农村水污染主要来自生产生活和固体废弃物污染,农业面源污染,乡镇企业排放。据统计,全国每年产生 80 多亿吨农村生活污水,约为 2 300万吨/天,生化需氧量(BOD)为 530 万吨/天,COD为 860 万吨/天,总氮为 96 万吨/天,总磷为 14 万吨/天,其中仅有 19.4%的乡镇生活污水得到集中处理。根据住房和城乡建设部《村庄人居环境现状与问题》调查报告,我国 96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统。由于没有配套的排水管道和必要的处理设施,污水就沿排水明沟流入沟塘水库及河流,这种未经处理的废水造成乡村的沟塘、水库呈现严重的富营养化,同时对流经的河流产生严重污染,还对地下水造成破坏。以太湖地区为例,农村生活污水对地表径流中氮、磷污染物的“贡献”已达到 29%和 34%。
除农村生活污水外,畜禽养殖污水不合理排放,农田化肥、农药过度施用,乡镇企业废水排放等加剧了农村水环境的污染。近年来,我国畜禽养殖业发展迅速,但目前畜禽养殖废弃物综合利用率仍不到 60%,畜禽养殖污染问题日益加重。畜禽养殖废水含有大量的氮、磷,是水体富营养化的源头;据统计,我国 14 000 多个规模化畜禽养殖场有 80%左右的污水未经处理外排,年排放总量超过 200 亿吨。据《中国环境年鉴 2015》的数据,我国畜禽养殖业化学需氧量、氨氮的年排放量分别达 1 049.1 万吨和58.0 万吨,分别占全国化学需氧量、氨氮年总排放量的 45.7%和 24.3%,占农业源排放量的 95.2%和 76.8%。2011—2015 年的数据显示,畜禽养殖业化学需氧量排放量占全国总排放量的比例在上升,已成为部分流域水环境的主要污染来源。我国农村化肥和农药的施用量分别在 4 000 万吨和130 吨左右,但利用率仅有 30%~ 40%,大部分肥料和药物在雨水的冲刷下流入地表水或者渗透到地下水,成为农村水环境污染的源头之一。对于乡镇企业(作坊),大多规划不合理、技术装备不足、缺乏污染防治措施等,废水产生量大且不做任何处理的排放,严重污染农村水环境。
广义上农村污水指农村地区居民生产生活和固体废弃物污染,农业面源污染,乡镇企业排放等产生的污水。本书所说的农村污水主要指农村生活污水、农村生产废水,以及化肥、农药施用导致的面源污染。农村生产废水是指农村居民集聚区内各类生产活动所产生的生产废水,主要包括畜禽养殖业、餐饮业、农产品加工业等废水。通常在一个自然村或行政村的地域范围内很难将这两类污水分开,并分别进行单独处理。
农村生活污水指农村(包括自然村、行政村和未达到建制镇标准的乡村集镇)居民生活活动所产生的污水。主要包括冲厕、洗涤、洗浴和厨房等排水,不包括工业废水 。
根据国家《农村生活污染防治技术政策》,村镇污水治理要根据农村不同区位条件、村庄人口聚集程度、污水产生规模,因地制宜采用污染治理与资源利用相结合、工程措施与生态措施相结合、集中与分散相结合的建设模式和处理工艺。推动城镇污水管网向周边村庄延伸覆盖。积极推广低成本、低能耗、易维护、高效率的污水处理技术,鼓励采用生态处理工艺。加强生活污水源头减量和尾水回收利用。以房前屋后河塘沟渠为重点实施清淤疏浚,采取综合措施恢复水生态,逐步消除农村黑臭水体。将农村水环境治理纳入河长制、湖长制管理。
通常集中处理有利于节省建设投资,因此,在农村污水处理中,符合经济接纳范围的村镇污水应就近排入市政排水管网,纳入城市污水处理设施进行集中式的处理。凡是在市政排水管网经济接纳范围以外的,且为村庄管辖区内的农村污水定义为分散性农村污水。对于分散性农村污水要根据其污染源排放途径和特点,因地制宜采取集中和分散处理相结合的方式,其中,分散处理可以一家一户式、多家式、分散集中式的方式进行污水处理。
农村生活污水一般来源于以下三个方面:
(1)厨房污水。多以洗碗水、涮锅水、淘米和洗菜水组成。淘米和洗菜水中含有米糠、菜屑等有机物,其他污水中含有大量的动植物脂肪和钠、醋酸、氯、碘等多种元素。由于生活水平的提高,农村肉类食品及油类使用的增加,生活污水的油类成分增加。
(2)生活洗涤污水。洗涤用品的使用使洗涤污水含有大量化学成分。有调查显示,92%的农村家庭一直使用洗衣粉,6%的家庭同时使用洗衣粉和肥皂,只有 2%的家庭长期使用肥皂。洗衣粉的大量使用加重了磷负荷问题。
(3)冲厕水。部分农村改水改厕后,使用了抽水马桶,产生了大量的生活污水。部分农村仍在使用旱厕,且有的农户养家畜家禽,产生了冲圈水,粪料还田,粪水溢流。畜禽粪尿所含的氮(N)、磷(P)及BOD等浓度很高,冲洗水中的COD、BOD5 和悬浮固体(SS)浓度也很高。资料显示,养殖一头猪和一头牛产生的废水分别是一个人的 7 倍和 22 倍。
在各类型的生活用水中,洗衣用水量最大,一般约占了各户总用水量的 60%;在人口较少的家庭,则以厨房用水为主。
(1)靠近中心镇区的农村经济较发达,耕地较少,农民生活水平较高,部分小型工业企业的废水及生活污水经处理后 50%以上直接排入水体。
(2)远离镇区的农村经济主要依靠种植与养殖业。生活污水及养殖废水未经处理直接排放入水体。
(3)多数农村建筑虽然有建设化粪池,但基本无溢流措施,农户将其多用于浇地,剩余污水直接下渗至土壤。
(4)农村排水基本为合流制,分散排水,屋前采用明沟排水,屋后多自然散排。
(5)农村多数分布有池塘、灌溉渠、河涌,住户污水基本散排至附近水体。
(6)生活污水水量具有不均匀、间歇排放的特点,瞬时变化较大,村民用水时段主要集中在上午 6:00—8:30,中午 10:30—12:30,下午 5:30—7:00,晚上 7:30—10:00,该时段的排水量约为日平均小时污水排放量的2~3 倍。
(7)农村生活污水重金属和有毒有害物质浓度较低,含一定量的氮、磷,可生化性强。
为推进农村生活污水治理,住房和城乡建设部组织编制了东北、华北、东南、中南、西南、西北六个地区的《农村生活污水处理技术指南》。其中,东北地区包括黑龙江省、吉林省、辽宁省和内蒙古自治区大部;华北地区包括北京市、天津市、河北省、山西省、山东省大部、河南省北部和内蒙古自治区局部地区;东南地区包括江苏省、上海市、浙江省、福建省、广东省、海南省、山东省南部地区;中南地区包括河南省、湖北省、湖南省、安徽省和江西省;西南地区包括四川省、云南省、贵州省、重庆市、广西壮族自治区和西藏自治区部分地区;西北地区包括陕西省、甘肃省、青海省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区和内蒙古自治区西部。
东北地区区域内既有大兴安岭、长白山等山地,也有东北平原等平原地形;重点流域有辽河和松花江。大部地区气候以干旱、多风,冬季较长而寒冷为主要特征。该区域的农村村落规模通常较小,村落间的距离较远。由于地区差异,各地经济发展水平不同,目前大部分农村尚没有污水处理设施。该区域地理、气候与经济发展特征决定了冬季低温是影响农村生活污水处理技术效能的重要因素。
(1)用水量
根据《农村生活饮用水量卫生标准》(GB/T 11730—1989),东北地区集中给水用水量为 20~35 升/(人·天),龙头安装到户的用水量为 30 ~ 40升/(人·天),有淋浴设施设备的为 40 ~ 70 升/(人·天)。近年来,随着新农村建设的推进,农民生活水平日益提高,部分发达地区农村的用水量已接近城市居民用水量,因此,在确定用水量时可参考表 1.1,在调查当地居民的用水现状、生活习惯、经济条件、发展潜力等情况的基础上酌情确定。冬季东北严寒地区基本无淋浴设施、水冲厕所排水。
表1.1 东北地区农村居民生活用水量参考取值
(2)排水量
东北地区村庄生活污水排放量应根据村庄卫生设施水平、排水系统完善程度等因素确定,农村居民的排水量宜根据实地调查结果确定,在没有调查数据的地区,可采取如下方法确定排水量:洗浴和冲厕排水量可按相应用水量的 70%~ 90%计算;洗衣污水按用水量的 60%~ 80%计算(洗衣污水室外泼洒的农户除外);厨房排水则需要询问村民是否有他用(如喂猪等),如果通过管道排放则按用水量的 60%~85%计算。
(3)水质
东北地区农村生活污水水质随污水来源、有无水冲厕所、季节用水特征等的变化而变化,因此,在确定污水水质时,可参考表 1.2,在调查当地是否有水冲厕所以及厨房排水、淋浴排水水质的基础上酌情确定。
表1.2 东北地区农村居民生活污水水质参考取值
华北区域基本为平原和高原地形,气候以干旱、多风、冬季寒冷为主要特征。区域内各地经济发展水平不同,目前大部分农村还没有开展农村生活污水治理工作。华北地区属严重缺水地区,污水处理应与资源化利用结合。同时,应避免污染地下水和地表水;寒冷地区应采用适当的保温措施,保障污水处理设施在冬季正常运行;在黄河、淮河、海河重点流域应采取适当的污水拦截技术以减少入河污染物总量。
(1)用水量
华北农村地区用水类型包括自来水、井水和河水等。近年来,随着新农村建设的推进,农民生活水平日益提高,部分发达地区农村的用水量已接近城市居民用水量。根据《农村生活饮用水量卫生标准》(GB/T 11730—1989)和《农村给水设计规范》(CECS 82∶96),应在结合调查当地居民的用水现状、生活习惯、经济条件、发展潜力等情况的基础上酌情确定用水量。华北地区农村居民生活用水量标准可参考表 1.3 中的数值。
表1.3 华北地区农村居民生活用水量参考取值
(2)排水量
农村居民的排水量宜根据对村庄卫生设施水平、排水系统的组成和完善程度等因素的实地调查情况确定。对北方地区某些镇村污水排放情况进行调研、计算得出,农村生活污水排水系数为 0.33 ~ 0.39,远低于城市居民生活污水的排水系数。其原因是受村民生活习惯的影响,如一部分用过后仍然比较清洁的水被直接再利用,没有排入下水道。因此,华北地区农村生活污水排放量与农户卫生设施水平、用水习惯、排水系统完善程度等因素有关,可根据实测数据确定,或参照表 1.3 中的用水量和表 1.4 中的排水系数确定。
表1.4 华北地区农村居民生活排水系数参考取值
(3)水质
农村生活日渐城市化,生活污水主要来自农家的厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、淋浴排水及其他排水等。华北地区农村生活污水水质随污水来源、有无水冲厕所、季节用水特征等的变化而变化。因此,在确定用水水质时,可参考表 1.5,在调查当地是否使用水冲厕所以及厨房排水和淋浴排水水质的基础上酌情确定。
表1.5 华北地区农村居民生活污水水质参考取值
区域内年平均气温高、降雨充沛。东南地区是我国工农业生产发达、经济产值和人均收入增长幅度最快的地区之一,GDP约为全国的 31%,人均GDP为全国的 1.5 倍。该地区很多村庄已经达到了小康型村庄的标准,农村的生活水平和方式已经和城市接近,农村居民用水量和农村生活污水的排放量逐年增加,已经成为造成该地区流域水质下降的主要原因之一(如太湖、东江)。该地区水系发达,河网、湖泊密布,河流纵横交错,是国家划定的流域污染控制重点区域。东南地区经济发达,区域内人口密度大,可用作污水处理的土地有限,农村生活污水处理技术的选择上应充分考虑上述特点,做到因地制宜。
(1)用水量
东南地区用水类型包括自来水、井水和河水等。根据《城市居民生活用水量标准》(GB/T 50331—2002)、《农村生活饮用水量卫生标准》(GB/T 11730—1989)、江苏省建设厅文件《农村生活污水处理适用技术指南(2008 年试行版)》(苏建村〔2008〕154 号)和《上海市农村生活污水治理技术指南(试行)》,结合对该地区典型农村的调查结果,东南地区农村居民日用水量可参考表 1.6 中的数值。
表1.6 东南地区农村居民日用水量参考值
(2)排水量
农村居民的排水量宜根据实地调查结果确定,在没有调查数据的地区,总排水量可按总用水量的 60%~ 90%估算。各分项排水量可采取如下方法取值:洗浴和冲厕排水量可按相应用水量的 70%~ 90%计算;洗衣污水按用水量的 60%~80%计算(洗衣污水室外泼洒的农户除外);厨房排水则需要询问村民是否有他用(如喂猪等),如果通过管道排放则按用水量的 60%~85%计算。
(3)水质
农村居民生活排水的水质宜根据实地调查结果确定,若无当地数据,可参考表 1.7 和表 1.8 中对江苏、浙江、上海、广东和福建农村生活污水水质的调查结果。
表1.7 东南地区农村生活污水水质调查结果 单位:mg/L
表1.8 东南地区农村生活污水实际工程检测结果
注:此建议取值范围是根据东南地区部分农村水质实地调查结果和已有农村生活污水处理工程的进水水质实测值,综合考虑东南地区农村生活污水的排放规律和村民的生活方式给出的经验值,对缺乏调查数据的地区可参考此数值。
中南地区地形地貌复杂,包括山地、丘陵、岗地和平原等,湖泊多,河流交错纵横。区域内农村人口数量、村镇数目、人口密度均较大,很多行政村位于重要水系(如淮河、巢湖、鄱阳湖、洞庭湖等)流域,大量未经任何处理的农村生活污水直排,对水环境影响较大。该地区经济总量在全国处于中等水平,区域内经济发展不平衡,农民生活方式、生活水平差异较大。
(1)用水量
中南地区用水类型包括自来水、地下井水、河水、池塘水、山泉水和水库水等。用水量宜根据当地的调查结果确定;在没有调查数据的地区,可参考同类地区相关经验。
根据《城市居民生活用水量标准》(GB/T 50331—2002)和《农村生活饮用水量卫生标准》(GB/T 11730—1989),中南地区农村居民日用水量可参考表 1.9 中的数值。
表1.9 中南地区农村居民日用水量参考值
(2)排水量
中南地区村镇数目多,各区域村庄人口密度差异大,村庄或散户的具体排水量可根据实地调查结果确定。在没有调查数据的地区,可采取如下方法确定排水量:洗浴和冲厕排水量可按相应用水量的 60%~ 80%计算;洗衣污水排水量按用水量的 70%计算;厨房排水量则需要询问当地村民的厨房排水用途,如是否用于喂猪等,如果通过管道排放则一般按用水量的60%计算。通过排放系数确定的污水排放量可作为污水处理设施进水流量设计的参考值。
(3)水质
农村居民的排水水质因排水类型不同而差异较大。根据排放地点和水质特征不同,排水类型可分为厕所污水、洗衣污水、厨房污水和洗浴污水等。实际调查与监测结果表明:厕所污水污染物浓度最高,同时有臭味产生;洗衣第一遍污水和厨房洗碗刷锅水的COD也很高,可高达 10 000mg/L以上;对TP贡献最大的是厨房的淘米水,其次是含磷洗衣洗涤水;而洗浴、洗澡水相对较干净,各项指标值都较低。
农村生活污水综合排放后的具体水质情况宜根据实地调查结果确定,在没有调查数据的地区,可参考表 1.10 的取值范围。
表1.10 中南地区农村居民生活污水水质参考取值
西南地区地跨全国地势第一、二阶梯,地形复杂,主要有横断山区、云贵高原和四川盆地;主要江河有大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江、长江并有大量的高原湖泊;西南地区气候类型多样,大部分地区属于亚热带、热带季风气候;地形以丘陵、山地、高原和平原为主。西南地区经济在全国处于中下水平;农村人口众多;少数民族众多,是我国少数民族聚集的地区,定居了我国近八成的少数民族人口。西南地区又是农村水污染控制技术较为薄弱的地区,目前农村生活污水治理主要集中在经济发达的村落和旅游业发达的村落,大部分地区还没有开展农村生活污水治理工作。
(1)用水量
用水量宜根据当地的调查结果确定。在没有调查数据的地区,可参考同类地区经验或参考表 1.11 推荐的用水量或表 1.12 西南各省的调查结果。
表1.11 西南地区农村居民生活用水量参考取值
注:农村用水量没有具体的标准,仅有《城市居民生活用水量标准》(GB/T 50331—2002)可供参考,但由于农村自然、经济和生活习惯等的不同,用水量相差很大。因此,根据住房和城乡建设部收集的《村庄污水处理案例集》和编写单位对农村的实地调查结果(见表 1.12),得出表 1.11 的用水量参考值。
表1.12 西南地区农村用水量调查结果
注:表中“标间”指宾馆房间含有独立的卫浴,“普间”指宾馆房间没有独立的卫浴。“餐饮用水”指将餐厅用水量折算为顾客用水量。
(2)排水量
农村居民的排水量宜根据实地调查结果确定,在没有调查数据的地区,可取用水量的 60%~90%作为排水量。
(3)水质
西南地区农村居民生活污水水质参考取值如表 1.13 所示。
表1.13 西南地区农村居民生活污水水质参考取值
注:表 1.13 根据城市生活排水水质和西南地区农村生活污水处理工程的监测结果得出。
西南地区农村生活污水处理工程进水水质的检测结果如表 1.14 所示。
表1.14 西南地区农村生活污水处理工程进水水质检测
西北地区属于内陆干旱半干旱区,气候特征为年平均降雨量少,蒸发量大,除陕西省外,其他各省份的年降雨量均低于全国平均水平。该地区土地总面积约占全国总面积的 32%,而人口不到全国人口的 8%。其中70%以上人口居住在农村。各省份国民生产总值和财政收入处于全国下游水平。该地区大多数农村经济欠发达,污水处理配套设施和处理能力较落后。
(1)用水量
西北地区气候干旱,平均气温较低,农村居民生活用水量偏少。大部分村庄居民主要使用旱厕,没有淋浴设施。近年来,随着新农村建设的推进,部分经济条件好的村庄的家庭也有了冲水马桶、洗衣机、淋浴间等卫生设施,接近于城市的用水习惯。依据《农村生活饮用水量卫生标准》(GB/T 11730—1989)和实地抽样调查,并参考《城市居民生活用水量标准》(GB/T 50331—2002),西北地区农村居民生活用水量可参考表 1.15,在调查当地居民的用水现状、生活习惯、经济条件、发展潜力等情况的基础上酌情确定。
表1.15 西北地区农村居民日用水量参考值
(2)排水量
西北地区大部分村庄目前仍以旱厕为主,经济条件好、人口集中的村庄的卫生设施较齐全,农村生活污水的排水量宜根据村庄卫生设施水平、排水系统的组成和完善程度等因素实地调查或测量来确定。没有实际资料时,可参考表 1.16,根据排放量占用水量的百分比确定。
表1.16 西北地区不同村镇生活污水排放情况
(3)水质
农村居民的排水水质因排水类型不同而差异较大,宜根据实地监测确定。若无条件实地监测,可参考同类地区的调查数据,或表 1.17 中的建议取值范围。
表1.17 西北地区农村居民生活污水水质参考取值
农村生活污水的排放要求需满足国家和地方的排放要求;在没有排放要求的农村地区,建议参考表 1.18 按照不同排水用途的排放要求确定。
表1.18 农村污水排放的相关参照标准
总的来看,我国农村生活污水在质上具有污染物相对较稳定、成分简单、有机污染物含量较低等特点。由于其来源较为简单,农村生活污水主要是农村居民生活当中产生的洗涤用水及厕所冲水,其中COD、氮磷、悬浮物及病菌等为主要污染物,氨氮、总氮、总磷等污染指标浓度总体较低。
农村生活污水在量上具有空间差异大、时间波动显著的特点。根据各地水资源丰缺程度、社会经济水平等的不同,各地生活污水排放量差异较大。干旱缺水的西北地区,人均排污最低的甚至不足 5 升/天;而在东南沿海地区农村生活污水人均产生量达到 70~ 100 升/天,个别地区人均排污甚至高达 120 升/天。污水排放明显表现为间歇排放且日变化系数较大,一般可达 3.0~5.0,污水排放有明显的早中晚三峰特征或早晚双峰特征;同时,季节性变化更为明显,夏季排放量显著高于冬季。冬季时,受大批人口回家过年和春节消费因素的影响,春节前后又有明显的排放峰值。
我国农村生活污水治理刚起步,随着社会主义新农村和美丽乡村建设的推进,才逐步开始展开治理,仍处于探索阶段,农村生活污水处理率总体偏低。近年来,农村生活污水治理发展速度较快,随着农村环境连片整治工作的推进,我国农村生活污水治理工作得到快速发展,尤其是生活污水处理设施增长迅猛。在经济较为发达的江苏省南部地区,镇村级生活污水处理设施已较为完善 。2020 年,农村生活污水治理率为 25.5%,规划2025 年农村生活污水治理率将达到 40%。
由于地区社会经济的差异和农村建设推进力度的差异,地区间农村生活污水治理进展差异大。以江苏为例,全省镇村生活污水处理设施建设呈梯级发展。在苏南地区,镇级、村级生活污水处理设施建设已比较完善,而苏北地区农村生活污水处理设施还处于建设推进和示范阶段。