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化粪池(septic tank)是目前我国农村居民厕所污水的主要处理手段,是利用沉淀和生物厌氧发酵作用对粪、尿等高浓度生活污水过滤和预处理作用的初级装置[1]。化粪池中污染物浓度通常较高,其污染负荷占全部生活污水的比重较高,因此,运行良好的化粪池有助于避免污染物在居住环境的扩散、杀灭蚊蝇虫卵、提供有机肥料,改善出水水质,减小农村水环境污染[2-3]。依据2016年第三次全国农业普查结果,我国配备水冲厕的农户占全国总农户比约为39.3%。其中,我国东部、中部、西部和东北地区分别占比为56.3%、33.3%、33.5%、4.3%。我国农村居民住宅比较分散,一般生活污水(灰水)和冲厕污水(黑水)排入沟渠、坑塘占比较高[4-9],加之水流缓慢,滞留周期较长,极易导致水体富营养化,严重影响农村水环境质量[10-11]。随着农村改厕的不断推进,化粪池的构建和处理效果对于预防疾病传播、改善农村人居卫生条件尤为关键[12]。
“三格式”化粪池由于其工艺简单、造价低廉,去污效果理想,在我国农村较为常用。“三格式”化粪池通常由3个相关连通的密封格室组成,生活黑水经第一格截留粪便残渣和初步生物发酵降解,再经第二格对污染物持续厌氧发酵,最后在第3格贮存和溢排[13]。另外,生物厌氧发酵、气温变化、纳污强度、纳污类型、生活习惯等因素通过影响生物厌氧发酵过程、污水停留时间、污染物浓度,最终决定化粪池对污染物的去除效果[14]。本研究通过监测山西、陕西、浙江、湖南、广东和重庆6个地区的典型农村居民家庭化粪池的进、出水质,对比各地化粪池对主要污染指标的处理效果,分析了潜在影响因素,为深入了解我国农村家庭化粪池使用现状和改进农村生活水污染物处理技术提供参考。
我国农村化粪池污染物去除效果及影响因素分析
Pollutant-removal performance of rural septic tank and its influencing factors
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摘要: 探究农村化粪池污染物去除效果及主要影响因素对于理解我国农村化粪池粪污处理现状十分必要。本研究基于山西、陕西、浙江、湖南、广东和重庆6个选点区域57家农户化粪池的监测结果,分析了农村化粪池处理污染物的现状和主要影响因素。结果表明,区域化粪池对化学需氧量(COD)、5日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、动植物油(AVO)的削减率范围分别为21%~65%、29%~72%、−12%~−2%、4%~12%、7%~21%、34%~62%,整体表现为广东>浙江>湖南>重庆>山西>陕西;由于对居民用排水习惯、化粪池纳污来源的影响,温度、湿度、降雨量与化粪池污染物浓度及其去除率有较好的相关性。该研究结果可为化粪池去污效能的改善以及相关政策的制定提供参考。Abstract: To further understand the current working status of septic tanks in rural areas of China, it is necessary to explore the specific pollutant-removal efficiency of rural septic tanks and identify the main influencing factors. In this study, 57 typical rural septic tanks from Shanxi, Shaanxi, Zhejiang, Hunan, Guangdong, and Chongqing provinces were investigated. The results indicated that the removal rates of COD, BOD5, ammonia nitrogen (NH3-N), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), animal and vegetable oils (AVO) were 21%~65%, 29%~72%, −12%~−2%, 4%~12%, 7%~21%, 34%~62%, respectively, and total removal rates ranked were Guangdong > Zhejiang > Hunan > Chongqing > Shanxi > Shaanxi. Due to the influence on residents’ drainage habits and the source of sewage in septic tanks, temperature and humidity in air, and precipitation were highly related to the concentration of pollutants and its removal efficiency. The results are expected to provide basic information for improving performance of septic tanks and making policy relevant to rural areas of China.
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Key words:
- beautiful countryside /
- toilet revolution /
- rural septic tank /
- domestic black water /
- removal rates
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表 1 典型农户化粪池分布与监测信息
Table 1. Information for distribution and monitoring of rural septic tanks
省市 采样点分布位置 数量/户 样本量/个 气温1)/℃ 降水2)/mm 湿度3)/% 收入4)/万元 山西省 太原、忻州、阳泉 5 30 10.1 449.4 57.0 1.17 陕西省 汉中、西安、延安 8 26 13.8 587.2 63.7 1.12 浙江省 湖州 14 103 17.6 1496.8 74.0 2.73 湖南省 长沙、湘潭 12 69 17.9 1345.6 78.0 1.41 广东省 广州、河源、茂名 6 27 22.7 1843.1 80.7 1.72 重庆市 万州、长寿、奉节 12 70 18.3 1128.2 78.2 1.38 注:1),2),3),4)分别指选点区域的年均温度、年均降雨量、年均湿度、各省市农村居民人均可支配收入,数据来自2019年各省市统计年鉴。 表 2 农村居民家庭化粪池污染指标检测结果
Table 2. Determination results of pollution indicators for septic tanks in rural households
mg·L−1 省市 类型1) COD BOD5 NH3-N TN TP AVO Pc 平均值±标准差 平均值±标准差 平均值±标准差 平均值±标准差 平均值±标准差 平均值±标准差 山西省 进口 1903.1±741.3 969.3±260.4 282.2±135.4 351.9±161.8 35.5±21.8 8.7±4.6 43.18 出口 1483.8±605.1 657.8±245.7 296.5±241.2 325.9±182.4 32.6±15.3 5.7±2.6 35.80 陕西省 进口 1919.8±587.8 882.7±347.3 317.1±265.1 446.3±306.5 26.9±11.9 4.82±4.0 41.93 出口 1512.0±559.6 629.2±330.1 322.7±207.9 411.1±211.9 23.2±5.9 2.79±2.1 35.19 浙江省 进口 1442.5±493.5 634.3±265.9 150.6±46.7 256.1±70.9 14.4±4.5 8.0±5.6 26.98 出口 609.1±217.6 255.7±107.0 160.4±54.3 225.4±60.6 13.5.2±3.6 3.8±2.6 17.02 湖南省 进口 1351.9±632.3 472.6±217.5 192.3±91.7 381.7±140.4 32.9±16.0 14.0±9.1 30.85 出口 628.6±293.6 215.2±96.7 210.2±100.6 365.5±168.1 26.1.8±10.6 6.9±3.7 22.26 广东省 进口 1409.1±710.5 507.9±256.9 179.1±97.9 216.0±110.2 20.3±8.7 8.2±6.9 26.28 出口 494.3±224.9 140.1±83.6 199.7±85.2 194.8±87.2 16.9.8±7.3 3.1±2.6 16.14 重庆市 进口 1602.3±519.9 587.9±290.1 226.2±154.8 307.8±180.0 37.8±14.9 14.9±4.9 34.88 出口 836.7±438.3 313.6±172.7 241.1±147.7 281.6±162.9 30.7±14.3 8.0±5.1 25.51 注:1)指分别用进、出表示化粪池进出、口端污水类型。 表 3 化粪池指标与影响因素相关性分析
Table 3. Correlation analysis of indexes of septic tanks and influencing factors
检测指标 数据类型 温度/℃ 湿度/% 降水量/mm 气温/℃ 全年平均 1 相对湿度/% 全年平均 0.952** 1 降水量/mm 全年平均 0.943** 0.902* 1 COD 进口 −0.830* −0.894* −0.927** BOD5 进口 −0.901* −0.977** −0.895* NH3-N 进口 −0.743 −0.780 −0.906* TN 进口 −0.666 −0.568 −0.772 TP 进口 −0.422 −0.247 −0.565 AVO 进口 0.281 0.528 0.244 COD 出口 −0.892* −0.926** −0.968** BOD5 出口 −0.928** −0.956** −0.971** NH3-N 出口 −0.725 −0.763 −0.893* TN 出口 −0.644 −0.536 −0.746 TP 出口 −0.592 −0.444 −0.696 AVO 出口 −0.080 0.186 −0.116 COD 削减率 0.911* 0.919** 0.983** BOD5 削减率 0.901* 0.845* 0.988** NH3-N 削减率 −0.819* −0.789 −0.881* TN 削减率 0.326 0.176 0.366 TP 削减率 0.517 0.623 0.286 AVO 削减率 0.956** 0.870* 0.973** 注:**指在α= 0.01 下(双尾),相关性显著;*指在α= 0.05 下(双尾),相关性显著。 -
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