江西省水污染物排放結(jié)構(gòu)組成及空間分布研究

陳武權(quán)，楊慶榜，謝明輝，楊斌

（1.江西省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究與規(guī)劃院，江西南昌 330029；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012；3.江西省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江西南昌 330029）

我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)學(xué)者一直在關(guān)注污染源的空間格局變化[1-2]，相比于國(guó)外的研究方法[3-4]，我國(guó)水污染物減排是按行政區(qū)逐級(jí)分層開展的[5]，以行政區(qū)為單元制定可行方案將污染負(fù)荷分配至各區(qū)域[6]，但還不能從地區(qū)和行業(yè)類別來(lái)計(jì)算出水體污染物的排放量。根據(jù)第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)，國(guó)內(nèi)水污染物排放量依然偏高[7]。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的歷年環(huán)境質(zhì)量公報(bào)[8]，經(jīng)過(guò)多年減排工作，我國(guó)整體水質(zhì)環(huán)境已得到很大改善，減排工作也由粗放式減排轉(zhuǎn)化為精細(xì)化減排，因此精準(zhǔn)確定污染源在哪里、全面掌握污染物結(jié)構(gòu)和空間分布情況是能否進(jìn)一步改善水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵[9-11]。

本文通過(guò)嘗試收集整理江西省第二次污染源普查的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，提出分析其水污染物排放結(jié)構(gòu)組成和分布的方法，為“十四五”規(guī)劃主要污染物水污染總量控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供一種更為精準(zhǔn)的分析方法[12]。

1 研究對(duì)象與計(jì)算方法

1.1 研究對(duì)象

此次研究包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活以及處理垃圾和危險(xiǎn)廢物而產(chǎn)生的廢水流入水體的污染物，以江西省11個(gè)市為研究區(qū)域，基準(zhǔn)年為2017年，水污染物4種：化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷。排放形式分2大類，點(diǎn)源污染包括工業(yè)、垃圾處理廠和危險(xiǎn)廢物處置場(chǎng)、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)；面源污染包括生活污水、農(nóng)村面源。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算方法

通過(guò)收集2017年江西省的污染源活動(dòng)水平數(shù)據(jù)（如用水量、排水量、產(chǎn)品產(chǎn)量、原材料、人口數(shù)量、養(yǎng)殖面積和養(yǎng)殖量等）、排放因子和污染治理技術(shù)，建立江西省水污染物排放結(jié)構(gòu)和空間分布，活動(dòng)水平數(shù)據(jù)主要來(lái)源于江西省第二次全國(guó)污染源普查。

1.2.1 工業(yè)源和集中式排放源

工業(yè)源范圍為《國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》[13]中行業(yè)大類代碼為06-46的產(chǎn)業(yè)活動(dòng)單位，集中式排放源包括垃圾處理廠和危險(xiǎn)廢物處置場(chǎng)。

計(jì)算方法采用生態(tài)環(huán)境部公布的《排放源統(tǒng)計(jì)調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊(cè)》[14]中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和產(chǎn)排污系數(shù)法。（1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法是依據(jù)監(jiān)測(cè)的單位產(chǎn)生和外排廢水及其污染物濃度，計(jì)算廢水排放量及各種污染物的產(chǎn)生量和排放量。（2）產(chǎn)排污系數(shù)法。產(chǎn)排污系數(shù)法是依據(jù)對(duì)象的產(chǎn)品、原料、生產(chǎn)工藝、規(guī)模及污染治理技術(shù)等，通過(guò)產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)中對(duì)應(yīng)的“影響因素”組合確定產(chǎn)污系數(shù)及污染物去除效率，核算污染物產(chǎn)生量和排放量。

1.2.2 農(nóng)業(yè)源

農(nóng)業(yè)源核算范圍包括種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，均采用產(chǎn)排污系數(shù)法核算。

（1）種植業(yè)水污染物排放量按照公式（1）計(jì)算。

式中，Qj為種植業(yè)第j項(xiàng)污染物排放（流失）量，t；Ag為農(nóng)作物總播種面積，hm2；egj為農(nóng)作物種植過(guò)程中第j項(xiàng)水污染物流失系數(shù)，kg/hm2；Ay為園地的面積，hm2；eyj為園地第j項(xiàng)水污染物流失系數(shù)，kg/hm2；qj為調(diào)查年度用于種植業(yè)的含氮化肥（含磷化肥）單位面積使用量，kg/hm2；qo為2017年度用于種植業(yè)的含氮化肥（含磷化肥）單位面積使用量，kg/hm2。其中，含氮化肥（含磷化肥）用量指氮（磷）肥和含氮（含磷）復(fù)合肥的折純用量。

（2）規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)水污染物排放量按照公式（2）和（3）計(jì)算。

式中，Qij畜排為第i類畜禽養(yǎng)殖第j項(xiàng)污染物排放量，t；qi規(guī)模為第i類畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的存（出）欄量，頭（羽）；fij規(guī)模為第i類畜禽規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖第j項(xiàng)污染物排污系數(shù)，kg/頭（羽）；Qj畜排為畜禽養(yǎng)殖第j項(xiàng)污染物排放量，t。

（3）水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)水污染物排放量按照公式（4）計(jì)算。

式中，Qj為水產(chǎn)養(yǎng)殖第j項(xiàng)污染物排放量，t；q為水產(chǎn)養(yǎng)殖的水產(chǎn)品產(chǎn)量，t；ej為水產(chǎn)養(yǎng)殖第j項(xiàng)污染物排放系數(shù)，kg/t。

1.2.3 生活源

（1）城鎮(zhèn)生活污水。根據(jù)城鎮(zhèn)居民生活的用水量、折污系數(shù)、入河排污口水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果及城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，經(jīng)產(chǎn)污系數(shù)校核后，將城鎮(zhèn)常住人口、城鎮(zhèn)人均日生活用水量、折污系數(shù)和城鎮(zhèn)生活污水平均濃度相乘核算出城鎮(zhèn)生活污染物產(chǎn)生量；再根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理廠、工業(yè)污水集中處理廠和其他污水處理設(shè)施對(duì)城鎮(zhèn)生活源水污染物的去除量，計(jì)算城鎮(zhèn)生活污水污染物的排放量。

（2）農(nóng)村生活污水。根據(jù)農(nóng)村的常住人口、人均日生活用水量和廁所類型、糞尿處理情況、生活污水排放去向，將農(nóng)村常住人口與產(chǎn)污系數(shù)相乘，核算農(nóng)村生活污水污染物產(chǎn)生量；再根據(jù)農(nóng)村集中式生活污水處理設(shè)施調(diào)查結(jié)果，結(jié)合農(nóng)村集中式生活污水處理設(shè)施的排污系數(shù)，計(jì)算農(nóng)村生活污水污染物的排放量。

1.3 排放量空間分布分析方法

根據(jù)前人[15-17]基于GIS的空間及網(wǎng)格分析經(jīng)驗(yàn)，此次研究在行政區(qū)劃的基礎(chǔ)上根據(jù)固定排放口經(jīng)緯度坐標(biāo)，通過(guò)GIS系統(tǒng)軟件對(duì)江西省按10 km×10 km網(wǎng)格進(jìn)行分割，將網(wǎng)格內(nèi)的工業(yè)企業(yè)、集中式排放源、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)等不同來(lái)源的水污染物排放量按照排放口的經(jīng)緯度進(jìn)行空間分配。

2 結(jié)果與分析

2.1 水污染物排放總體情況

基于以上計(jì)算方法，通過(guò)對(duì)江西省涉水14 630個(gè)工業(yè)企業(yè)、124家垃圾處理廠和危險(xiǎn)廢物處置場(chǎng)、11 857個(gè)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)，農(nóng)業(yè)源種植業(yè)、水產(chǎn)以及城市和農(nóng)村活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，836家集中式污水治理設(shè)施的分析，匯總出2017年江西省水污染物排放結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 2017年江西省水污染物排放量（單位：萬(wàn)t）

通過(guò)表1可以看出，化學(xué)需氧量排放總計(jì)為88.41萬(wàn)t，其中生活源化學(xué)需氧量排放量最高，為42.87萬(wàn)t，占總量的48.49%；農(nóng)業(yè)源、工業(yè)源和集中式排放源的化學(xué)需氧量排放量分別占總量的43.73%、7.47%和0.32%。

氨氮排放總量為5.36萬(wàn)t，其中生活源氨氮排放量最高，為3.64萬(wàn)t；總氮排放總量為13.85萬(wàn)t，其中農(nóng)業(yè)源總氮排放量最高，為7.16萬(wàn)t；總磷排放總量為1.611萬(wàn)t，其中農(nóng)業(yè)源總磷排放量最高，為1.11萬(wàn)t。

2.2 水污染物排放空間分布情況

以市為單元對(duì)水體污染物排放特點(diǎn)進(jìn)行分析，主要水污染物排放空間分布如圖1所示。南昌市、九江市、贛州市、吉安市、宜春市、撫州市和上饒市所排放的水污染物相應(yīng)較多，與人口密度正相關(guān)。排放量居前三的是贛州市、宜春市、上饒市，贛州市的化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷排放量分別占全省總排放量的18.70%、19.59%、17.62%、16.85%；宜春市的化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷排放量分別占全省總排放量的21.29%、13.25%、16.03%、19.13%；上饒市的化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷排放量分別占全省總排放量的11.51%、15.11%、17.62%、16.85%。

圖1 江西省主要水污染物排放空間分布

2.3 水污染物排放結(jié)構(gòu)

2.3.1 地區(qū)結(jié)構(gòu)

江西省11個(gè)市主要水污染物排放結(jié)構(gòu)分布見圖2。南昌市、九江市、贛州市、吉安市、宜春市、撫州市、上饒市這幾個(gè)人口相對(duì)密集的地區(qū)在江西省各類污染物排放量中均占了較大比重?；瘜W(xué)需氧量和氨氮排放量以生活源污染物為主，其中贛州市、吉安市、宜春市這3個(gè)農(nóng)村人口較多的地區(qū)尤為明顯?？偟涂偭着欧帕恳赞r(nóng)業(yè)源污染物為主，養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)、耕地面積廣、氮肥施用量較大等多種原因造成南昌市、贛州市等地農(nóng)業(yè)排放占比較高。

圖2 2017年江西省主要水污染物排放結(jié)構(gòu)分布

2.3.2 生活源結(jié)構(gòu)

就生活源污水排放而言，城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活源的污水排放量占比分別為78.04%和21.96%，說(shuō)明當(dāng)前江西省城鎮(zhèn)生活污水污染物治理水平普遍較低，農(nóng)村生活污水污染物治理水平嚴(yán)重偏低。城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活源化學(xué)需氧量排放量占比分別為54.11%和45.89%，去除率分別為37.96%和3.09%。

2.3.3 農(nóng)業(yè)源結(jié)構(gòu)

（1）全省總氮排放量7.16萬(wàn)t，其中：種植業(yè)總氮流失量4.23萬(wàn)t，占總量的59.08%；畜禽養(yǎng)殖業(yè)總氮排放2.38萬(wàn)t，占總量的33.24%；水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)總氮排放0.56萬(wàn)t，占總量的7.82%。（2）總磷排放總量1.11萬(wàn)t，其中：種植業(yè)總磷排放量0.51萬(wàn)t，占總量的45.95%；畜禽養(yǎng)殖業(yè)總磷排放量0.50萬(wàn)t，占總量的45.05%；水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)總磷排放量0.10萬(wàn)t，占總量的9.01%。種植業(yè)和畜禽業(yè)污染物是造成農(nóng)業(yè)源水體污染的主要原因。

2.3.4 工業(yè)源結(jié)構(gòu)

（1）化學(xué)需氧量排放量大的行業(yè)包括造紙業(yè)（18 974.28 t，占比27.14%）、農(nóng)副食品加工業(yè)（7 651.80 t，占比11.60%）和化學(xué)原料行業(yè)（6 246.06 t，占比9.47%）。（2）氨氮排放量大的行業(yè)包括有色金屬冶煉（752.93 t，占比21.13%）、有色金屬礦采選業(yè)（597.82 t，占比 16.78%）、化學(xué)原料（587.69 t，占比16.5%）。（3）總氮排放量大的行業(yè)有化學(xué)原料行業(yè)（1 747.96 t，占比21.69%）、醫(yī)藥制造業(yè)（1 076.83 t，占比13.36%）、有色金屬礦采選業(yè)（926.51 t，占比11.49%）。（4）總磷排放量大的行業(yè)有化學(xué)原料行業(yè)（103.34 t，占比25.29%）、農(nóng)副食品加工業(yè)（80.03 t，占比19.6%）、醫(yī)藥制造業(yè)（37.96 t，占比9.3%）。

2.4 水污染物排放網(wǎng)格分布情況

江西省主要水污染物的網(wǎng)格分布情況（10 km×10 km）如圖3所示。（1）化學(xué)需氧量在贛西、贛西北區(qū)域大部分網(wǎng)格排放量都在1 500～11 000 t，贛東、贛南區(qū)域排放量比較零星，贛東北則在500 t以下。（2）氨氮在上饒市和贛州市部分區(qū)域有較高（200～400 t）的聚集排放，60～100 t的排放大部分都在宜春市境內(nèi)南側(cè)，其余地區(qū)也有零星高排放區(qū)域。（3）總氮延續(xù)了氨氮的趨勢(shì)，大部分高排放都集中在宜春市南側(cè)，上饒市、贛州市等地區(qū)也有零星高排放區(qū)域。（4）總磷排放較為均衡，除宜春市有較為突出的60～100 t高聚集排放外，其余地區(qū)均為4～30 t大范圍的連片排放區(qū)域。

圖3 江西省主要水污染物的網(wǎng)格分布情況

2.5 討論

江西省水污染物排放結(jié)構(gòu)和空間分布分析表明，化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷主要由生活源和農(nóng)業(yè)源產(chǎn)生，未來(lái)需做好生活污水和農(nóng)業(yè)面源的治理工作，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)污水治理設(shè)施運(yùn)行監(jiān)督管理[18]，防止工業(yè)源水污染排放的反彈。

從江西省目前的水環(huán)境質(zhì)量狀況[19]、我國(guó)目前的城市水污染防治水平對(duì)策[20-21]及未來(lái)5年的全國(guó)防治趨勢(shì)[22]來(lái)看，對(duì)于生活源污染排放，建議繼續(xù)在人口集中程度高的地區(qū)完善污水管網(wǎng)建設(shè)[23-24]，提高城鎮(zhèn)生活污水的收集率；在農(nóng)村地區(qū)建設(shè)小型化簡(jiǎn)易污水處理設(shè)施[25-27]，推進(jìn)農(nóng)村生活污水處理工程，落實(shí)農(nóng)村廁所革命。

3 結(jié)論

本研究采用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和產(chǎn)排污系數(shù)法，以行政區(qū)劃為分割模塊，對(duì)地區(qū)水污染物排放結(jié)構(gòu)和空間分布進(jìn)行探索，發(fā)現(xiàn)江西省水污染物排放源主要為農(nóng)業(yè)源和生活源，工業(yè)源占比不到20%，對(duì)比以往研究數(shù)據(jù)[28-29]，工業(yè)源所占比重進(jìn)一步減小。

從空間分布情況來(lái)看，比照江西省2017年度相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[30]，贛州市、宜春市、上饒市3個(gè)地區(qū)所轄的面積較大，水污染物排放量相應(yīng)較高。贛江流域承納了江西省大部分水污染物，從單位面積排放強(qiáng)度來(lái)看，單位面積排放強(qiáng)度靠前的是長(zhǎng)江九江段和贛江流域。

從單位面積排放量上分析，單位面積人口密度較高的地區(qū)污染物排放量較大，如南昌市，符合人多所排放的水污染物也多這一常規(guī)觀念，說(shuō)明人口數(shù)量和聚集程度是影響水污染排放量的重要因素。

從本研究的結(jié)果來(lái)看，為實(shí)現(xiàn)江西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙贏，可按照主體功能定位劃分政策單元，立足水生態(tài)環(huán)境承載能力，制定實(shí)施差異化政策，發(fā)揮各地區(qū)比較優(yōu)勢(shì)。本研究采用的方法還存在一定的不確定性，后期將進(jìn)一步完善，充實(shí)其他年份相關(guān)環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，以期將此研究的技術(shù)方法進(jìn)一步推廣應(yīng)用至其他地區(qū)。