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太湖流域农村生活垃圾面源污染贡献值估算

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[摘要]太湖流域是我国经济最发达的地区之一,区域经济的联动效应使该流域的农村生产与生活模式发生了迅速的变化,其结果使该区域农村的经济发展处于全国前列(该流域县市大多居于我国的百强县市之列),但也使其环境污染水平大幅提高,农村面源污染已成为太湖流域污染的重要污染源,其中农村生活垃圾是农村面源污染的主要来源。生活垃圾通过倒入水体、陆上堆积等途径,释放污染物造成面源污染,同时,生活垃圾中的惰性组分在河道中积存,恶化水体的流动条件,降低河道自净容量,也进一步加重了水体污染。因此,农村生活垃圾是太湖流域农村面源污染防治的重要治理对象,有必要弄清楚农村生活垃圾对面源污染的贡献。本文选取太湖流域大浦镇农村地区作为调查区域,调查农村生活垃圾产生特征、垃圾处置现状及地表径流量,以确定农村生活垃圾面源污染贡献的大小。1方法1.1调查区域特征1.1.1自然环境状况调查区域大浦镇,地处江苏省宜兴市东郊3km,东临太湖,北靠东氿,总面积50.86km2,属鬲太水系的典型河网区,区域内河网密度为3.3km•km-2。该区域

太湖流域是我国经济最发达的地区之一,区域经济的联动效应使该流域的农村生产与生活模式发生了迅速的变化,其结果使该区域农村的经济发展处于全国前列(该流域县市大多居于我国的百强县市之列),但也使其环境污染水平大幅提高,农村面源污染已成为太湖流域污染的重要污染源,其中农村生活垃圾是农村面源污染的主要来源。
生活垃圾通过倒入水体、陆上堆积等途径,释放污染物造成面源污染,同时,生活垃圾中的惰性组分在河道中积存,恶化水体的流动条件,降低河道自净容量,也进一步加重了水体污染。因此,农村生活垃圾是太湖流域农村面源污染防治的重要治理对象,有必要弄清楚农村生活垃圾对面源污染的贡献。本文选取太湖流域大浦镇农村地区作为调查区域,调查农村生活垃圾产生特征、垃圾处置现状及地表径流量,以确定农村生活垃圾面源污染贡献的大小。
1方法
1.1调查区域特征
1.1.1自然环境状况
调查区域大浦镇,地处江苏省宜兴市东郊3km,东临太湖,北靠东氿,总面积50.86km2,属鬲太水系的典型河网区,区域内河网密度为3.3km•km-2。
该区域气候四季分明,年平均日照时数为1941.9h,平均气温15.6℃,平均降雨量1205mm,全年约48.5%的雨量集中在夏季的6至9月。
1.1.2社会与经济发展状况
大浦镇共有19个行政村,人口密度达920人•km-2(包括镇区人口),属人口稠密地区。村民居住相对集中(占90%),聚居规模50~400户,仅少量散居;大部分农居沿河、路呈带状相对集中分布(占90%)。
2003年,大浦镇国内生产总值达到8.2亿元,村民人均纯收入为5400元,属我国农村经济高度发达地区,村民收入来源已工业化,但居住与生活模式基本没有城镇化。
大浦镇用地状况,耕地占45.4%,水域占19.7%,其他用地占34.9%。各类型土地面积及比重见表1。
表1 2003年大浦镇各类型土地面积及比重


1.2生活垃圾产生状况调查
通过在调查区域内的洋渚村(包括集贸市场)和厚和村建立并运行农村生活垃圾收集系统,每日对各收集容器中的垃圾进行称重计量,确定生活垃圾产生量,同时将收集的垃圾按四分法减量后取约20kg进行人工分拣、称重,确定垃圾物理组成。
1.3生活垃圾处置现状调查
结合环境整治,对洋渚村域积存垃圾进行彻底清理,通过核算车吨位,确定积存垃圾分布。同时,从陆上堆积的积存垃圾中取约20kg进行人工分拣、称重,确定积存垃圾物理组成。并与新鲜垃圾物理组成相比较,确定每吨积存垃圾的N、P释放负荷。
1.4地表径流量及垃圾面源污染贡献测算
地表径流是面源污染物运输和转移的媒介,计算径流是估算面源污染物产出的前提。依据土地类型,选择相应的径流计算方法,确定径流系数,然后由年均降雨量,确定地表径流量。并结合垃圾的产生密度及积存垃圾的N、P释放负荷,确定农村生活垃圾面源污染贡献值。
2结果与讨论

2.1生活垃圾产生特征
在2004年9月至2005年8月的1年内,调查区域生活垃圾产生特征见表2、表3。由表2可见,农村居民区生活垃圾产生率为0.24~0.27kg•(人•d-1),村域产生密度为105.9t•km-2•a-1(含集贸市场垃圾),均远低于相同区位的城市,可能是因为部分垃圾消纳途径仍在发挥作用。因宜兴市农村区域集贸市场的分布密度为4.4个行政村存在1个集贸市场,可确定集贸市场垃圾量约占该区域总垃圾量的18%,说明集贸市场是农村生活垃圾的一个重要产生源。 
表2调查区域生活垃圾产生量特征



表3农村生活垃圾物理组成


由表3(农村生活垃圾物理组成)可知,居民区和集贸市场生活垃圾均以食品垃圾为主,含量为40.9%57.0%,这与村民原生蔬菜消费习俗、集贸市场较多的饭店和小吃店有关。食品垃圾堆积过程中易生物降解释放污染物,是垃圾面源污染的主要来源。
2.2生活垃圾处置现状
调查发现,示范区2/3生活垃圾直接入河,污染物全部在河道内释放;另有1/3的生活垃圾在距河道150m以内的路边堆积,因相距较近,其降解产生的污染物同样会随径流汇入河流。示范区雨水充沛,且雨热同期,使垃圾易腐败释放出N、P污染水体。经取样分析和现场试验,进入水体中垃圾的N、P释放周期为2-6个月;沿河岸堆积垃圾N、P释放周期也小于1a。
积存垃圾物理组成见图1,受堆存过程中生物降解作用,与新鲜生活垃圾相比(表3),积存垃圾无机垃圾组分含量高,易腐有机垃圾组分含量大幅下降。假定积存垃圾与新鲜生活垃圾的无机组分量不变,可以按两种垃圾样品的组分差异测算得积存期间垃圾中有机物的降解率,以降解的有机物中植物养分N、P全部释放随径流进入水体计,每吨积存垃圾的N、P释放负荷为:N14kg、P2.8kg。


图1积存垃圾物理组成
由垃圾产生特征可知,村域垃圾人均产生率为0.31kg•(人•d)-1,而太湖地区农村人口1477万人,则太湖地区整个农村每年产生的垃圾总量为167.1万t,N、P释放总量分别为23397t、4679t。
2.3地表径流量及垃圾面源污染贡献
根据张大弟给出的地表径流系数计算方法,选取调查区域地表径流系数的计算方法见表4。调查区域年均降雨量1205mm,将除蔬菜地以外的耕地划归水田,将蔬菜地、林地、茶园、果园视为旱地,将村镇居民点及工矿用地看作村镇用地,而鱼塘养殖通常不产生径流,径流系数为0,因水域是流动的,水域径流系数定为1,从而得出调查区域各类土地的径流系数(表5)。

根据表1各类型土地所占的比重和表5各类型土地的径流系数,得到大浦镇区域径流系数为37.3%,则大浦镇区域年径流深度为449.5mm,每年单位面积产生的径流量为45.0万m3•km-2•a-1。
由垃圾产生特征可知,单位面积产生的垃圾量为105.9t•km-2•a-1,而每吨积存垃圾的N、P释放负荷为:N14kg、P2.8kg,则垃圾对面源污染的贡献可使当地径流增加的N、P浓度,分别为3.3mg•L-1、0.7mg•L-1,,根据太湖富营养化程度评价标准,均超过重富营养化的N、P浓度限值(N2.30mg•L-1、P0.25mg•L-1),对太湖富营养化贡献较大。
3结论
(1)太湖农村居民区生活垃圾产生率为0.24~0.27kg•(人•d)-1,村域产生密度为105.9t•km-2•a-1(含集贸市场垃圾),均远低于相同区位的城市。生活垃圾物理组成以食品垃圾为主,是垃圾面源污染的主要来源。
(2)研究区域2/3生活垃圾直接入河,另有1/3的生活垃圾在距河道150m以内的路边堆积,垃圾易腐败释放出N、P污染水体,每吨积存垃圾的N、P释放负荷为:N14kg、P2.8kg。扩展至整个太湖地区农村,每年垃圾N、P释放总量分别为23397t、4679t,农村垃圾引起的N、P污染较大。
(3)研究区域每年单位面积产生的径流量为45.0万m3•km-2•a-1,从而垃圾弃置可使当地径流增加的N、P浓度分别为3.3mg•L-1、0.7mg•L-1(即面源污染贡献值),均超过重富营养化的N、P浓度限值。
因此,有必要采取适当的技术措施,将农村生活垃圾收集并实现资源化,从源头上治理垃圾的污染问题,避免垃圾任意堆放释放污染物,加剧太湖富营养化水平。
参考文献:略


来源:环境工程
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