嘉兴市水污染源解析及等标污染负荷评价*

庄 犁 周慧平 常维娜 逄 勇

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院， 南京 210044；2.南京环境科学研究所， 南京 210042； 3.河海大学环境学院， 南京 210098)

嘉兴市水污染源解析及等标污染负荷评价*

庄 犁1,2周慧平2常维娜1逄 勇3

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院， 南京 210044；2.南京环境科学研究所， 南京 210042； 3.河海大学环境学院， 南京 210098)

研究水环境污染的主要来源及主要污染物，对于区域水污染治理具有重要意义。本文通过分析嘉兴市各类污染物入河量，以及污染物等标排放量的计算，得出了嘉兴市水环境污染的主要污染物和主要污染源。结果表明，嘉兴市面源污染物的入河量大于点源，畜禽养殖是面源污染的主要来源，也是总磷的主要来源。点污染的主要来源是城镇生活，其中，桐乡市污染物入河量最大，各区县的污染物入河量总体服从桐乡市>南湖区>嘉善县>平湖市>海宁市>秀洲区>海盐县的分布。等标污染负荷的方法显示：嘉兴市的主要污染源是畜禽养殖、城镇生活和农田；总氮、氨氮和总磷为主要污染物。

水污染；源解析；等标排放量；等标污染负荷

水污染源解析一直是水污染控制研究的热点[1]。确定了水污染的来源种类及其相对贡献，就可以针对性地制定相关治理措施，从而起到事半功倍的效果。目前，水污染源解析的研究主要有两种类型：一是以省市行政区为对象，分析水污染物的来源与空间分布[2-4]；二是以流域为对象，分析各子流域或流域不同部位对污染输出的相对贡献[5-7]。

已有研究大多只是单一地讨论点源及面源的污染情况，对各污染来源贡献的比较也多以各污染物的绝对量分析为主，分析其在不同来源或不同区域上的贡献比例，较少关注不同污染物对于水环境污染的相对重要性，缺乏对不同污染物之间的比较，结果难以为污染源的削减提供全面、科学的依据。本文以浙江嘉兴市为例，通过对污染物入河量的计算，分析了嘉兴市水环境污染物的主要来源及其空间分布特征；为了反映不同污染物对水环境污染的相对重要性，采用等标污染负荷法[8]得出了治理嘉兴市水环境污染需要优先考虑的几种污染物和污染源，以期为嘉兴市水环境综合治理提供参考。

1 研究区概况

嘉兴市位于浙江省东北部、长江三角洲杭嘉湖平原腹心地带，是长江三角洲重要城市之一，下辖平湖、桐乡、海宁三市，海盐、嘉善二县及南湖、秀洲两区。2011年末全市总人口453.10万人，国民生产总值2 668.06亿元。近年来嘉兴市经济发展迅速，产业结构不断调整，但是仍然存在着不少问题，其中畜禽养殖业问题最为突出。嘉兴市的畜禽养殖业总量大、散户多、局部养殖密度高，已明显超出了环境承载能力。2013年3月发生了严重的大规模死猪遗弃事件，对嘉兴乃至上海市水环境产生了严重影响，引起了社会的广泛关注，再一次敲响了嘉兴市水环境保护的警钟。

2 研究方法

根据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》以及嘉兴市相关部门所能提供的数据，本文选取的污染物排放指标为COD、NH3-N、TN和TP。污染物入河量计算的基本方法为：污染物排放量与相应入河系数的乘积。其中，污染物又分为点源污染物和非点源污染物。点源污染物的排放可以由排污口直排的污染物量和污水处理厂处理后的污染物排放量相加得到。非点源污染物因为起源分散，故没有直接的数据来源，需要统计污染物排放主体的数量，然后与相应的产污系数相乘，产污系数参考《第一次全国污染源普查产排污系数手册》和公开发表的相关研究成果。

2.1 数据采集

分别收集嘉兴市各行政区基础数据，包括：嘉兴市人口资料、污水厂资料、生活污水资料、工业污染源资料、农业资料和相关水生态资料。其中，人口资料来源于嘉兴市各县市2012年统计年鉴和嘉兴市2010年人口普查资料(嘉兴市统计局提供)；污水厂资料来自2011年嘉兴市环统数据库；生活污水资料由各县市生态办和爱卫办提供；工业污染源由嘉兴市环境保护局提供的2011年环境统计数据；农业资料由嘉兴市统计局和农经局提供；相关水生态资料由各县市环保局、水利局、环境监测站、水环境治理办公室提供相关规划及资料。

2.2 污染物入河量计算

(1) 城镇生活污染物入河量

W生1=(N城镇×α1-W污)×β2×365/106

(1)

W污=接入污水处理厂的污水量×(污水厂接管浓度-污水厂排放浓度)

(2)

式中：W生1为城市生活污染物入河量，t/a；N城镇为城市人口数，人；α1为城市生活排污系数[9]，g/人·d；β2为城市生活入河系数，取值0.8。城镇生活污染源排污指数见表1。

表1 城镇生活污染源排污系数 g/人·d

(2) 农村生活污染物入河量

W生2=N农×α2×β3×365/106

(3)

式中：W生2为农村生活污染物入河量，t/a；N农为农村人口数，人；α2为农村生活排污系数(按城镇生活的0.6取值)，g/人·d；β3为农村生活入河系数[9]，取值0.3。

(3) 工业污染源入河量

W工业=(N直排+N污水厂)×β

(4)

式中：W工业为工业污染物入河量，t/a；N直排为直接排放的工业污染物排放量，t/a；N污水厂为污水厂处理后的工业污染物排放量，t/a；β为工业污染物入河系数[10]，取值0.8。

(4) 农田污染物入河量

W农=M×α3×β4×γ1/1000

(5)

式中：W农为标准农田污染物入河量，t/a；M为标准农田面积，亩；α3为标准农田排污系数，kg/亩·a；β4为标准农田入河系数[11]，取值0.2；γ1为修正系数。标准农田指的是平原、种植作物为小麦、土壤类型为壤土、化肥施用量为25～35kg/亩·a，降水量在400～800mm范围内的农田。对于其他农田，用修正系数γ1修正，其值由实地考察调研确定。农田排污系数见表2。

表2 农田排污系数 kg/亩·a

(5) 畜禽养殖污染物入河量

(6)

式中：W畜禽为畜禽养殖污染物入河量，t/a；δ1为畜禽个体日产粪量，kg；T为饲养期，d；N畜禽为饲养数，头(只)；α4为畜禽粪中污染物平均含量，g/kg；δ2为畜禽个体日产尿量，L；α5为畜禽尿中污染物平均含量，g/L；q去除为养殖场污染物平均去除率；β5为畜禽养殖入河系数[12]，取值0.2。

(6) 水产养殖污染物入河量

W水产=M×P×β6×365/106

(7)

式中：W水产为水产养殖污染物入河量，t/a；M为产量，kg；P为排污强度，g/kg；β6为水产养殖入河系数[13]，取值0.3。水产养殖排污强度见表3。

表3 水产养殖排污强度表 g/kg

2.3 污染物等标排放量计算

污染物入河量可以很好的反映各污染物不同来源的分布，但是不同污染物对受纳水体受污染的重要性不同，单纯的入河量上的比较就很难反映不同污染物对水体的影响程度，而采用等标排放量指标能够有效地分析不同污染物对水体污染的相对重要性。

(8)

式中：SPi为污染物i的等标排放量，L/a；RQi为污染物i的实物排放量，t/a；C0i为污染物i基于水环境功能区分的水质控制类别标准(为了便于对比不同水环境功能区下各污染物对水体污染的相对重要性，故统一按照GB3838—2002《地表水环境质量标准中Ⅲ类标准》进行计算)，mg/L。

3 结果与讨论

3.1 污染物入河量分析

从嘉兴市各污染源污染物入河总量上看(表4)，面源污染物的入河量大于点源，其中面源的COD占总量的57.0%，氨氮占总量的57.6%，总氮占总量的61.5%，总磷占总量的78.7%；对于点源，城镇生活污水排放的污染物量远大于工业来源，各污染物占点源总量的55.5%～81.1%；而畜禽养殖是面源污染的主要来源，各污染物占面源总量的44.9%～71.8%。对于不同污染物，来源于城镇生活与畜禽养殖的入河量占总量的比例较高，两者合计占到总量的60.5%～73.8%。其中，城镇生活与畜禽养殖COD的入河量基本相当，城镇生活氨氮和总氮的入河量相对较高，而畜禽养殖的总磷入河量远远大于城镇生活以及其它来源。

从各区县污染物入河量分布上看(图1)，COD、氨氮、总氮、总磷的入河量均以桐乡市最大，分别占总量的17.38%、18.92%、19.59%、17.45%。各区县COD、氨氮、总氮的入河量顺序均为桐乡市>南湖区>嘉善县>平湖市>海宁市>秀洲区>海盐县；而总磷的入河量略有差别：桐乡市>南湖区>嘉善县>海宁市>平湖市>海盐县>秀洲区。

表4 各类污染源入河量 t/a

3.2 等标污染负荷评价

计算各地区不同污染物的等标排放量，再分别除以污染物等标排放总量，得到各污染源等标负荷比(表5)。遵循污染源评价经验[14]，按照污染物或污染源等标污染负荷比由大到小排列，分别计算其累计百分比，规定百分比累计到80%的污染物和污染源为主要污染物或主要污染源。由此得到，嘉兴市2011年的主要污染物是总氮、氨氮和总磷，其等标污染负荷比分别为45.47%、28.24%和14.03%；主要污染源为畜禽养殖、城镇生活和农田；等标污染负荷比分别为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，在等标排放量中却是最小。说明COD的排放量虽然很大，但是对于水环境恶化的影响不是最强的，反而是最小的；同样，总磷的入河量虽然小，但是对水环境的影响却是不可忽视的。

(a) COD

(b) 氨氮

(c) 总氮

(d) 总磷图1 嘉兴市各区县污染物入河量

表5 污染物等标污染负荷比

4 结论

嘉兴市面源污染物的入河量大于点源。对于点源，城镇生活污水排放的污染物量远大于工业来源；而畜禽养殖是面源污染的主要来源。来源于城市生活与畜禽养殖的入河量占总量的比例较高；畜禽养殖的总磷入河量远远大于城镇生活以及其它来源。

COD、氨氮、总氮、总磷的入河量均以桐乡市最大。各区县COD、氨氮、总氮的入河量顺序均为桐乡市>南湖区>嘉善县>平湖市>海宁市>秀洲区>海盐县；总磷略有差别。

等标污染负荷分析表明：嘉兴市的主要污染源是畜禽、城镇生活和农田；总氮、氨氮和总磷为主要污染物。

致谢：感谢嘉兴市水环境综合治理工作领导小组办公室为数据资料收集提供的帮助。

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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

* 国家自然科学基金(NO.41101496)，江苏省自然科学基金(BK2011080)

2014-10-22；2014-12-04修回

庄犁，男，1991年生，硕士研究生，研究方向：流域水污染控制与环境管理。E-mail：zhuangli2013@sina.com

周慧平。E-mail：zhp@nies.org

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