典型入海河流總氮污染控制對策研究

羅濤 常艦 李欲如

關(guān)鍵詞：入海河流；總氮；控制對策

前言

近年來，近岸海域水環(huán)境質(zhì)量已經(jīng)成為社會各界關(guān)注的熱點。伴隨陸域開發(fā)規(guī)模與強度持續(xù)加大，人海河流輸入的污染負荷不斷增加，對近岸海域污染的貢獻比例也在不斷升高，已逐步成為近岸海域污染的主要貢獻者。根據(jù)《2019年浙江省生態(tài)環(huán)境狀況公報》，浙江省近岸海域水體總體呈中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，主要超標因子為無機氮。相關(guān)研究顯示，河流人海所攜帶的營養(yǎng)鹽占人海營養(yǎng)鹽總量的78%以上。

靈江作為浙江省八大水系之一，是浙江省重要的人海河流，自西向東貫穿臨海市，全長約46km，流域面積647km2。靈江總氮濃度在1.55～3.29mg/L波動，對近岸海域水質(zhì)影響較大。為改善近岸海域及人海河流水環(huán)境質(zhì)量，開展靈江流域污染源調(diào)查及污染負荷核算，基于污染核算結(jié)果，開展總氮控制對策研究。

1研究概況

1.1流域概況

靈江干流上游（永豐鎮(zhèn)三江村以上）有南北二源，南源永安溪，北源始豐溪，河床平均比降為2.3%，屬于典型的感潮河段，自西向東貫穿臨海市，全長約46km，臨海市范圍內(nèi)流域面積約647km2。多年平均徑流量為114.9m3/S，最枯月平均流量為16.5m3/S，沿線支流眾多，其中最大的是義城港和大田港。流域地處亞熱帶季風性氣候區(qū)，溫暖濕潤、雨量充沛、豐枯水期明顯，年平均氣溫16.5℃～17.8℃，多年平均降雨量1710.4mm。

靈江流經(jīng)古城、江南、大洋、邵家渡、汛橋、涌泉、沿江等8個鎮(zhèn)（街），區(qū)域經(jīng)濟發(fā)達，人口密集，頻繁的人為活動使得大量污染物進入靈江，影響了靈江的水環(huán)境質(zhì)量，為流域水環(huán)境質(zhì)量改善帶來壓力。（見圖1）

1.2水質(zhì)情況

收集到靈江干流2019年至2021年月均總氮監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括望江門（上游）、渡頭范（中游）以及西岑道頭（下游）等3個水質(zhì)監(jiān)測斷面。從靈江上游至下游分布來看，總氮濃度呈現(xiàn)明顯增加的趨勢，斷面總氮平均濃度從靈江上游的2.12mg/L增加至中游的2.17mg/L，至下游進一步增加至2.29mg/L。由于靈江穿臨海主城區(qū)、人口密集區(qū)以及主要工業(yè)園區(qū)而過，表明沿河排入的農(nóng)業(yè)、生活、工業(yè)等污染源對于靈江水質(zhì)具有明顯影響。

2靈江流域總氮污染源解析

2.1總氮污染源核算

（1）污水處理廠尾水污染量：根據(jù)直排進入靈江的4座污水處理廠的設計規(guī)模及尾水排放標準進行確定，4座污水廠尾水總排放規(guī)模為3544.15萬m3／年，均執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標準》（DB 33/2169-2018）表1標準。（2）未處理的城鎮(zhèn)生活污染人河量：根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計資料，靈江流域仍有10%的城鎮(zhèn)生活污水尚未收集處理，基于區(qū)域生活污染排污系數(shù)進行計算。（3）農(nóng)村生活污染量：農(nóng)村人口數(shù)據(jù)來源于《臨海統(tǒng)計年鑒》，農(nóng)村生活污水主要分成2個部分：一部分是經(jīng)農(nóng)村生活污水終端處理后的生活污水，一部分是未納管處理直接排放的污水。（4）工業(yè)污染量：工業(yè)企業(yè)的污水主要有2個去向，一部分企業(yè)污水進入城鎮(zhèn)污水廠，一部分直接排人自然水體。由于進入城鎮(zhèn)污水廠的人河污染量已經(jīng)納入到城鎮(zhèn)污水廠尾水污染中進行計算，因此本次不再重復計算該部分污染量，只計算直接排人自然水體的污染量。（5）種植業(yè)污染量：采用輸出系數(shù)法，依據(jù)《農(nóng)業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》（2021年6月）中種植業(yè)氮磷排放（流失）系數(shù)進行污染量計算。（6）畜禽養(yǎng)殖污染入河量：畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染源資料來源于臨海市統(tǒng)計局提供的養(yǎng)殖量數(shù)據(jù)，依據(jù)《農(nóng)業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》（2021年6月）中畜禽排污系數(shù)進行污染量測算。（7）水產(chǎn)養(yǎng)殖污染量：水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)污染源資料來源于臨海市港航口岸和漁業(yè)管理局提供的養(yǎng)殖量數(shù)據(jù)，主要養(yǎng)殖種類為魚類和對蝦．根據(jù)《農(nóng)業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》（2021年6月）中水產(chǎn)養(yǎng)殖排污系數(shù)進行污染量測算。（8）城鎮(zhèn)徑流污染量：城鎮(zhèn)地表徑流對水體水質(zhì)的影響日益突出，城鎮(zhèn)地表徑流中污染物的濃度不同時段不同地區(qū)不盡相同，變化幅度比較大，采用文獻中數(shù)據(jù)對不同類型下墊面地表徑流產(chǎn)生的污染負荷進行估算。（見表1）

2.2污染特征分析

從污染來源分析，污水處理廠尾水污染是靈江流域總氮污染的主要來源，占比達到35.0%，整體來看，靈江流域納管率較高，大部分污染源經(jīng)污水廠處理后排放進入靈江。靈江流域污水廠處理的污水來源主要包括3個部分：一是城鎮(zhèn)生活污水，是污水廠污水來源的主要部分；二是部分企業(yè)的生產(chǎn)廢水；三是距離城鎮(zhèn)污水干管較近的農(nóng)村生活污水處理終端的尾水。農(nóng)業(yè)污染、城鎮(zhèn)徑流污染以及生活污染也是靈江流域總氮污染的重要來源，占比均在20%左右。農(nóng)業(yè)污染則以種植業(yè)污染為主，靈江兩岸存在大量農(nóng)田，以水稻、小麥、蔬菜、瓜果種植為主；畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖占比較小，表明近些年臨海市開展的養(yǎng)殖業(yè)規(guī)范化整治工作取得成效，養(yǎng)殖量大大減少。靈江穿臨海市主城區(qū)而過，大量硬質(zhì)化的建成區(qū)導致區(qū)域城鎮(zhèn)徑流污染占比較高。靈江流域農(nóng)村生活污水處理終端共有244個，行政村覆蓋率達到80.5%，農(nóng)村污水得到有效治理，但由于排放標準較低，導致仍有一定量的農(nóng)村生活污染進入河道。（見圖2）

從總氮污染的空間分布來看，汛橋鎮(zhèn)污水廠尾水污染量最大，這主要是由于排水量最大的2個污水處理廠的排口均位于汛橋鎮(zhèn)。工業(yè)污染占比普遍較低，其中位于靈江下游的涌泉鎮(zhèn)人河量相對較高。邵家渡街道和沿江鎮(zhèn)由于農(nóng)田面積較大，且位于靈江兩岸，種植業(yè)總氮污染較大。位于主城區(qū)的古城街道、大洋街道和江南街道城鎮(zhèn)徑流總氮污染明顯偏高，這也是城鎮(zhèn)化后土地大量硬質(zhì)化的必然結(jié)果。

3總氮控制對策

考慮到流域總氮主要污染來源為污水廠尾水污染、農(nóng)田面源污染和城鎮(zhèn)徑流污染，因此針對性的提出了污水處理廠提標改造、農(nóng)田退水零直排區(qū)建設以及植被緩沖帶等措施。

3.1污水處理廠提標改造

污水處理廠提標改造一般采用的方式是主體工藝優(yōu)化和深度處理。通過采用“改良型A20+MB-BR”的改造工藝，總氮出水濃度明顯下降，均值能夠保持在10mg/L左右。深度處理設施一般可采用反硝化深床濾池、曝氣生物濾池、濾布濾池、活性砂濾池等，當要求出水總氮≤10mg/L時，一般采用反硝化深床濾池；當要求出水總氮≤5mg/L時，一般采用硝化反硝化曝氣生物濾池+濾布濾池。

區(qū)域內(nèi)主要污水處理廠總氮現(xiàn)狀出水標準為15mg/L，通過主體工藝優(yōu)化和強化深度處理措施，本次研究主要分析將污水廠TN出水濃度降低10%（13.5mg/L）、20%（12.0mg/L）、30%（10.5mg/L）、40% （9.0mg/L）、50% （7.5mg/L）共5種情景對于水體總氮改善的效果。

3.2農(nóng)田退水零直排區(qū)建設

農(nóng)業(yè)面源污染由于分布范圍廣、發(fā)生的隨機性和排放的間歇性等特點，已成為中國環(huán)境污染治理領(lǐng)域普遍面臨的難題。針對農(nóng)田退水問題，一般利用現(xiàn)狀的溝塘，結(jié)合水生植物群落和工程設施的配置，建設氮磷攔截溝渠、生態(tài)氧化塘、地表徑流集蓄池等設施。根據(jù)《關(guān)于長江三角洲地區(qū)推進稻田退水零直排工程建設的建議》（梁新強等），本項目擬采用農(nóng)田退水零直排區(qū)建設的模式進行治理，該模式是將生態(tài)攔截溝、生態(tài)凈化帶、生態(tài)調(diào)蓄塘、“三池兩壩”等技術(shù)進行集成，充分利用現(xiàn)有坑塘、河道，通過具有良好污染削減效果的水生植物的布置，實現(xiàn)農(nóng)田退水的有效處理。

靈江流域范圍內(nèi)的農(nóng)田面積共計117430畝，本次研究考慮在5%（5871.5畝）、10%（11743.0畝）、15%（17614.5畝）、20%（23486.0畝）、25%（29357.5畝）的農(nóng)田范圍內(nèi)進行農(nóng)田退水“零直排區(qū)”建設。

3.3植被緩沖帶建設

植被緩沖帶作為一種面源污染攔截措施被廣泛使用，它通過過濾、截留等物理過程以及植物吸收、微生物降解等生化過程實現(xiàn)污染物的削減。同時，植被緩沖帶還具有良好的生態(tài)效益，包括增加護岸穩(wěn)定性、營造動物棲息地、保護提升生物多樣性、改善生態(tài)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)小氣候等。植被緩沖帶一般包括“喬木+灌木+地被”、“喬木+地被”、“灌木+地被”以及“地被”等4種類型。根據(jù)相關(guān)文獻報道，植被緩沖帶對污染物的去除效率在75%～85%左右，一般寬度在10～20m左右能發(fā)揮較大的效益，此后隨著寬度的增加，凈化能力趨于飽和，污染物去除率沒有明顯增加。因此本項目擬設置植被緩沖帶的寬度為15m，在靈江沿岸設置10km、20km、30km、40km、50km等5種不同長度的植被緩沖帶，優(yōu)先布置于城鎮(zhèn)人為活動頻繁的區(qū)域。

4分析與討論

研究共設計了污水處理廠出水標準提升10%、20%、30%、40%、50%，農(nóng)田退水“零直排區(qū)”建設面積占總農(nóng)田面積的5%、10%、15%、20%、25%，植被緩沖帶建設長度10km、20km、30km、40km、50km等15種情景方案。（見表2）

從污染源削減率測算結(jié)果來看：（1）從不同類型措施削減效果來看，污水處理廠提標改造>植被緩沖帶建設>農(nóng)田退水零直排區(qū)建設；（2）污水處理廠提標和農(nóng)田退水零直排區(qū)建設的污染物削減效果與措施布置的程度呈現(xiàn)線性正相關(guān)的關(guān)系；緩沖帶削減率則表現(xiàn)出不同的特征，隨著植被緩沖帶布置長度的增加，污染物削減量不斷增加，但是當緩沖帶長度大于30km時，污染物削減量的增加不再明顯，這主要由于各區(qū)域的城鎮(zhèn)徑流污染差異較大，而植被緩沖帶一般優(yōu)先布置于污染負荷大的區(qū)域，后期基本布置于污染量較小的區(qū)域，表明措施優(yōu)先布置于重點污染區(qū)具有更好的效益。（3）各類措施對區(qū)域總氮污染物的削減效果基本都在10%以下，表明單項措施對區(qū)域總氮污染負荷的削減程度較低，在實際治理過程中應當采用多措施聯(lián)合治理。（見圖3）

研究引入成本效益值進行分析，成本效益值表示單位成本污染負荷削減量，該值越高，則說明該措施在相同投資下能夠削減更多的污染物，具有更好的環(huán)境效益。從各項措施成本效益值來看，污水處理廠提升改造成本效益最高，農(nóng)田退水零直排區(qū)建設相對較低。（1）當TN出水濃度下降40%時，成本效益值最高，這是由于隨著總氮出水濃度的進一步下降，污水廠的建設成本會大幅增加，導致成本效益值的降低。（2）農(nóng)田退水零直排區(qū)建設措施的污染物削減及措施成本與治理面積呈正比關(guān)系，因此不同情境下成本效益值不變，均為27.31t／億元。（3）植被緩沖帶的成本效益值隨著長度的增加而不斷減少，但是植被緩沖帶不僅有污染物削減的環(huán)境效益，還具有營造生境、提升生物多樣性、岸帶修復等各類生態(tài)效益，在有條件的區(qū)域仍然建議盡可能開展植被緩沖帶的布置。（見圖4）

5結(jié)束語

隨著生態(tài)文明建設和“美麗浙江”建設的不斷深入，生活污水和工業(yè)廢水得到有效地收集和處理。污水處理廠尾水污染、城鎮(zhèn)徑流污染和農(nóng)田面源污染逐步成為靈江流域總氮污染的主要來源。從措施效果來看，污水處理廠提標改造對總氮的削減效果最為明顯。各類措施對區(qū)域總氮污染物的削減效果基本都在10%以下，表明單項措施對區(qū)域總氮污染負荷的削減程度較低，應當考慮綜合施策，同步削減各類污染源。在資金有限的情況下，應當優(yōu)先考慮將總氮控制措施布置于重點污染區(qū)域，進而實現(xiàn)較高的成本效益。通過不同情景方案下措施污染物削減效果和成本效益值的研究，可為靈江流域總氮污染控制提供決策參考。