于美娜，張鴻剛

（1.天津城建大學(xué)，天津300384；2.山東理工大學(xué)，山東 淄博255049）

農(nóng)村水環(huán)境是整個(gè)農(nóng)村水生態(tài)系統(tǒng)的核心.它是指農(nóng)村水生態(tài)系統(tǒng)中的地表水、地下水和土壤水.農(nóng)村水環(huán)境污染[1-4]是指由農(nóng)村人口的日常生活所造成的水資源污染.隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，農(nóng)村水環(huán)境污染問題已經(jīng)逐漸成為最重要的水污染源[5-6].如何更加合理、高效地處理農(nóng)村污水已經(jīng)成為控制農(nóng)村水資源污染的關(guān)鍵，同時(shí)也是農(nóng)村水資源污染當(dāng)下亟須解決的問題.目前，我國農(nóng)村污水處理按模式劃分主要有集中處理、分散處理和生物處理三種[7-11].

1 研究區(qū)概況

隨著“推進(jìn)我國社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，逐漸實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化”目標(biāo)的提出，山東省在不斷實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化的進(jìn)程中，農(nóng)村的環(huán)境污染問題迅速凸顯出來，尤其是水資源污染問題非常嚴(yán)重，呈現(xiàn)出雪崩式惡化的趨勢(shì). 山東省水利廳發(fā)布的《山東省重點(diǎn)區(qū)域水質(zhì)通報(bào)2014 第6 期》顯示[12]:在全省測試的256 個(gè)水功能區(qū)域中，其中水資源環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到I 類標(biāo)準(zhǔn)的水功能區(qū)僅有1 個(gè)，占0.4%；而符合劣V 類的有68 個(gè)，占23.9%（如圖1 所示）. 長期以來山東省水污染治理的重點(diǎn)對(duì)象是工業(yè)集中區(qū)域和人口稠密的城市，然而對(duì)農(nóng)村水污染問題卻沒有進(jìn)行有效地解決.

山東省農(nóng)村地區(qū)生活污水比較分散，而且總量很大，同時(shí)絕大數(shù)農(nóng)村地區(qū)受經(jīng)濟(jì)[13-14]發(fā)展水平和地理?xiàng)l件的限制，農(nóng)村生活污水收集管網(wǎng)不完善，并且管網(wǎng)覆蓋率不足50%. 即便是有污水處理設(shè)施的村莊，由于長期無人管理和維修，導(dǎo)致污水處理設(shè)備破損十分嚴(yán)重，安裝的管網(wǎng)收集設(shè)施形同虛設(shè).農(nóng)村生活污水缺少統(tǒng)一的排放標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)地區(qū)對(duì)村莊生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求大同小異，好多村莊盲目地參照城市污水處理標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行生活污水處理，導(dǎo)致成本過高而無法正常運(yùn)行. 村民的環(huán)保意識(shí)比較弱，掌握的生活污水處理知識(shí)也相對(duì)較少，從而造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi).

圖1 山東省284 個(gè)水功能區(qū)水質(zhì)情況

2 處理方法研究

通過對(duì)農(nóng)村污水的三種主要處理方法（集中處理、分散處理、生物處理）的研究，針對(duì)農(nóng)村生活污水比較分散、總量龐大的特點(diǎn)，本文通過比較每個(gè)村莊污水中六種主要污染物的含量與該地區(qū)平均值的大小，將其轉(zhuǎn)化成一個(gè)二分類問題. 最后，再根據(jù)各個(gè)村莊污水的特點(diǎn)進(jìn)行分類處理，主要包括以下幾個(gè)步驟.

（1）對(duì)各個(gè)村莊污水中六種主要污染物分別進(jìn)行采樣標(biāo)記，村莊分別標(biāo)記為1，2，3，4，5，6，…，n；各個(gè)村莊每升污水中化學(xué)需氧量分別標(biāo)記為O1、O2、O3，…，On；總氮分別標(biāo)記為N1、N2、N3，…，Nn；總磷分別標(biāo)記為P1、P2、P3，…，Pn；氨氮分別標(biāo)記為H1、H2、H3，…，Hn；SS 分別標(biāo)記為S1、S2、S3，…，Sn；BOD5 分別標(biāo)記為B1、B2、B3，…，Bn.

（2）統(tǒng)計(jì)各個(gè)村莊每升污水中六種主要污染物:化學(xué)需氧量（O）、總氮（N）、總磷（P）、氨氮（H）、SS（S）及BOD5（B）的含量（mg/L）；同時(shí)計(jì)算出這六種主要污染物各自的中位數(shù)、平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差. 以化學(xué)需要量為例，其中位數(shù)記做OM、平均數(shù)記做OA、標(biāo)準(zhǔn)差記做和（這里的標(biāo)準(zhǔn)差分別是指以平均數(shù)為參考值求出的標(biāo)準(zhǔn)差和以中位數(shù)為參考值求出的標(biāo)準(zhǔn)差），如下式

其中:一組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差反映的是該組數(shù)據(jù)的離散程度，若某組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差越小表明該組數(shù)據(jù)的離散程度越??；若某組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差越大則表明該組數(shù)據(jù)的離散程度越大.

（3）確定該地區(qū)農(nóng)村生活污水中六種主要污染物評(píng)價(jià)的參考值.以化學(xué)需氧量為例，比較以化學(xué)需氧量的平均數(shù)為參考值計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)差和以化學(xué)需氧量的中位數(shù)為參考值計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)差值的大小，如果以化學(xué)需氧量的平均數(shù)OA為參考值計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)差的值小，那么則以化學(xué)需氧量的平均數(shù)OA作為參考值；如果以化學(xué)需氧量的中位數(shù)OM為參考值求出的標(biāo)準(zhǔn)差的值小，那么則以化學(xué)需氧量的中位數(shù)OM作為參考值.同理，求出該地區(qū)農(nóng)村生活污水中其他五種主要污染物的參考值.

（4）這里以該地區(qū)農(nóng)村生活污水中六種主要污染物各自的平均數(shù)作為參考值來進(jìn)行說明.比較每個(gè)村莊污水中主要污染物化學(xué)需氧量的值Oi與該地區(qū)污水中主要污染物化學(xué)需氧量的平均數(shù)值OA的大小，當(dāng)Oi＞OA時(shí)標(biāo)記為α；當(dāng)Oi＜OA時(shí)標(biāo)記為β.依次類推，對(duì)每個(gè)村莊中六種污染物含量大于該地區(qū)污水中污染物含量平均值的污染物標(biāo)記為α，小于平均值的標(biāo)記為β，然后統(tǒng)計(jì)出每個(gè)村莊中六種主要污染物被標(biāo)記為α 的個(gè)數(shù)大于等于3 的村莊.將這些村莊中的生活污水進(jìn)行分類，然后把每個(gè)村莊中的同類污水集中一起處理；將剩余村莊的生活污水在考慮當(dāng)?shù)氐慕煌?、?jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素后進(jìn)行就地處理.

3 實(shí)驗(yàn)與分析

對(duì)山東省濟(jì)南市萊城區(qū)瀛汶河流域部分農(nóng)村生活污水進(jìn)行了監(jiān)測采樣，并結(jié)合2017 年5 月山東省濟(jì)南市萊城區(qū)農(nóng)村水質(zhì)調(diào)研數(shù)據(jù)以及山東省農(nóng)村污水處理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析.

3.1 瀛汶河流域部分村莊生活污水采樣結(jié)果對(duì)比

筆者在2018 年7—9 月對(duì)山東省濟(jì)南市萊城區(qū)瀛汶河流域的太平村、小洼村、陶鎮(zhèn)村、西留村、王家?guī)X村、魏王許村、辛莊子村和謝家官村的生活污水進(jìn)行監(jiān)測采樣；對(duì)生活污水中的污染物實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；并結(jié)合2017 年5 月山東省濟(jì)南市萊城區(qū)農(nóng)村水質(zhì)調(diào)研數(shù)據(jù)，根據(jù)農(nóng)村污水處理標(biāo)準(zhǔn)，將農(nóng)村生活污水中的主要污染物劃分為六大基本類型；統(tǒng)計(jì)各個(gè)村莊主要污染物含量的分布情況，如表1 所示.

表1 山東省濟(jì)南市萊城區(qū)瀛汶河流域農(nóng)村生活污水水質(zhì)抽樣結(jié)果分析 mg/L

為了更直觀地表現(xiàn)瀛汶河流域農(nóng)村生活污水中六種主要污染物含量分布情況，根據(jù)表1 繪制直方圖如圖2-3 所示.

圖2 部分村莊每升污水中六種主要污染物含量的對(duì)比直方圖

圖3 每升污水中六種主要污染物在各個(gè)村莊含量與該地區(qū)平均值含量的對(duì)比直方圖

由表1 和圖2 可知，山東省濟(jì)南市萊城區(qū)瀛汶河流域農(nóng)村生活污水水質(zhì)差異十分顯著，農(nóng)村生活污水中六種主要污染物化學(xué)需氧量的含量、總氮的含量、氨氮的含量以及SS 的含量明顯高于污水中污染物總磷的含量和BOD5 的含量.同時(shí)，各個(gè)村莊生活污水中六種主要污染物的含量也存在很大差異.有些村莊在采樣時(shí)甚至無法檢測到生活污水中主要污染物的含量，因?yàn)樵谶@些村莊采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)許多農(nóng)村污水管網(wǎng)設(shè)施不健全，甚至有些存在的管道也已經(jīng)破損嚴(yán)重.其原因是大多數(shù)村莊自從安裝上污水處理設(shè)備后，就再也沒有進(jìn)行過維護(hù)和檢測，這些村莊的生活污水流經(jīng)收集管道時(shí)幾乎完全滲漏，所以下游管網(wǎng)收集主要以雨水為主.各個(gè)村莊生活污水中化學(xué)需氧量的比重明顯高于其他主要污染物的比重，其次是總氮含量的比重，總磷含量的比重和BOD5 含量的比重在污水主要污染物中最低.

由表1 和圖3 可知，山東省濟(jì)南市萊城區(qū)瀛汶河流域農(nóng)村生活污水中六種主要污染物在各個(gè)村莊的含量各不相同. 王家?guī)X村生活污水中總氮的含量和BOD5 的含量為零；辛莊子村生活污水中SS 的含量和BOD5 的含量也為零，在這些地方進(jìn)行采樣時(shí)，污水收集管網(wǎng)破損較為嚴(yán)重.通過直方圖的對(duì)比分析，得出陶鎮(zhèn)村、西留存、魏王許村三個(gè)村莊中六種主要污染物被標(biāo)記為α 的個(gè)數(shù)大于3.說明這三個(gè)村莊中的六種主要污染物含量至少有一半超過了該地區(qū)六種主要污染物含量的平均值，表明這三個(gè)村莊相對(duì)污染比較嚴(yán)重.將這三個(gè)村莊中的生活污水進(jìn)行分類，然后同類污水一起處理；剩余五個(gè)村莊由于六種主要污染物被標(biāo)記為α 的個(gè)數(shù)均小于3，表明這五個(gè)村莊相對(duì)污染比較輕，考慮當(dāng)?shù)氐慕煌ㄒ蛩?、?jīng)濟(jì)因素、環(huán)境因素等進(jìn)行就地處理.

3.2 采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過本文方法處理前后結(jié)果對(duì)比

山東省濟(jì)南市萊城區(qū)瀛汶河流域農(nóng)村生活污水采樣數(shù)據(jù)經(jīng)本文方法處理，其水質(zhì)抽樣結(jié)果分析對(duì)比見表2.

表2 對(duì)瀛汶河流域部分村莊采樣的生活污水處理前后水質(zhì)抽樣結(jié)果分析對(duì)比 mg/L

由表2 可知，山東省濟(jì)南市萊城區(qū)瀛汶河流域農(nóng)村生活污水經(jīng)本文方法處理后，農(nóng)村生活污水中六種主要污染物的含量都有所降低，基本都達(dá)到農(nóng)村生活污水最低排放標(biāo)準(zhǔn).其中陶鎮(zhèn)村、西留村、魏王許村污水中污染物的含量下降最為顯著.陶鎮(zhèn)村、西留村、魏王許村這三個(gè)村莊中六種主要污染物被標(biāo)記為α 的個(gè)數(shù)均大于3，說明這三個(gè)村莊中的六種主要污染物含量至少有一半超過了該地區(qū)六種主要污染物含量的平均值.表明這三個(gè)村莊水污染相對(duì)比較嚴(yán)重，所以對(duì)這三個(gè)村莊中的生活污水先進(jìn)行分類，然后再對(duì)同類污水一起進(jìn)行處理，這樣能有效避免二次水污染.結(jié)果顯示:處理后這三個(gè)村莊污水中污染物的含量明顯降低；太平村、小洼村、王家?guī)X村、辛莊子村、謝家官村這五個(gè)村莊中六種主要污染物被標(biāo)記為α 的個(gè)數(shù)均小于3.說明這五個(gè)村莊水污染相對(duì)比較輕，根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌ㄒ蛩?、?jīng)濟(jì)因素、環(huán)境因素等進(jìn)行就地處理，處理后結(jié)果顯示這些村莊污水中污染物的含量也下降了一定程度，基本上都達(dá)到了農(nóng)村生活污水最低排放要求.

4 結(jié) 論

通過對(duì)瀛汶河流域部分農(nóng)村水污染的研究分析，得出以下結(jié)論.

（1）將農(nóng)村生活污水依據(jù)該地區(qū)的平均含量轉(zhuǎn)化成一個(gè)二分類問題，然后依據(jù)各個(gè)村莊污水的特點(diǎn)進(jìn)行分類處理，不僅能夠有效降低農(nóng)村污水中污染物的含量，而且不會(huì)造成二次污染，同時(shí)具有一定的指導(dǎo)性和可操作性.

（2）要根治農(nóng)村水污染問題，光靠技術(shù)方法的創(chuàng)新與改進(jìn)是不夠的，還要加強(qiáng)宣傳教育，學(xué)習(xí)生活污水處理知識(shí)，提高村民的環(huán)保意識(shí).同時(shí)，呼吁相關(guān)部門加強(qiáng)對(duì)各個(gè)村莊生活污水處理設(shè)施的維護(hù)和監(jiān)管，定期對(duì)農(nóng)村生活污水水質(zhì)進(jìn)行抽樣檢測，加大對(duì)農(nóng)村污水處理設(shè)施的投放和維護(hù).