新时代粤港澳大湾区智能制造工业区氮磷排放特征研究

周嘉玲

（佛山市顺德生态环境监测站，广东 佛山 528300）

氮和磷是水中的主要营养元素，它们在大气、生物圈、岩石圈和水圈中的各种形态的迁移和转化构成了氮（N）和磷（P）的物质循环。此外，这些循环过程严重受到人类活动的影响[1]。研究表明，来自点源和非点源的过量N 和P 输入都会损害地表水质量[2]。总氮（TN）和总磷（TP）是影响水和沉积物中氨氧化细菌群落的主要因素[3]。过量的TN 和TP 会导致水体富营养化，使水生生物大量繁殖，改变生物的种类和数量，破坏水生生态系统的平衡。因此，分析地表水中N 和P 的含量及其污染状况，是制定营养盐污染水体控制措施的基础。同时，氨氮（NH3-N）是水中TN 的重要成分。过量NH3-N 会抑制硝化作用，毒害水生生物，威胁人体健康。

粤港澳大湾区是我国经济的中心区域之一，佛山市顺德区是该区域具有代表性的智能制造工业聚集地，美的、格兰仕、海信等多家国际知名智能制造企业总部均坐落于此，随着城市化的不断推进，人们需要时刻关注氮磷排放引起的污染问题。21 世纪初，我国就开始对地表水水质进行严格管控。但是，近年来，珠江三角洲地表水资源仍然存在氮磷污染问题，人为输入引起污染水平波动[4]。目前，顺德区水系氮磷的研究较少，有必要系统研究顺德区氮磷污染排放。因此，本文以粤港澳大湾区的典型智能制造工业区佛山市顺德区作为研究对象，探索氮磷污染排放的时空变化规律，为城市水环境治理和生态保护提供决策支持。

1 材料和方法

1.1 样品采集

截至2021 年底，佛山市顺德区辖4 个街道（大良、容桂、伦教、勒流）和6 个镇（陈村、均安、杏坛、龙江、乐从、北滘）。以佛山市顺德区为研究区，收集2021 年四个季度13 家城市生活污水处理厂各排放口的监测数据。各污水处理厂二级处理工艺均设置厌氧段和好氧段，采用的工艺为常见的氧化沟、厌氧-缺氧-好氧法（A2O）、循环活性污泥工艺（CAST）和交替式生物反应池等。为满足提标改造要求，各污水处理厂设置三级工艺进行深度处理。涉及的工艺包括滤布过滤器、深床过滤器、砂石过滤器等，采用紫外线进行消毒。所有水样均根据《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91—2002）在各污水处理厂排放口进行采集，水样根据《水质采样 样品的保存和管理技术规定》（HJ 493—2009）进行保存。

1.2 仪器设备

仪器设备主要有6 类。一是分光光度计；二是气相分子吸收光谱仪；三是高压蒸汽消毒器；四是具塞比色管（容积50 mL）；五是比色皿（规格20 mm 和30 mm）；六是分析天平。

1.3 指标测定方法

总氮用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法测定，氨氮用纳氏试剂比色法测定，总磷用钼酸铵分光光度法测定。

1.4 数据分析方法

使用Excel 软件和SPSS 13.0 软件对氮磷污染排放特征进行统计分析，并采用ArcMap 软件对其进行空间分析。

2 结果与讨论

2.1 顺德区TN、NH3-N、TP 排放的空间分布特征

如图1 所示，顺德区2021 年TN、NH3-N、TP 排放的空间分布特征有所不同。顺德区TN 排放量较大的地区是容桂、勒流、大良，排放量分别为273.29 kg、229.73 kg、199.63 kg，分别占全区排放量的20.5%、17.2%、15%；北滘、龙江、乐从TN 排放量接近，占全区排放量的比重均为10%左右；均安、杏坛、伦教TN 排放量介于75～100 kg，分别占全区排放量的6.9%、7.3%、5.5%；陈村TN 排放量最小，仅占全区排放量的0.85%。NH3-N 排放量较大的地区为容桂和大良，排放量分别为12.74 kg 和11.13 kg，占比分别为27.5%和24%；勒流和杏坛NH3-N 排放量次之，分别占全区的18%和11%；陈村、乐从、伦教、龙江、均安、北滘的NH3-N 排放量均较低，均占全区排放量的2%～4%。TP 排放量较大的地区是容桂、大良，排放量分别为13.71 kg、10.27 kg 和8.03 kg，分别占全区排放量的25.6%、19.2%和15%；勒流TP 排放量次之，占全区排放量的9%；龙江、杏坛、伦教、北滘和乐从的TP 排放量接近，排放比例均为5%左右；陈村TP 排放量最小，仅占全区排放量的0.7%。总体来看，TN、NH3-N、TP 排放量集中在容桂，氮磷排放量的空间分布特征与顺德区工业和人口分布大致相符。

图1 TN、NH3-N、TP 排放量区域分布

2.2 顺德区TN、NH3-N 排放季节性变化

2021 年，顺德区TN、NH3-N 排放浓度水平如图2、图3 所示。

图2 TN 各季节排放浓度水平（圆点表示单次测定值）

图3 NH3-N 各季节排放浓度水平（圆点表示单次测定值）

春季，TN 排放浓度保持在1.35～9.47 mg/L；夏季，TN 排放浓度保持在1.10～6.70 mg/L；秋季，TN排放浓度保持在2.11～8.46 mg/L；冬季，TN 排放浓度保持在1.30～5.13 mg/L。春季、夏季、秋季和冬季的TN 排放浓度中位数分别为5.22 mg/L、3.90 mg/L、4.56 mg/L、3.34 mg/L，各季节TN 排放浓度的四分位距（IQR）分别为4.09、1.98、3.01、1.55。春季，NH3-N 排放浓度保持在0.013～0.659 mg/L；夏季，NH3-N 排放浓度保持在0.013～0.661 mg/L；秋季，NH3-N 排放浓度保持在0.013～0.228 mg/L；冬季，NH3-N 排放浓度保持在0.013～0.963 mg/L。春季、夏季、秋季和冬季的NH3-N 排放浓度中位数分别为0.63 mg/L、0.44 mg/L、0.42 mg/L、0.55 mg/L，各 季节NH3-N 排放浓度的四分位距分别为0.039、0.073、0.063、0.143。

随着季节变化，TN 和NH3-N 排放浓度由高到低的排序均为春季＞冬季＞秋季＞夏季。经分析，春冬两季平均气温较低，污水处理厂对污染物的去除率受季节和温度影响较大，当温度较低时，反硝化细菌的活性受到一定抑制，导致硝化和反硝化速率不稳定，进而引起脱氮效率降低，使氮排放浓度偏高；夏秋两季气温更适合污水处理系统的硝化和反硝化细菌繁殖，其活性较高，所以脱氮效果更好，氮去除率更高，氮排放浓度较低[5]。

2.3 顺德区TP 排放季节性变化

2021 年，顺德区TP 排放浓度水平如图4 所示。

图4 TP各季节排放浓度水平（圆点表示单次测定值）

春季，TP 排放浓度保持在0.05～0.46 mg/L；夏季，TP 排放浓度保持在0.01～0.38 mg/L；秋季，TP排放浓度保持在0.05～0.29 mg/L；冬季，TP 排放浓度保持在0.09～1.60 mg/L。春季、夏季、秋季和冬季的TP 排放浓度中位数分别为0.22 mg/L、0.08 mg/L、0.12 mg/L、0.18 mg/L，各季节TP 排放浓度的四分位距分别为0.12、0.15、0.04、0.11。TP 排放浓度变化趋势与氮元素一致，随着季节变化，由高到低的排序为春季＞冬季＞秋季＞夏季，但整体来看，排放浓度波动不大，各季节TP 排放浓度的四分位距均在0.15以内，各个季节排放浓度较为稳定。

3 结论

本研究以粤港澳大湾区智能制造工业聚集地佛山市顺德区为例，调查城市污水处理厂氮磷污染排放的时空变化规律，揭示智能制造工业区氮磷污染排放特征，这对其他工业城市的水污染控制具有借鉴意义。顺德区各地氮磷排放的空间分布存在显著差异。TN排放量最大的区域为容桂，其排放量占全区排放量的20.5%，其他地区TN 排放量由大到小的排序为勒流、大良、北滘、龙江、乐从、均安、杏坛、伦教、陈村；顺德区NH3-N 排放量最大的区域是容桂，占全区排放量的27.5%，其他地区NH3-N 排放量由大到小的排序为大良、勒流、杏坛、陈村、乐从、伦教、龙江、均安、北滘；顺德区TP 排放量最大的区域是容桂，占全区排放量的25.6%，其他地区TP 排放量由大到小的排序为大良、均安、勒流、龙江、杏坛、伦教、北滘、乐从、陈村。顺德区内TN、NH3-N、TP 排放量最大的区域均为容桂，氮磷排放的空间分布特征与顺德区工业企业布局大致吻合。氮磷污染排放受季节变化影响，其排放浓度从高到低的排序均为春季＞冬季＞秋季＞夏季。NH3-N 和TP 的排放浓度相对稳定，春季TN 排放浓度明显高于其他季节。整体来看，环境水体中氮磷污染与城市工业布局和人口稠密度密切相关。