典型入海河流總氮污染控制對策研究

羅濤 常艦 李欲如

關鍵詞：入海河流；總氮；控制對策

前言

近年來，近岸海域水環境質量已經成為社會各界關注的熱點。伴隨陸域開發規模與強度持續加大，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《2019年浙江省生態環境狀況公報》，浙江省近岸海域水體總體呈中度富營養化狀態，主要超標因子為無機氮。相關研究顯示，河流人海所攜帶的營養鹽占人海營養鹽總量的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，對近岸海域水質影響較大。為改善近岸海域及人海河流水環境質量，開展靈江流域污染源調查及污染負荷核算，基于污染核算結果，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，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。

靈江流經古城、江南、大洋、邵家渡、汛橋、涌泉、沿江等8個鎮（街），區域經濟發達，人口密集，頻繁的人為活動使得大量污染物進入靈江，影響了靈江的水環境質量，為流域水環境質量改善帶來壓力。（見圖1）

1.2水質情況

收集到靈江干流2019年至2021年月均總氮監測數據，包括望江門（上游）、渡頭范（中游）以及西岑道頭（下游）等3個水質監測斷面。從靈江上游至下游分布來看，總氮濃度呈現明顯增加的趨勢，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、人口密集區以及主要工業園區而過，表明沿河排入的農業、生活、工業等污染源對于靈江水質具有明顯影響。

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：根據直排進入靈江的4座污水處理廠的設計規模及尾水排放標準進行確定，4座污水廠尾水總排放規模為3544.15萬m3／年，均執行《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》（DB 33/2169-2018）表1標準。（2）未處理的城鎮生活污染人河量：根據相關部門統計資料，靈江流域仍有10%的城鎮生活污水尚未收集處理，基于區域生活污染排污系數進行計算。（3）農村生活污染量：農村人口數據來源于《臨海統計年鑒》，農村生活污水主要分成2個部分：一部分是經農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）工業污染量：工業企業的污水主要有2個去向，一部分企業污水進入城鎮污水廠，一部分直接排人自然水體。由于進入城鎮污水廠的人河污染量已經納入到城鎮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）種植業污染量：采用輸出系數法，依據《農業污染源產排污系數手冊》（2021年6月）中種植業氮磷排放（流失）系數進行污染量計算。（6）畜禽養殖污染入河量：畜禽養殖業污染源資料來源于臨海市統計局提供的養殖量數據，依據《農業污染源產排污系數手冊》（2021年6月）中畜禽排污系數進行污染量測算。（7）水產養殖污染量：水產養殖業污染源資料來源于臨海市港航口岸和漁業管理局提供的養殖量數據，主要養殖種類為魚類和對蝦．根據《農業污染源產排污系數手冊》（2021年6月）中水產養殖排污系數進行污染量測算。（8）城鎮徑流污染量：城鎮地表徑流對水體水質的影響日益突出，城鎮地表徑流中污染物的濃度不同時段不同地區不盡相同，變化幅度比較大，采用文獻中數據對不同類型下墊面地表徑流產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：一是城鎮生活污水，是污水廠污水來源的主要部分；二是部分企業的生產廢水；三是距離城鎮污水干管較近的農村生活污水處理終端的尾水。農業污染、城鎮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。農業污染則以種植業污染為主，靈江兩岸存在大量農田，以水稻、小麥、蔬菜、瓜果種植為主；畜禽養殖和水產養殖占比較小，表明近些年臨海市開展的養殖業規范化整治工作取得成效，養殖量大大減少。靈江穿臨海市主城區而過，大量硬質化的建成區導致區域城鎮徑流污染占比較高。靈江流域農村生活污水處理終端共有244個，行政村覆蓋率達到80.5%，農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。工業污染占比普遍較低，其中位于靈江下游的涌泉鎮人河量相對較高。邵家渡街道和沿江鎮由于農田面積較大，且位于靈江兩岸，種植業總氮污染較大。位于主城區的古城街道、大洋街道和江南街道城鎮徑流總氮污染明顯偏高，這也是城鎮化后土地大量硬質化的必然結果。

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、農田面源污染和城鎮徑流污染，因此針對性的提出了污水處理廠提標改造、農田退水零直排區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。

區域內主要污水處理廠總氮現狀出水標準為15mg/L，通過主體工藝優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農田退水零直排區建設

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

靈江流域范圍內的農田面積共計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）的農田范圍內進行農田退水“零直排區”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污染物的削減。同時，植被緩沖帶還具有良好的生態效益，包括增加護岸穩定性、營造動物棲息地、保護提升生物多樣性、改善生態系統、調節小氣候等。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。根據相關文獻報道，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，優先布置于城鎮人為活動頻繁的區域。

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%，農田退水“零直排區”建設面積占總農田面積的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>農田退水零直排區建設；（2）污水處理廠提標和農田退水零直排區建設的污染物削減效果與措施布置的程度呈現線性正相關的關系；緩沖帶削減率則表現出不同的特征，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，這主要由于各區域的城鎮徑流污染差異較大，而植被緩沖帶一般優先布置于污染負荷大的區域，后期基本布置于污染量較小的區域，表明措施優先布置于重點污染區具有更好的效益。（3）各類措施對區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，農田退水零直排區建設相對較低。（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）農田退水零直排區建設措施的污染物削減及措施成本與治理面積呈正比關系，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效益，在有條件的區域仍然建議盡可能開展植被緩沖帶的布置。（見圖4）

5結束語

隨著生態文明建設和“美麗浙江”建設的不斷深入，生活污水和工業廢水得到有效地收集和處理。污水處理廠尾水污染、城鎮徑流污染和農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，應當優先考慮將總氮控制措施布置于重點污染區域，進而實現較高的成本效益。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。