闽三角地区农村生活污水处理设施优先管控区域识别与监管

陈 莹，张 晨

（1.福建船政交通职业学院 安全与环境学院，福建 福州 350007；2.福建师范大学 福建省亚热带资源与环境重点实验室，福建 福州 350007；3.福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007）

0 引言

农村生活污水治理是农村人居环境整治的重要内容，是实施乡村振兴战略的重要举措，是全面建成小康社会的内在要求。 习近平总书记多次做出重要指示，强调因地制宜做好厕所下水道管网建设和农村污水处理，不断提高农民生活质量。2021年6月，福建省省委和省政府制定出台了《福建省农村生活污水提升治理五年行动计划 （2021-2025年）》，要求到2025年，全省农村生活污水治理率达国家要求的65%以上，设施稳定运行率达90%以上，长效机制进一步健全，全省农村人居环境明显改善，群众幸福感、获得感持续增强。 由于各个乡镇的区位条件、人口密度、污水产生量等都存在差异，污水处理设施的建设要综合考虑各地经济发展水平及财政投入能力等方面因素，不能“一刀切”、“齐步走”，因此，对于农村生活污水处理设施优先管控区域识别是非常必要的。近年来，农村生活污水处理控制区划已经引起学术界的关注，但研究重点多集中于农业非点源污染方面，研究区域仅限于陕西省丹汉江流域、淮河流域、湖北省、洞庭湖地区、河南省等[1-6]，区划方法主要有清单分析法、输出系数法、等标污染负荷法等[7-9]，而福建省相关研究尚未见报道。 本研究以闽三角地区为研究案例，以乡镇区划为研究单元，采用综合源强估算法、因子分析法、加权指数法等技术，基于已建处理设施的数量、 规模、 污水处理技术路线等现状，对已建处理设施的污染物排放强度进行定量估算和空间分析。基于环境敏感性评价，识别闽三角地区农村生活污水处理设施的优先控制区，进而确定分级监管方案。 本研究成果拟为优化区域性污水处理设施布局提供新思路和新模式，有助于提升农村生活污水处理设施建设运营质效，支撑政府监管部门开展差异化监管。依托项目大数据分析成果，可应用于辅助政府相关部门完善环保融资策略、 优化财政投入精准施策。

1 材料与方法

1.1 区域概况

闽三角位于中国东南沿海福建省南部，包括泉州、厦门、漳州3 个市，与福州市、莆田市、三明市、龙岩市、粤东地区接壤，主要地形为丘陵和山地，拥有福建省四大平原之一的漳州平原，海岸线长，岛屿港湾众多，地表水流动速度慢，自净能力差，主要河流有九龙江、晋江等；区域人口密度高，民营经济发达，年生产总值占福建省的51%。 基础现状见表1[10-12]。

表1 闽三角地区基础情况

福建省经济水平发展迅速，其中以厦门、漳州、泉州城市群最为显著，根据《福建省农村生活污水治理规划（2020 - 2030年）》，截止2019年，厦门、漳州、 泉州的城镇化率分别达到了89.2%，60.0%，67.2%，闽三角地区已建农村生活污水处理设施中，进一步纳管接入城镇污水厂（技术路线1）、建设小型集中处理设施（技术路线2）、三格化粪池（技术路线3）的覆盖人数分别为75.90，224.71，100.34 万人，分别占总人口的76.37%，39.26%，27.78%，数量分布情况见表2。

表2 2020年各技术路线处理设施分布 座

根据福建省农村生活污水监管平台数据，对已有农村生活污水处理设施的规模大小及数量进行统计分析，结果见图1。

图1 2020年处理设施处理规模及数量情况

1.2 数据及来源

常住人口数、家庭数、各技术路线处理户数、各地污水处理厂数量均来自福建省农村生活污水监管平台，共统计厦门市17 个乡镇（街道），233 个村庄；泉州市139 个乡镇 （街道），2 042 个村庄； 漳州市120 个乡镇（街道），1 584 个村庄。

1.3 排放强度核算

采用产物系数法，估算各个研究单元内农村生活污水处理设施的污水排放量以及COD，TN，TP，NH3-N，动植物油排放量，并计算各研究单元的排污综合得分。 公式如下：

式中：Qv 为行政村居民生活污水年产生量，m3/a；k为每户平均人口，人/户；m1为采用技术路线1 治理的户数，户；m2为采用技术路线2 治理的户数，户；m3为采用技术路线3 治理的户数，户；m4为尚未开展污水治理的户数，户；qc表示已开展治理的农村居民生活污水产生系数，L/(人·d)；qd为尚未开展治理的农村居民生活污水产生系数，L/(人·d)；Wpo为行政村居民生活污水中污染物（COD，NH3-N，TP，TN，动植物油）年产生量，kg/a；Fc为已开展治理的农村居民生活水污染物产生系数，g/（人·d）；Fd为尚未开展治理的农村居民生活水污染物产生系数，g/（人·d）；Fco为冲厕污水经化粪池后排入下水管道与一般生活污水混合的水污染物排放系数，g/（人·d）。

依据《生活污染源产排污系数手册》选择居民生活污水年产生量及其中的COD，NH3-N，TN，TP，动植物油排放量作为水质评价参数。 qc，qd参考《生活源系数手册》。

2 计算与结果

2.1 农村生活污水污染物排放强度空间差异

厦门市内农村生活污水处理设施的水污染物排放强度小于泉州市和漳州市； 泉州市内陆北部县市TN 排放强度较强，有集中连片TN 重度排污乡镇，而沿海地区则有连片TP 重度排污乡镇； 漳州市内各污染物排放比较分散。 根据现有各技术路线处理设施覆盖户数，估算得到：厦门市内农村生活污水处理设施的排放量为2 185.59 万m3/a，COD，NH3-N，TN，TP，动植物油排放量分别为1 433.28，91.21，154.07，10.35，35.05 万kg/a；泉州市内农村生活污水处理设施的排放量为11 110.56 万m3/a，COD，NH3-N，TN，TP，动植物油排放量分别为7 312.40，508.46，745.98，58.48，168.21 万kg/a； 漳州市内农村生活污水处理设施的排放量为10 101.82 万m3/a，COD，NH3-N，TN，TP，动植物油排放量分别为501.95，684.24，753.34，67.49，131.47 万kg/a。

2.1.1 COD 排放强度的空间差异

COD 是表征水中有机物含量的指标，COD 越高，表示水中有机污染物越多，污染越严重。 生活污水中的食物残渣、粪便等是水中的有机物主要来源，在分解过程中会消耗大量的DO，导致水中鱼虾藻类等生物缺氧死亡。 农村生活污水处理设施出水COD年排放量分区情况见图2。 由图2 可以看出，COD 重度排污区呈小片集中式分布，分布在研究区域的东南部沿海地区和中部内陆地区，四周被中度排污区环绕，主要位于漳州市龙海市、漳浦县、诏安县、泉州市南安市、晋江市、惠安县、安溪县，除了诏安县和安溪县，其余县（市）的生产总值均位列所在地级市前3 位。 重度排污区和中度排污区的面积分别占研究单元总面积的16.35%，1.51%，排放量分别占研究单元总排放量的39.87%，6.85%，常住人口数量分别占研究单元总量的39.28%，6.85%。 中重度排污区所占面积较小，却占了将近50%的排放量，由此可见，COD 的排放比较集中，有一定的集聚现象。

图2 农村生活污水处理设施出水COD年排放量分区情况

2.1.2 TN 排放强度的空间差异

污水中TN 是表征水体富营养化的指标之一，生活污水中的主要来源有2 个，洗涤用水以及厨房废水。 农村生活污水处理设施出水TN年排放量分区情况见图3。 由图3 可以看出，TN 重度排污区分布于研究区的内陆地区，与轻度排污区交错分布，和COD，TP，NH3-N，动植物油重度排污区重合度低，且大多位于人口低密度区，主要位于漳州市华安县、南靖县、平和县、云霄县、漳浦县、诏安县、泉州市永春县、南安市、德化县、安溪县，除了南靖县和南安县，其余县（市）都是所在地级市的经济欠发达地区。 重度排污区和中度排污区的面积分别占研究单元总面积的53.22%，15.37%，排放量分别占研究单元总量的15.12%，41.52%，常住人口数量分别占研究单元总排放量的21.31%，38.20%，中重度排污区所占面积比较大，排放量所占比例并不高，且未聚集大量人口，由此可见，TN 的排放比较分散，无明显的集聚现象。 另外，2020年新冠疫情以来，农村地区大量使用的消毒药水也含有N 元素，因而可能间接加剧水体的富营养化。

图3 农村生活污水处理设施出水TN年排放量分区情况

2.1.3 TP 排放强度的空间差异

日常生活中所使用的含磷酸盐洗涤剂是废水中TP 排放量的主要来源，TP 排放量过高会导致水体富营养化。 农村生活污水处理设施出水TP年排放量分区情况见图4。 由图4 可以看出，TP 重度、中度排污区与COD 以及动植物油重度、中度排污区范围大致重合，均位于人口高密度地区，从县（市）层面看，分布比较零散，与区县总体经济水平未呈现直接关系，重度排污区和中度排污区的面积分别占研究单元总面积的35.49%，51.32%，排放量分别占研究单元总排放量的41.28%，17.41%，常住人口数量分别占研究单元总量的41.09%，19.79%，中重度排污区所占面积比较大，排放量所占比例不高，且未聚集大量人口，由此可见，TP 的排放较分散，无明显的集聚现象。

图4 农村生活污水处理设施出水TP年排放量分区情况

2.1.4 NH3-N 排放强度的空间差异

生活污水中的洗涤剂、厨房污水、雨水是NH3-N的主要排放来源。 农村生活污水处理设施出水NH3-N年排放量分区情况见图5。 由图5 可以看出，NH3-N重度排污区分布较零散，与TP 重度排污区重合较多，均为人口集中地区，但中度排污区范围却有显著差异。 重度排污区和中度排污区面积分别占研究单元总面积的27.36%，31.34%，排放量分别占研究单元总排放量的26.96%，25.03%，常住人口数量分别占研究单元总量的27.14%，21.11%。 中重度排污区所占面积中等，排放量所占比例不高，且未聚集大量人口，由此可见，NH3-N 总量的排放强度较分散，但有一定的集聚现象。

图5 农村生活污水处理设施出水NH3-N年排放量分区情况

2.1.5 动植物油排放强度的空间差异

水体中动植物油类物质比水轻且不溶于水，一旦进入水体会漂浮于水面，并迅速扩散形成油膜，从而阻止大气中的氧进入水体，使水中生物的生长受到不利影响。 农村生活污水处理设施出水动植物油年排放量分区情况见图6。 由图6 可以看出，动植物油重度、中度排污区范围与COD，TP 重度、中度排污区范围有大量重合，且基本为人口高密度地区，主要排放源为厨房污水； 重度排污区和中度排污区面积分别占研究单元总面积的33.39%，50.32%，排放量分别占研究单元总排放量的33.29%，15.00%，常住人口数量分别占研究单元总量的36.61%，18.64%。中重度排污区所占面积偏大，排放量所占比例不高，且未聚集大量人口，由此可见，动植物油的排放较分散，无明显的集聚现象。

图6 农村生活污水处理设施出水动植物油年排放量分区情况

2.2 农村生活污水控制区域识别与区划

根据行政村主要水污染物排放量，研究通过空间聚类分析，判别排污区。计算5 种污染物综合排放得分，划定轻度排污区、一般排污区、中度排污区、重度排污区，并结合福建省环境敏感区划，将轻度排污区直接判定为一般控制区，对已被划定为一般排污区、中度排污区、重度排污区的研究单元进行2 次筛选，首先识别研究单元内是否包括设区市、县级集中式饮用水水源保护区内村庄，有则划分为优先控制区，无则进入第2 轮筛选；识别待分类研究单元内有无水质需要进一步稳定的主要流域控制单元内的村庄，有则划定为重点控制区，无则归类至一般控制区。 具体识别流程见图7。

图7 农村生活污水处理设施控制区识别流程

闵三角地区优先控制区、重点控制区、一般控制区的分类结果见图8。 由图8 可以看出，重点控制区大多位于人口密集地区。 厦门市共9 个乡镇（街道）为重点控制区，共18 7949 户，182 个村庄，分布在同安区和翔安区，属于厦门市经济欠发达地区，19 个村庄（街道）位于平原地区，156 个属于丘陵地貌，7个属于山区，区内有集中式农村污水处理设施281座，占全市总量的70.07%；泉州市共18 个乡镇（街道）为重点控制区，主要分布在南安市和永春县，晋江市和安溪县也有零星分布，41 个村庄位于平原地区，148 个属于丘陵地貌，99 个属于山区，区内有集中式农村污水处理设施91 座，其中，1 座采用技术路线1，90 座采用技术路线2；漳州市内共14 个乡镇（街道）为重点控制区，有14 985 户，230 个村庄，其中115 个位于平原地区，65 个属于丘陵地貌，50 个属于山区，主要分布在龙海市，南靖县、平和县、长泰县、诏安县有零星分布，龙海市和南靖县为漳州经济较发达地区，区内有集中式农村污水处理设施149座，其中，8 座采用技术路线1，139 座采用技术路线2，2 座采用技术路线3。

图8 农村生活污水处理设施控制区分类情况

从市域层面分析，厦门市重点控制区内集中式农村污水处理设施均采用技术路线2，占全市所有技术路线2 处理设施的61.92%，因此，在全市范围内，可以对采用技术路线2 的设施加以重点监管，从而获得最好的治理效果；泉州市内，优先控制区和重点控制区内处理设施占总量的17.95%，两者范围内有79.2%的户数治理方式为技术路线3，有15.02%的户数尚未开展治理。 因此，除了增加优先、重点控制区内处理设施的数量，还可以对区域内采用技术路线3 的处理设施进行重点监管；漳州市内，优先控制区内处理设施占全市总量的0.54%，重点控制区内处理设施占比18.89%，全市采用技术路线2 处理户数占26.52%、技术路线3 处理户数占20.44%，同时，区域内分别有29.31%，62.61%的户数采用技术路线2，3 处理，15.81%的户数尚未开展治理。 因此，可以对区域内采用技术路线2，3 的处理设施加以重点控制，同时，加大处理设施建设力度。

2.3 分级监管

在不同级别的控制区内，农村生活污水处理设施的技术路线、规模分布不尽相同，故需要对其进行分类分级监管。 监管策略见表3。

表3 不同级别监管控制区内分类分级监管策略

3 结论

对闽三角地区处理设施的污染物排放强度进行定量估算和空间分析，得出闽三角农村地区COD，TN，TP，NH3-N，动植物油的重度排污区分别占研究单元总排放量的39.87%，15.12%，41.28%，26.96%，33.29%，其中，厦门市内污染物排放量都低于泉州市和漳州市；泉州市内陆以TN 排放为主，沿海主要以TP 排放为主，且均存在重度排污乡镇；漳州市内各污染物排放比较分散。 结合福建省区域环境敏感性评价，识别出闽三角地区农村生活污水处理设施的优先控制区，其中厦门市内无优先控制区，泉州市内有3 个乡镇，漳州市内有1 个乡镇。针对各区污染特征和重要性不同，提出了不同控制区的分类管控要点，具体方案的实施还应考虑地区实际，进行细化完善。