三峡库区农村污水排放现状调查与分析

王家+夏颖+范先鹏+吴茂前+张富林+刘冬碧+张继铭

摘要：通过实地调查，对湖北省三峡库区典型流域兴山县农村污水现状进行了研究。采用排污系数法对农村生活污染物和畜禽养殖污染物负荷量进行了测算，分析了流域内农村污水排放的特征，以期为三峡库区农村污水处理设施建设提供科学依据。调查分析结果表明，典型流域内农村污染物TN、TP和COD的排放/流失总量分别为569.8、24.6、2 779.1 kg/年，其中畜禽养殖污染物排放的TN、TP和COD分别占各污染物排放/流失总量的98.79%、96.34%和89.50%;生活污水排放量从大至小依次为夏季>秋季>春季>冬季，农村生活污水排放中夏季人均日生活污水排放量最大，为195.2 L/（d·人），冬季生活污水排放量最少，为69.0 L/（d·人）;农村生活污水中主要成分是洗涤用水，其COD浓度为218.8～509.8 mg/L，TN浓度为41.2～99.6 mg/L，NH4+-N为3.4～5.2 mg/L，TP为1.8～2.9 mg/L;畜禽养殖污水的排放量受降雨影响较大，夏季排放量最高，但是污染物浓度最低;畜禽污水中各污染物平均浓度：COD为 7 702.9 mg/L、TN为1 239.4 mg/L、TP为71.1 mg/L、NH4+-N为415.0 mg/L。畜禽粪便的排放量按从大到小的顺序排列为冬季>秋季>夏季>春季。

关键词：三峡库区;兴山县;农村污水排放;排污系数法

中图分类号：R123.3        文献标识码：A        文章编号：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

中国人口的迅速膨胀，农村的现代化进程加快，富营养化的现象普遍存在于国内大部分重点水域，面源污染开始成为水环境治理的难点。研究结果表明，种植业、养殖业和居民日常生活中污染物的排放是使水体氮、磷元素超标，导致水体富营养化的主要原因[1]，农业面源污染对整体环境造成的影响程度已经远远超过了城市工业和生活污染[2]。在国内有50%的地下水资源以及2 000万hm2的农村耕地正在受到农业面源污染的影响[3，4]。

三峡库区是中国重点生态环境保护区，也是环境敏感区和面源污染易发区[5]。三峡水库蓄水后，水流变缓，水体自净能力减弱，支流的回水容易出现富营养化现象，影响了库区的水质[6，7]。农业面源污染物是影响三峡库区水质的主要原因之一[8]，而由农村生活污水及农村分散畜禽养殖污水合流排放的农村污水是库区农业面源污染的重要来源，开展库区农村污水排放特征研究对三峡库区面源污染控制和保护库区生态环境意义重大[9]。因此，本研究以兴山县长坪小流域农村污水排放特征为研究对象，采用系数模型[10]对流域内农村不同污水的排放量进行估算，并选取了典型农户进行实地取样分析，分析了流域内农村污水排放的特征，提出三峡库区农村污水排放的针对性措施。

1  研究区域概况

兴山县主要为丘陵地区，农村地区村民多分散而居，形成自然村落，村落规模在百余户，分布零散，一般在沿盘山公路依山建房。多数农户房前屋后建有简易厕所，卫生条件极差。一般农户的房屋有2～3间，灶房、厕所、住房分开设置。当地农作物主要种植玉米-油菜;常住人口3～5人，家庭用水来源主要为自来水，少数情况在家里洗衣服，大部分使用泉水清洗衣物。有两个厕所，分别在屋内和屋外，屋内的厕所主要用于洗浴，极少数情况用于大小便，屋外的厕所，有化粪池收集，最终随意排放或回田处理。大部分农户对污水的处理仅仅是进行了管道收集，然后排放到屋后的暗沟或农田中。养殖规模2头猪，年存栏量1头，出栏量1头，饲养期间，粪污的处理方式为干清粪，然后露天堆放在猪圈旁，液体则随意排放。

2  数据调查与处理

2.1  农村污水基本现状调查

影响农村污水排放量的主要因素是季节和生活习惯，随意的污水排放是导致农村环境污染难以解决的主要原因。夏季是农户的用水高峰季节，农户的各种用水习惯在夏季均能体现出来，因此在7月下旬从两种污染源上对农户进行调查，包括以下两个方面：

1）畜禽养殖业源调查内容包括：畜禽种类、存栏量、出栏量、饲养阶段、畜禽粪便污水的产生和排放情况以及清粪和污水的处理措施。

2）生活污染源调查内容包括：每一户的常住人口和外来人口数量、农户用水情况、经济收入以及生活垃圾和污水处理情况。

2.2  污水排放调查

1）生活污水排放调查。根据当地居民住房和厕所分开及农村洗涤污水没有进化粪池的特点，将农户家的生活污染源监测分为两个部分，一是生活洗涤用水，二是化粪池溢出的水。前者是通过在农户住房污水管道排放的末端设置洗涤污水收集池进行采样，后者是直接在化粪池出水口采样。

2）畜禽养殖污水排放调查。当地养殖户基本上没有对畜禽养殖废水和粪便进行收集，所以分别在2个农户养殖场所外做收集池和堆粪池，一方面方便取样监测，另一方面防止了养殖污水及粪便的随意排放。

3）取样和测试分析。在选取的2个农户的污水收集池出口处取样，监测全年4个季节2个农户污水排放量及水质的变化，监测时间分别为2014年8、10、12月下旬以及2014年3月下旬。测试分析污水中污染物指标包括：总氮（TN）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）、氨氮（NH4+-N）。

2.3  污染负荷计算

通过对调查对象的数据结果汇总与对应污染物产排系数（表1、表2和表3）相结合，按照输出系数模型[11，12]，可以通过农村的基本情况估算出农村生活污染源和畜禽养殖污染源排放污染物的总量，并且可以有效减少与面源污染本身发生过程中的污染排放量的重复，从而降低了在面源污染研究过程中对流域内调查和实测数据的要求，适用于中国大部分还没有进行面源污染检测的地区[13，14]，其模型为：

Li=■Eij Aj+P0

式中，Li为污染物i的总量（kg/年）;Eij为污染物i在其环境类型的输出系数;Aj为养殖牲畜或人口的数量;P0为通过降雨进入环境中的污染物质的总量;m为研究区域内污染源的总数量。本研究中生活污染和畜禽污染排污系数均来自2007年全国农业污染源普查数据平台（内部资料），并且在计算输出污染物总量时忽略了P0的降雨污染物的输出。

3  结果与分析

3.1  污染物排放负荷量估算

兴山县长坪小流域农村污染物排放/流失总量见表4。兴山县长坪小流域农村污染物排放的TN、TP和COD的排放/流失总量分别为569.8、24.6、  2 779.1 kg/年。畜禽养殖污染物排放量主要跟该污染物浓度有关[15]，TN、TP和COD排放/流失量分别为562.9、23.7、2 487.3 kg/年，分别占总量的98.79%、96.34%和89.50%。

3.2  生活污染源及其季节性排放特征

1）生活污染源基本情况。根据当地115户农户的调查结果（表5），长坪村平均每户常住人口3人，每户用水量为0.05～0.50 m3。居民家庭污水排放来源主要有冲水式厕、旱厕以及化粪池。当地居民的生活方式和习惯大体相同，生活用水主要集中在白天，所以夜间基本没有污水排放，污水排放呈不连续状态。endprint

2）生活污水水量季节性变化。由图1可见，夏季农户的人均日生活污水排放量最大，为195.2 L/（d·人）;冬季生活污水排放量最少，为69 L/（d·人）;全年人均生活污水排放量为106.3 L/（d·人）。全年洗涤污水排放量占总生活污水排放量的比重最大，为60.8%。

3）生活污水水质季节性变化。在农村，粪污和生活洗涤污水分开排放，所以生活污水中的污染物浓度较低，但是变化范围较大。农村生活中主要排放的是洗涤用水，由表6可知，洗涤污水中COD浓度为218.8～509.8 mg/L，TN浓度为41.2～99.6 mg/L，NH4+-N为3.4～5.2 mg/L，TP为1.8～2.9 mg/L。粪便污水相对于洗涤污水水量稳定，有机物含量高，NH4+-N含量高，各污染物平均浓度：TN为1 094.5 mg/L、TP 为54.9 mg/L、COD为4 898.3 mg/L、NH4+-N为70.0 mg/L。

3.3  畜禽养殖污染源及其季节性排放特征

1）畜禽养殖污染源基本情况。在研究区域内83户养殖户调查中发现，平均养殖场所面积27.8 m2，化粪池平均大小2.9 m3，平均每户养2.57头猪、4.27只鸡（表7），清粪方式主要以干清粪为主，少部分农户对猪圈进行垫料，养殖户大部分堆粪时进行了干湿分离，但是对养殖排放的污水进行收集的仅有26户。

调查中发现当地的饲养方式主要以圈养为主，在养殖过程中，大多农户会将生猪产生的粪便随意露天堆放在养殖场所外，留作为农田肥料使用，而在降雨过程中，雨水会冲刷一部分得猪粪等固体垃圾产生地表径流，流至低洼处或田间排水渠道中，最后汇入附近的香溪河。

2）畜禽粪污产生量季节性变化。兴山县长坪小流域农村各季节畜禽污水排放量分别为：夏季71.6 L/d，秋季42.5 L/d，冬季22.4 L/d。畜禽粪便的排放量为：夏季3.72 kg/d，秋季10.33 kg/d，冬季12.4 kg/d，趋势如图2所示。

在当地农村，大部分生猪养殖场所为半开放式，养殖周期为一年，进出栏量一般为两头猪，每年春节过后购买小猪开始饲养，所以在初春，猪圈内几乎没有污水和粪便的产生。随着生猪的发育，粪便的产生量逐渐增加;由于夏季降雨量多，猪圈内污水的排放受到降雨的影响较大，所以夏季日平均污水产生量最高;在冬季，一方面生猪的活动量少，排泄物减少;另一方面，农户会在猪圈内铺上干稻草，用以保暖，所以冬季的畜禽污水排放量有所减少。

3）畜禽养殖污水水质季节性变化。兴山县长坪小流域农村各污染物指标平均浓度：COD为7 702.9 mg/L、TN为1 239.4 mg/L、TP为71.1 mg/L、NH4+-N为415.0 mg/L（表8）。由于垫圈废渣和生猪发育的影响，造成了冬季的污染物浓度最高。由于降雨的原因，夏季的污染物排放浓度相对偏低。在春季则由于以下两种情况没有获取污染物排放数据，一是由于刚刚过完春节，没有养猪，所以没有畜禽污染物的排放;二是由于刚刚开始养猪，小猪仔排泄量少，大部分与垫在猪圈内的干稻草混合，导致没有获取有效采样数据。

3.4 污水处理设施现状

如表9所示，对兴山县长坪农村居民115户进行了基础设施现状调查，有旱厕的113户，有水冲厕所的有70户。31.3%的农户有厨房排水管道，33.0%的农户有厕所排水管道，且仅有24.3%的农户设置了化粪池对污水进行了初步收集和处理，说明了长坪村对生活污染物控制措施少，农村污水收集率低，多数农户产生的污水没有经过化粪池处理随意排放。

4  结论

1）兴山县长坪小流域农村污染物排放的TN、TP和COD的总量分别为569.8、24.6、2 779.1 kg/年。其中以分散型畜禽养殖污水污染物排放量为主，TN、TP和COD总量分别为562.9、23.7、2 487.3 kg/年，分别占污染物排放总量的98.79%、96.34%和89.50%。

2）农村生活污水排放特征：夏季农户的人均日生活污水排放量最大，为195.2 L/（d·人），冬季生活污水排放量最少，为69 L/d·人，生活污水排放量从大至小依次为夏季、秋季、春季、冬季。农村生活污水中主要成分是洗涤用水，其COD浓度为218.8～509.8 mg/L，TN浓度为41.2～99.6 mg/L，NH4+-N为3.4～5.2 mg/L，TP为1.8～2.9 mg/L。粪污污染物相对于洗涤污水水量稳定，有机物含量高，NH4+-N含量高。其各个污染物指标平均浓度：TN为1 094.5 mg/L、TP 为54.9 mg/L、COD 为4 898.3 mg/L、NH4+-N为70.0 mg/L。

3）农村分散型畜禽养殖污水排放特征：受到降雨的影响较大，四个季节中夏季排放量最高，但是污染物浓度最低，各季节畜禽污水排放量分别：夏季71.6 L/d，秋季42.5 L/d ，冬季22.4 L/d。畜禽粪便的排放量：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标平均浓度：COD为 7 702.9 mg/L、TN为1 239.4 mg/L、TP为71.1 mg/L、NH4+-N为415.0 mg/L。

5  三峡库区农村污水问题与建议

5.1  问题及原因分析

1）农村畜禽污染控制措施简陋。调查中发现，大部分养殖场所为露天堆粪，并且没有粪污的收集与贮存，渗滤废液随意排放。在雨季，大量的畜禽废弃物被雨水冲刷，大量的污染物随着雨水进入流域内，造成水体污染。

2）环保意识不高。农村生活污水处理设施的建设很大程度上依靠村民的参与，而当地村民对农村污水处理的认识仅限于城市大规模污水处理设施，认为农村没有污染。endprint

3）污水难以集中处理。污水相对分散，难以将污水合流处理。长坪小流域内，大部分房屋都依山而建，房前屋后基本是菜园子，房屋之间相对分散，污水难以集中。而且对污水进行集中，管网的铺设需要占用一定面积的农田，所以污水集中是解决污水处理的难题。

4）处理工艺的选择和后期维护。农村污水处理的理论技术现在已经相当成熟，但是现在还处于推广阶段，大部分实践方案基本上套用的城市污水处理工艺，并没有考虑到农村实际情况，例如沼气池需要大量秸秆、粪便等原材料，兴山县长坪小流域大多是留守老年人，产气材料的收集和沼渣清运成为难题;其次沼渣、沼液没有专门清理的工具，造成前期政府投资建设的沼气池大多已经停用的情况，所以沼气池工艺并不适合在兴山县长坪小流域使用。另一方面，在农村没有专业的人员来管理污水处理设施，这些设备的维护和水质的达标排放是农村污水处理可持续性发展的重大问题。

5）资金投入。将一些成熟的污水处理工艺小型化后移植到农村污水治理，需要的资金投入不是很多，但是在农村经济力量和人们环保认识薄弱以及农村融资渠道少的前提条件下，大多数村民不愿意自己增加成本来处理污染，污水治理项目难以在农村启动。

5.2  建议

1）距离城镇有一些距离的村子，应该根据地形环境以及专家建议，建设小规模集中式污水处理设施、联户型污水处理设施以及单户型污水处理设施。针对长坪小流域内大部分村落，应该积极推广分散型无动力污水处理设施，从源头处理污染的产生，例如，利用地形及落差，把房前屋后小块农田改造成小型人工湿地、土壤渗滤或生物滤池等无动力处理技术的处理设施。

2）建设带有污水收集、处理设施的小型规模化养殖场，采取每户一圈的集中养殖模式将村子里的养殖户集中起来，方便饲料和养殖的集中管理，避免养殖污水的随意排放。

3）目前农村污水治理最大的问题就是资金问题，要解决农村问题就必须从资金入手，政府和第三方行业机构的参加是处理问题的主要解决办法，第三方的市场化运营和采取排污收费的制度，对一些排污量大的村镇农村生产企业收取排污费，用排污收费和政府投入的费用来治理污染，这样既提高了村民环保意识，又解决了资金的问题。

4）分散污水治理的主要缺点是运行治理难以保障，导致出水水质不达标的问题。所以在建设与运行方面采用第三方服务的模式。由有资质的公司承建和经过系统培训的专业人员负责系统的维护和运行保障工作，以确保农村污水治理的建设，运行和维护的质量。

参考文献：

[1] 王振强，刘春广，乔光建.氮、磷循环特征对水体富营养化影响分析[J].南水北调与水利科技，2010，8（6）：82-85.

[2] 张维理，徐爱国，冀宏杰，等.中国农业面源污染形势估计及控制对策Ⅲ.中国农业面源污染控制中存在问题分析[J].中国农业科学，2004，37（7）：1026-1033.

[3] 崔  键，马友华，赵艳萍，等.农业面源污染的特性及防治对策[J].中国农学通报，2006，22（1）：335-340.

[4] 章力建，朱立志.我国“农业立体污染”防治对策研究[J].农业经济问题，2005，26（2）：4-7.

[5] 肖新成，何丙辉，倪九派，等.农业面源污染视角下的三峡库区重庆段水资源的安全性评价——基于DPSIR框架的分析[J].环境科学学报，2013，33（8）：2324-2331.

[6] 曹  明，蔡庆华，刘瑞秋，等.三峡水库库首初期蓄水前后理化因子的比较研究[J].水生生物学报，2006，30（1）：12-19.

[7] 张  远，郑丙辉，刘鸿亮，等.三峡水库蓄水后氮、磷营养盐的特征分析[J].水资源保护，2005，21（6）：23-26.

[8] LIU G D，QI-LIN L I，HUANG Y. Status of non-point source pollution in the Three Gorges Area with discussion on the countermeasures[J]. Resources & Environment in the Yangtze Basin， 2003，12（5）：462-466.

[9] 王  家，夏  颖，陈琼星，等.兴山县香溪河流域农业面源污染现状分析[J].湖北农业科学，2014，53（23）：5724-5730.

[10] 刘瑞民，沈珍瑶，丁晓雯，等.应用输出系数模型估算长江上游非点源污染负荷[J].农业环境科学学报，2008，27（2）：677-682.

[11] LI Z Z. Estimation of non-point source pollution loads under uncertain information[J]. Chinese Geographical Science，2008， 18（4）：348-355.

[12] 王淑莹，代晋国，李利生，等.水环境中非点源污染的研究[J].北京工业大学学报，2003，29（4）：486-490.

[13] 张维理，武淑霞，冀宏杰，等.中国农业面源污染形势估计及控制对策Ⅰ.21世纪初期中国农业面源污染的形势估计[J].中国农业科学，2004，37（7）：76-85.

[14] ZHU B，WANG Z H， WANG T，et al. Non-point-source nitrogen and phosphorus loadings from a small watershed in the Three Gorges Reservoir area[J]. Journal of Mountain Science，2012，9（1）：10-15.

[15] 宋大平，庄大方，陈  巍.安徽省畜禽粪便污染耕地、水体现状及其风险评价[J].环境科学，2012（33）：110-116.endprint