嘉興市水污染源解析及等標(biāo)污染負(fù)荷評(píng)價(jià)*

莊 犁 周慧平 常維娜 逄 勇

(1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 南京 210044；2.南京環(huán)境科學(xué)研究所， 南京 210042； 3.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院， 南京 210098)

嘉興市水污染源解析及等標(biāo)污染負(fù)荷評(píng)價(jià)*

莊 犁1,2周慧平2常維娜1逄 勇3

(1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 南京 210044；2.南京環(huán)境科學(xué)研究所， 南京 210042； 3.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院， 南京 210098)

研究水環(huán)境污染的主要來(lái)源及主要污染物，對(duì)于區(qū)域水污染治理具有重要意義。本文通過(guò)分析嘉興市各類污染物入河量，以及污染物等標(biāo)排放量的計(jì)算，得出了嘉興市水環(huán)境污染的主要污染物和主要污染源。結(jié)果表明，嘉興市面源污染物的入河量大于點(diǎn)源，畜禽養(yǎng)殖是面源污染的主要來(lái)源，也是總磷的主要來(lái)源。點(diǎn)污染的主要來(lái)源是城鎮(zhèn)生活，其中，桐鄉(xiāng)市污染物入河量最大，各區(qū)縣的污染物入河量總體服從桐鄉(xiāng)市>南湖區(qū)>嘉善縣>平湖市>海寧市>秀洲區(qū)>海鹽縣的分布。等標(biāo)污染負(fù)荷的方法顯示：嘉興市的主要污染源是畜禽養(yǎng)殖、城鎮(zhèn)生活和農(nóng)田；總氮、氨氮和總磷為主要污染物。

水污染；源解析；等標(biāo)排放量；等標(biāo)污染負(fù)荷

水污染源解析一直是水污染控制研究的熱點(diǎn)[1]。確定了水污染的來(lái)源種類及其相對(duì)貢獻(xiàn)，就可以針對(duì)性地制定相關(guān)治理措施，從而起到事半功倍的效果。目前，水污染源解析的研究主要有兩種類型：一是以省市行政區(qū)為對(duì)象，分析水污染物的來(lái)源與空間分布[2-4]；二是以流域?yàn)閷?duì)象，分析各子流域或流域不同部位對(duì)污染輸出的相對(duì)貢獻(xiàn)[5-7]。

已有研究大多只是單一地討論點(diǎn)源及面源的污染情況，對(duì)各污染來(lái)源貢獻(xiàn)的比較也多以各污染物的絕對(duì)量分析為主，分析其在不同來(lái)源或不同區(qū)域上的貢獻(xiàn)比例，較少關(guān)注不同污染物對(duì)于水環(huán)境污染的相對(duì)重要性，缺乏對(duì)不同污染物之間的比較，結(jié)果難以為污染源的削減提供全面、科學(xué)的依據(jù)。本文以浙江嘉興市為例，通過(guò)對(duì)污染物入河量的計(jì)算，分析了嘉興市水環(huán)境污染物的主要來(lái)源及其空間分布特征；為了反映不同污染物對(duì)水環(huán)境污染的相對(duì)重要性，采用等標(biāo)污染負(fù)荷法[8]得出了治理嘉興市水環(huán)境污染需要優(yōu)先考慮的幾種污染物和污染源，以期為嘉興市水環(huán)境綜合治理提供參考。

1 研究區(qū)概況

嘉興市位于浙江省東北部、長(zhǎng)江三角洲杭嘉湖平原腹心地帶，是長(zhǎng)江三角洲重要城市之一，下轄平湖、桐鄉(xiāng)、海寧三市，海鹽、嘉善二縣及南湖、秀洲兩區(qū)。2011年末全市總?cè)丝?53.10萬(wàn)人，國(guó)民生產(chǎn)總值2 668.06億元。近年來(lái)嘉興市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，但是仍然存在著不少問(wèn)題，其中畜禽養(yǎng)殖業(yè)問(wèn)題最為突出。嘉興市的畜禽養(yǎng)殖業(yè)總量大、散戶多、局部養(yǎng)殖密度高，已明顯超出了環(huán)境承載能力。2013年3月發(fā)生了嚴(yán)重的大規(guī)模死豬遺棄事件，對(duì)嘉興乃至上海市水環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注，再一次敲響了嘉興市水環(huán)境保護(hù)的警鐘。

2 研究方法

根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》以及嘉興市相關(guān)部門(mén)所能提供的數(shù)據(jù)，本文選取的污染物排放指標(biāo)為COD、NH3-N、TN和TP。污染物入河量計(jì)算的基本方法為：污染物排放量與相應(yīng)入河系數(shù)的乘積。其中，污染物又分為點(diǎn)源污染物和非點(diǎn)源污染物。點(diǎn)源污染物的排放可以由排污口直排的污染物量和污水處理廠處理后的污染物排放量相加得到。非點(diǎn)源污染物因?yàn)槠鹪捶稚ⅲ蕸](méi)有直接的數(shù)據(jù)來(lái)源，需要統(tǒng)計(jì)污染物排放主體的數(shù)量，然后與相應(yīng)的產(chǎn)污系數(shù)相乘，產(chǎn)污系數(shù)參考《第一次全國(guó)污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》和公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)研究成果。

2.1 數(shù)據(jù)采集

分別收集嘉興市各行政區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括：嘉興市人口資料、污水廠資料、生活污水資料、工業(yè)污染源資料、農(nóng)業(yè)資料和相關(guān)水生態(tài)資料。其中，人口資料來(lái)源于嘉興市各縣市2012年統(tǒng)計(jì)年鑒和嘉興市2010年人口普查資料(嘉興市統(tǒng)計(jì)局提供)；污水廠資料來(lái)自2011年嘉興市環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)；生活污水資料由各縣市生態(tài)辦和愛(ài)衛(wèi)辦提供；工業(yè)污染源由嘉興市環(huán)境保護(hù)局提供的2011年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；農(nóng)業(yè)資料由嘉興市統(tǒng)計(jì)局和農(nóng)經(jīng)局提供；相關(guān)水生態(tài)資料由各縣市環(huán)保局、水利局、環(huán)境監(jiān)測(cè)站、水環(huán)境治理辦公室提供相關(guān)規(guī)劃及資料。

2.2 污染物入河量計(jì)算

(1) 城鎮(zhèn)生活污染物入河量

W生1=(N城鎮(zhèn)×α1-W污)×β2×365/106

(1)

W污=接入污水處理廠的污水量×(污水廠接管濃度-污水廠排放濃度)

(2)

式中：W生1為城市生活污染物入河量，t/a；N城鎮(zhèn)為城市人口數(shù)，人；α1為城市生活排污系數(shù)[9]，g/人·d；β2為城市生活入河系數(shù)，取值0.8。城鎮(zhèn)生活污染源排污指數(shù)見(jiàn)表1。

表1 城鎮(zhèn)生活污染源排污系數(shù) g/人·d

(2) 農(nóng)村生活污染物入河量

W生2=N農(nóng)×α2×β3×365/106

(3)

式中：W生2為農(nóng)村生活污染物入河量，t/a；N農(nóng)為農(nóng)村人口數(shù)，人；α2為農(nóng)村生活排污系數(shù)(按城鎮(zhèn)生活的0.6取值)，g/人·d；β3為農(nóng)村生活入河系數(shù)[9]，取值0.3。

(3) 工業(yè)污染源入河量

W工業(yè)=(N直排+N污水廠)×β

(4)

式中：W工業(yè)為工業(yè)污染物入河量，t/a；N直排為直接排放的工業(yè)污染物排放量，t/a；N污水廠為污水廠處理后的工業(yè)污染物排放量，t/a；β為工業(yè)污染物入河系數(shù)[10]，取值0.8。

(4) 農(nóng)田污染物入河量

W農(nóng)=M×α3×β4×γ1/1000

(5)

式中：W農(nóng)為標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田污染物入河量，t/a；M為標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田面積，畝；α3為標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排污系數(shù)，kg/畝·a；β4為標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田入河系數(shù)[11]，取值0.2；γ1為修正系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田指的是平原、種植作物為小麥、土壤類型為壤土、化肥施用量為25～35kg/畝·a，降水量在400～800mm范圍內(nèi)的農(nóng)田。對(duì)于其他農(nóng)田，用修正系數(shù)γ1修正，其值由實(shí)地考察調(diào)研確定。農(nóng)田排污系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 農(nóng)田排污系數(shù) kg/畝·a

(5) 畜禽養(yǎng)殖污染物入河量

(6)

式中：W畜禽為畜禽養(yǎng)殖污染物入河量，t/a；δ1為畜禽個(gè)體日產(chǎn)糞量，kg；T為飼養(yǎng)期，d；N畜禽為飼養(yǎng)數(shù)，頭(只)；α4為畜禽糞中污染物平均含量，g/kg；δ2為畜禽個(gè)體日產(chǎn)尿量，L；α5為畜禽尿中污染物平均含量，g/L；q去除為養(yǎng)殖場(chǎng)污染物平均去除率；β5為畜禽養(yǎng)殖入河系數(shù)[12]，取值0.2。

(6) 水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物入河量

W水產(chǎn)=M×P×β6×365/106

(7)

式中：W水產(chǎn)為水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物入河量，t/a；M為產(chǎn)量，kg；P為排污強(qiáng)度，g/kg；β6為水產(chǎn)養(yǎng)殖入河系數(shù)[13]，取值0.3。水產(chǎn)養(yǎng)殖排污強(qiáng)度見(jiàn)表3。

表3 水產(chǎn)養(yǎng)殖排污強(qiáng)度表 g/kg

2.3 污染物等標(biāo)排放量計(jì)算

污染物入河量可以很好的反映各污染物不同來(lái)源的分布，但是不同污染物對(duì)受納水體受污染的重要性不同，單純的入河量上的比較就很難反映不同污染物對(duì)水體的影響程度，而采用等標(biāo)排放量指標(biāo)能夠有效地分析不同污染物對(duì)水體污染的相對(duì)重要性。

(8)

式中：SPi為污染物i的等標(biāo)排放量，L/a；RQi為污染物i的實(shí)物排放量，t/a；C0i為污染物i基于水環(huán)境功能區(qū)分的水質(zhì)控制類別標(biāo)準(zhǔn)(為了便于對(duì)比不同水環(huán)境功能區(qū)下各污染物對(duì)水體污染的相對(duì)重要性，故統(tǒng)一按照GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行計(jì)算)，mg/L。

3 結(jié)果與討論

3.1 污染物入河量分析

從嘉興市各污染源污染物入河總量上看(表4)，面源污染物的入河量大于點(diǎn)源，其中面源的COD占總量的57.0%，氨氮占總量的57.6%，總氮占總量的61.5%，總磷占總量的78.7%；對(duì)于點(diǎn)源，城鎮(zhèn)生活污水排放的污染物量遠(yuǎn)大于工業(yè)來(lái)源，各污染物占點(diǎn)源總量的55.5%～81.1%；而畜禽養(yǎng)殖是面源污染的主要來(lái)源，各污染物占面源總量的44.9%～71.8%。對(duì)于不同污染物，來(lái)源于城鎮(zhèn)生活與畜禽養(yǎng)殖的入河量占總量的比例較高，兩者合計(jì)占到總量的60.5%～73.8%。其中，城鎮(zhèn)生活與畜禽養(yǎng)殖COD的入河量基本相當(dāng)，城鎮(zhèn)生活氨氮和總氮的入河量相對(duì)較高，而畜禽養(yǎng)殖的總磷入河量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于城鎮(zhèn)生活以及其它來(lái)源。

從各區(qū)縣污染物入河量分布上看(圖1)，COD、氨氮、總氮、總磷的入河量均以桐鄉(xiāng)市最大，分別占總量的17.38%、18.92%、19.59%、17.45%。各區(qū)縣COD、氨氮、總氮的入河量順序均為桐鄉(xiāng)市>南湖區(qū)>嘉善縣>平湖市>海寧市>秀洲區(qū)>海鹽縣；而總磷的入河量略有差別：桐鄉(xiāng)市>南湖區(qū)>嘉善縣>海寧市>平湖市>海鹽縣>秀洲區(qū)。

表4 各類污染源入河量 t/a

3.2 等標(biāo)污染負(fù)荷評(píng)價(jià)

計(jì)算各地區(qū)不同污染物的等標(biāo)排放量，再分別除以污染物等標(biāo)排放總量，得到各污染源等標(biāo)負(fù)荷比(表5)。遵循污染源評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)[14]，按照污染物或污染源等標(biāo)污染負(fù)荷比由大到小排列，分別計(jì)算其累計(jì)百分比，規(guī)定百分比累計(jì)到80%的污染物和污染源為主要污染物或主要污染源。由此得到，嘉興市2011年的主要污染物是總氮、氨氮和總磷，其等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為45.47%、28.24%和14.03%；主要污染源為畜禽養(yǎng)殖、城鎮(zhèn)生活和農(nóng)田；等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為32.63%、31.84%和17.06%。值得注意的是：在污染物入河量中COD的排放量是最大的，在等標(biāo)排放量中卻是最小。說(shuō)明COD的排放量雖然很大，但是對(duì)于水環(huán)境惡化的影響不是最強(qiáng)的，反而是最小的；同樣，總磷的入河量雖然小，但是對(duì)水環(huán)境的影響卻是不可忽視的。

(a) COD

(b) 氨氮

(c) 總氮

(d) 總磷圖1 嘉興市各區(qū)縣污染物入河量

表5 污染物等標(biāo)污染負(fù)荷比

4 結(jié)論

嘉興市面源污染物的入河量大于點(diǎn)源。對(duì)于點(diǎn)源，城鎮(zhèn)生活污水排放的污染物量遠(yuǎn)大于工業(yè)來(lái)源；而畜禽養(yǎng)殖是面源污染的主要來(lái)源。來(lái)源于城市生活與畜禽養(yǎng)殖的入河量占總量的比例較高；畜禽養(yǎng)殖的總磷入河量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于城鎮(zhèn)生活以及其它來(lái)源。

COD、氨氮、總氮、總磷的入河量均以桐鄉(xiāng)市最大。各區(qū)縣COD、氨氮、總氮的入河量順序均為桐鄉(xiāng)市>南湖區(qū)>嘉善縣>平湖市>海寧市>秀洲區(qū)>海鹽縣；總磷略有差別。

等標(biāo)污染負(fù)荷分析表明：嘉興市的主要污染源是畜禽、城鎮(zhèn)生活和農(nóng)田；總氮、氨氮和總磷為主要污染物。

致謝：感謝嘉興市水環(huán)境綜合治理工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室為數(shù)據(jù)資料收集提供的幫助。

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Sources apportionment and equal standard pollution load assessment of water pollution in Jiaxing City

Zhuang Li1,2, Zhou Huiping2, Chang Weina1, Pang Yong3

(1.School of Environmental Science and Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044; 2.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042; 3.College of Environment, Hohai University, Nanjing 210098, China)

It has a great significance for the regional water pollution control to analyse the main sources of water pollution. In order to understand the major pollutants and the main pollution sources of Jiaxing, the amount of pollutants into the river and Equivalent Standard Pollution Load of pollutants were calculated. The results showed that the absolute discharge amount of non-point source pollution (NPSP) in Jiaxing was larger than that of point source pollution. The livestock breeding was the main pollution source of total phosphorus and NPSP. The main source of point source pollution was city domestic sewage. The amount of pollutants from Tongxiang into the river was the largest. The pollution extent was Tongxiang > Nanhu > Jiashan > Pinghu > Haining > Xiuzhou > Haiyan. According to pollution stress, the main pollutants were total nitrogen, ammonia nitrogen and total phosphorus, and the main sources of pollution were livestock breeding, city domestic sewage and farmland.

water pollution; source appointment; Equal Standard Pollution Loading; pollution stress

* 國(guó)家自然科學(xué)基金(NO.41101496)，江蘇省自然科學(xué)基金(BK2011080)

2014-10-22；2014-12-04修回

莊犁，男，1991年生，碩士研究生，研究方向：流域水污染控制與環(huán)境管理。E-mail：zhuangli2013@sina.com

周慧平。E-mail：zhp@nies.org

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