表3。

表3 不同級別監管控制區內分類分級監管策略

3 結論

對閩三角地區處理設施的污染物排放強度進行定量估算和空間分析，得出閩三角農村地區COD，TN，TP，NH3-N，動植物油的重度排污區分別占研究單元總排放量的39.87%，15.12%，41.28%，26.96%，33.29%，其中，廈門市內污染物排放量都低于泉州市和漳州市；泉州市內陸以TN 排放為主，沿海主要以TP 排放為主，且均存在重度排污鄉鎮；漳州市內各污染物排放比較分散。 結合福建省區域環境敏感性評價，識別出閩三角地區農村生活污水處理設施的優先控制區，其中廈門市內無優先控制區，泉州市內有3 個鄉鎮，漳州市內有1 個鄉鎮。針對各區污染特征和重要性不同，提出了不同控制區的分類管控要點，具體方案的實施還應考慮地區實際，進行細化完善。