以深圳市为例的超大型城市工业废水排放特征分析

孙敬锋，高晨宇，李静思，李红桔，尹 娟，赵 鑫

（1.深圳市生态环境技术审查中心，广东深圳 518034；2.深圳市山水乐环保科技有限公司，广东深圳 518172；3.深圳市广汇源环境水务有限公司，广东深圳 518003）

工业废水是我国废水排放的主要来源，根据环 境统计公报，2019年我国工业废水的产生（治理）量占全部废水产生（治理）量的37%。工业废水成分复杂，含有大量的重金属、氟化物、氰化物、氮、磷等污染物质，流入水体会造成环境中污染物的种类和浓度增加，造成严重的、不可逆的污染〔1〕，威胁生态环境安全。若此类废水进入饮水区被人误饮，会严重威胁人类健康〔2〕，因此工业废水已成为亟待解决的重大环境问题之一〔3〕。

目前，工业废水仍然是深圳市主要的污染物排放源，显著影响着周边的水环境质量与环境安全〔4〕。随着经济的快速发展，深圳市水污染排放量不断增加，处理压力不断增大〔5−6〕。自20世纪90年代以来，国内外众多学者开始对环境污染、技术创新和产业结构的关系进行研究〔7〕。王青等〔8〕运用Granger因果检验方法分析产业结构对环境污染的影响，发现工业产业是影响环境污染的最大因素。G. M.GROSSMAN等〔9〕分析了环境污染的影响因素，发现技术创新在改善环境质量中发挥着重要作用。李斌等〔10〕通过对中国37个工业行业2001—2009年的污染排放数据进行分析，发现纯生产技术效应、纯污染治理技术效应在污染减排过程中占据了主导地位，而结构产生技术效应和结构治理技术效应对污染减排 起 到 了 促 进 作 用。M. LINDMARK等〔11−12〕研 究 了产业结构与环境污染的关系，发现产业结构的调整能够带来产业间资源的合理分配，使资源得到充分利用从而降低环境污染。王菲等〔13〕利用工业结构特征偏向指数和1995—2010年各省29个制造业行业的相关数据，定量分析了工业结构演变与环境变化之间的关系，发现工业结构是影响区域环境质量的重要因素。

上述研究均是从宏观角度泛泛地指出产业结构在一定程度上能够显著影响污染排放及带来的污染负荷量变，缺乏对产业结构整体性和结构性的分析，也未能从超大型工业化城市管理角度出发，从产业规划与布局的层面对污染产生与控制过程进行归纳与探讨。深圳市是工业总产值排名全国第一的超大型工业城市（41 341.32亿元），对其工业污染排放特征的比较分析具有重要的实践意义。笔者以深圳市为例，利用第二次全国污染源普查数据和环境统计数据分析了深圳市产业结构对水污染物排放总量及环境污染负荷的影响，并与国内其他大城市进行对比，据此提出行之有效的水污染控制建议，为大型工业化城市的水污染管理与控制提供技术和政策支持。

1 研究方法

1.1 研究范围

本研究选择深圳市辖10个行政区（罗湖区、福田区、南山区、盐田区、龙岗区、宝安区、龙华区、坪山区、光明区、大鹏新区），同时以北京、上海、广州、天津、重庆、武汉、厦门、杭州作为对照城市进行考察。

1.2 数据来源

本研究数据来源于2018年深圳市环境统计数据、第二次全国污染源普查数据。企业行业类别参照《国民经济行业分类》（GB/T 4754—2017）。

1.3 分析方法

收集整理2018年深圳市全市环境统计的数据，将企业按不同行业分类，统计分析各行业COD、NH3−N、TN 3个常规污染物排放数据以及石油类、挥发酚、氰化物、总铬4个非常规污染物排放数据，进而分析深圳市水污染物的行业排放特征。应用Arc⁃GIS软件对COD、NH3−N、TN排放进行空间分析，研究其空间分布特点，并计算各区环境污染综合评价指数（EPI）。对比深圳与北京、上海、广州、天津、重庆、武汉、厦门、杭州8个城市第二次全国污染源普查数据，分析深圳市的产业结构和污染控制措施所带来的工业水污染控制效果。

COD、NH3−N、TN的指标性质、数量级和对环境的影响程度均有差异，笔者采用熵值法〔14〕对3种水污染物进行标准化处理，构建深圳市各区环境污染综合评价指数（EPI）〔15−16〕。EPI值越小说明污染物综合排放量越大。计算见式（1）～式（5）。

式中：xi，j——行政区i第j项污染物排放指标的标准化值；

Xi，j——行 政区i第j项污染 物 排放指 标 值；

Xmax，j——第j项 污 染 物 指 标 的 最 大 值；

Xmin，j——第j项污染物指标的最小值；

Ri，j——行政区i第j项污染物排放指标占比；

m——行政区总数；

n——污染物指标总数；

Gj——变异系数；

wj——第j项污染物排放指标在环境污染综合评价指数中的权重；

EPIi——行政区i的环境污染综合评价指数。

2 结果与分析

2.1 行业特征

2.1.1 行业分布状况

根据2018年深圳市环境统计数据，深圳市涉水污染物排放的工业企业共1 104家，行业覆盖生物质能发电、电子电路制造、金属表面处理及热处理加工、牲畜屠宰、棉印染精加工、计算机零部件制造等共173个，深圳市各区行业数量分布如图1所示。

图1 深圳市各行政区行业数量Fig. 1 Number of industries in each administrative district of Shenzhen

由图1可知，行业数量排名前4的区域分别为宝安区、光明区、龙岗区、坪山区，行业数量分别为81、68、57、52个。根据深圳市各区产业分布〔17〕可知，宝安区产业结构以战略性新兴产业为先导、电子信息产业为龙头、装备制造业和传统优势产业为支撑；光明区构建了以智能产业、新材料产业、生命科学产业为主导，以特色服务产业为支撑的“3+1”产业体系；龙岗区聚集了信息通信技术、人工智能物联网、新能源、生命科学、电子元器件等产业集群；坪山区形成了生物、新能源（汽车）、新一代信息技术及智能制造等三大主导产业集群。

2.1.2 污染物主要排放行业

按照《国民经济行业分类》（GB/T 4754—2017）将环境统计数据中的企业按照行业归类，根据各企业2018年的COD、NH3−N、TN 3个常规污染物排放量，统计各行业常规水污染物排放量。深圳市工业行业2018年COD、NH3−N、TN排放总量贡献如图2所示。

图2 深圳市工业行业常规水污染物排放贡献Fig. 2 Contribution of Shenzhen’s industrialsector to water pollutant discharge

由图2可知，生物质能发电、电子电路制造、其他智能消费设备制造、金属表面处理及热处理加工、牲畜屠宰等行业是水污染物的主要排放源。生物质能发电行业对COD的贡献占比达31.4%，主要来源是垃圾发电厂，可能原因是生物质在生产和储运过程中有部分排放到环境中，导致水污染，如垃圾渗滤液等。其次是电子电路制造行业、其他智能消费设备制造行业，行业排放占比分别为17.2%、16.4%，主要来源包括各种电镀废水、清洗废水等。电子电路制造行业对NH3−N排放总量的贡献占比达24.5%，这是由于电子电路制造行业刻蚀、电蚀生产工艺会用到氨氮刻蚀液，从而产生氨氮废水。其次为生物质液体燃料生产行业、生物质能发电行业，对排放总量的贡献分别为15.6%、15.3%，主要来源为垃圾收运、处理及发电产生的NH3−N。TN在各行业间分布较为平均，排放量排名前三的行业分别为电子电路制造、牲畜屠宰、生物质能发电，排放量分别占深圳市TN总排放量的17.2%、10.5%、9.6%。除TN排放排名前十的行业外，其余行业TN排放总量占深圳市TN总排放量的28.3%。此外，由图2可以看出，各工业行业TN排放量远大于NH3−N排放量，是由于深圳市对NH3−N的处理主要采用生物法，NH3−N经硝化反应后以硝氮、亚硝氮等形式存在，且在2018年深圳市暂未对工业废水排放的TN进行考核，因此未进一步进行反硝化反应，故TN含量高。

根据各企业2018年的石油类、挥发酚、氰化物、总铬四个非常规污染物排放量，统计各行业非常规水污染物排放量。深圳市工业行业2018年石油类、挥发酚、氰化物、总铬排放总量贡献如图3所示。

图3 深圳市工业行业非常规水污染物排放贡献Fig. 3 Contribution of unconventional water pollutant discharge in Shenzhen’s industrial sector

由图3可知，石油类污染物排放量最大的行业为金属表面处理及热处理加工行业，这是由于该行业前处理废水包括镀前准备过程中的除油、脱脂等工序产生的清洗废水，其主要污染物为高浓度有机物、悬浮物、石油类以及表面活性剂等。挥发酚仅4个行业有排放，分别为涂料制造、电子电路制造、其他建筑和安全用金属制品制造以及其他未列明制造业，其中涂料制造行业挥发酚排放量最大，占到所有行业排放量的70%，主要是由于溶剂型涂料生产中使用酚醛树脂所致。氰化物行业排放量最大的为半导体分立器件制造和电子电路制造行业，其次为金属表面处理及热处理加工行业，主要是由于这些行业有氰化预镀铜、碱性氰化物镀金等氰化电镀工序，会产生较多含氰废水。废水总铬排放量最大的行业为金属表面处理及热处理加工行业，占所有行业排放量的76.7%，这也是由金属表面处理及热处理加工行业的生产工艺特点所决定的，镀铬、镀黑铬、铬钝化、退镀以及塑料电镀前处理粗化、铬酸阳极化、电抛光等工序均会产生含铬废水，因此排放的含铬废水较多。从图3也可看出金属表面处理及热处理加工行业、电子电路制造等第二产业在深圳市的产业结构中占有重要地位。

2.2 空间分布特征

2.2.1 企业空间分布

根据深圳市2018年环境统计数据提供的各企业经纬度信息，绘制深圳市各区企业空间分布，深圳市水污染物排放企业空间分布情况如图4所示。

图4 深圳市水污染物排放企业空间分布Fig. 4 Spatial distribution of water pollutant discharge enterprises in Shenzhen

在空间分布上，工业企业主要集中在深圳市西北部、东北部的宝安区、光明区、龙岗区、坪山区。深圳市南部及东部地区，即南山区、福田区、罗湖区、盐田区、大鹏新区工业企业分布较少。根据图4统计，企业数量排名前四的区域分别为宝安区、龙岗区、光明区、坪山区，企业数量分别为485、159、140、106个。这种分布与深圳市的发展历程有关，中央于1979年设立深圳经济特区，深圳分为经济特区内和经济特区外两部分。宝安区、龙岗区、光明区、坪山区、龙华区属于当时的特区外，由于土地宽广、租金便宜、人口众多、劳动力聚集，吸引了众多中小企业在此设厂。随着经济的快速发展，深圳不再有经济特区内外之分，福田、南山、罗湖等区作为深圳市的中心区域，吸引了一批高科技企业在此聚集，由于高昂的租金、人力成本以及政策等因素使得该区域企业数量相对宝安、光明、龙岗、坪山、龙华等区域较少。

2.2.2 污染物空间分布

将各企业按照所属行政区进行划分，按区统计各类水污染物排放量的空间分布情况，结果如图5所示。

由图5可知，COD排放量排名前4的区分别为南山区、宝安区、光明区、龙岗区，COD排放量分别为1 285.28、1 114.02、770.50、255.37 t，4个区COD排放量占深圳市COD总排放量的91.5%。宝安区和龙岗区的NH3−N、TN排放量均较大，NH3−N排放量分别 为127.04、84.85 t，占 深 圳 市NH3−N总 排 放 量 的64%。TN排放量分别为232.89、148.58 t，占深圳市TN总排放量的58%。3种水污染物的空间排放特征与企业的空间分布特征一致，即企业分布越密集的行政区污染物排放量也越大。

图5 深圳市水污染物排放空间分布Fig.5 Spatial distribution of water pollutant discharge in Shenzhen

2.2.3 空间分布相关性

EPI值是对各行政区COD、NH3−N、TN这3种水污染物排放的综合评价结果，EPI值越小，说明污染物综合排放量越大，污染越严重，反之污染越轻，深圳市各行政区EPI值如图6所示。

图6 深圳市各行政区EPI值Fig. 6 EPI value of each administrative district in Shenzhen

由图6可知，EPI值最小的是宝安区和龙岗区，其次为光明区和坪山区，EPI值最大的为大鹏新区。说明宝安、龙岗、光明、坪山区的污染物综合排放量最大，污染最严重，大鹏新区的污染物综合排放量最小，污染最轻。结合2.2.2节污染物的空间分布，可知3种水污染物综合评价结果与其空间排放特征基本一致。

2.3 城市污染对比

通过分析第二次全国污染源普查数据，了解城市的产业结构及污染物产生情况，并分析两者之间的关系。以北京、上海、广州、深圳、天津、重庆、武汉、厦门、杭州9个国内大城市第二次全国污染源普查数据为例进行对比分析，结果如表1所示。

表1 北京、上海、深圳第二次全国污染源普查数据对比Table 1 Data comparison of the second national pollution source census in Beijing，Shanghai and Shenzhen

由表1可知，国内污染排放较重的行业主要为金属制品业、橡胶和塑料制品业、非金属矿物制品业、专用设备制造业等行业，以第二产业为主。除武汉、北京外，其他城市工业源普查数量均在1万个以上。深圳市工业源普查数量最多，达95 364个，其次为广州、重庆，工业污染源普查数量分别为65 897、53 804个。工业源普查数量越多表明城市中存在的工业企业数量越多。

通过对比不同城市工业源COD、NH3−N、TN的排放量与工业企业数量的关系，分析深圳市在工业水污染控制方面的成效。图7为国内9个超大型工业城市工业源COD、NH3−N、TN的排放量及占比。

图7 各城市COD、NH3-N、TN排放量及占比Fig.7 COD，NH3-N，TN emissions and proportions of each city

结合表1和图7数据可知，北京市第二次全国污染源普查数量仅为深圳市的1/10，但COD和TN年排放总量达到深圳市的1/2，NH3−N年排放总量达到深圳市的1/5；上海市第二次全国污染源普查数量约为深圳市普查数量的2/5，但COD和NH3−N年排放总量达到深圳市COD和NH3−N年排放总量的3倍，TN年排放总量达到深圳市TN年排放总量的2倍多；广州市第二次全国污染源普查数量约为深圳市的2/3，但COD排放总量约为深圳市的2倍；天津市第二次全国污染源普查数量约为深圳市的1/4，但COD排放总量约为深圳市的1.2倍，COD排放量远大于深圳，TN排放量约为深圳市的1/2；重庆、杭州第二次全国污染源普查数量分别约为深圳市的1/2和1/3，但COD排放量分别达到深圳市的6.5倍和3.7倍，重庆市的NH3−N排放量约为深圳市的3.5倍，杭州市的TN排放量约为深圳市的1.2倍，污染物排放量远远大于深圳市；而武汉、厦门两个城市的工业源普查数量远少于深圳，但COD、NH3−N、TN的排放量与深圳相差不多，甚至大于深圳。上述分析可知尽管深圳市工业源普查数量位居国内各大城市之首，但COD、NH3−N、TN排放量相比其他城市来说很少，这得益于深圳市的产业结构和污染控制手段。深圳属于粤港澳大湾区，主导新兴产业与科技创新的服务经济，属于“清洁产业”，污染物的排放量相对较少，能源消耗量少；厦门市、武汉市的产业结构均是以现代服务业为主导、先进制造业为支撑、都市现代农业为基础，污染物排放量较深圳更多；而北京、天津属于京津冀地区，主导能源行业以及尖端制造业经济，上海、杭州位于长三角，主导高端装备制造业经济，位于成渝经济圈的重庆则主导新型工业化产业经济，这种产业结构使得本身污染产生量较深圳更多。同时由于深圳在工业水污染源整治方面下了大力气进行控制，如源头控制，重视生产原料和生产辅料的选择，减少污染物的产生隐患；对于已经产生的废水，采用分类收集、分别处理、加强废水的循环利用；加强对工业废水的监管，实行全覆盖监管，充分利用在线监控等科技手段，开展非现场执法检查和治污设施的实时监管。这一系列污染控制措施加上深圳市的产业结构类型使得深圳市的工业源污染物控制效果相比国内其他超大型工业城市的污染控制效果更好。

3 结论

（1）深圳市COD、NH3−N排放量最大的行业分别为生物质能发电、电子电路制造，排放量分别占总排放量的31.4%、24.5%，TN排放各行业间分布较为平均。金属表面处理及热处理加工行业的石油类和废水总铬污染物排放量最大，涂料行业的挥发酚排放量最大，半导体分立器件制造的氰化物排放量最大。

（2）南山区、宝安区、光明区、龙岗区COD排放总量占总排放量的91.5%。宝安区和龙岗区NH3−N、TN排放总量均较大，两区NH3−N排放总量占深圳市总排放量的64%、TN排放总量占58%。3种水污染物的空间排放特征与其综合评价结果、企业的空间分布特征基本一致。

（3）与国内8个大型城市相比，深圳市的工业源普查数量最多，但污染物排放量相对较少，深圳市在工业源污染物排放控制方面成效较好，处于国内领先水平。

4 对策及建议

（1）目前深圳市工业企业NH3−N排放已基本达标，但由于受场地所限，大部分工业企业无法使用传统反硝化技术，出水TN含量很高，排放至自然水体中会对环境造成危害。建议研发一种占地面积小、运行成本低、运行稳定的脱氮技术，从根本上去除氮。

（2）深圳市的产业结构以制造业、电力、燃料等第二产业为主，对比东京、纽约等以教育、医疗、旅游等第三产业为主的全球经济发达城市〔18−19〕，污染情况较为严重。建议借鉴东京、纽约、伦敦等城市，积极发展第三产业，同时发展以高新技术推进的高端、先进制造业，最终实现以服务业为主，制造业和服务业共同发展的产业格局。