典型入海河流总氮污染控制对策研究

罗涛 常舰 李欲如

关键词：入海河流；总氮；控制对策

前言

近年来，近岸海域水环境质量已经成为社会各界关注的热点。伴随陆域开发规模与强度持续加大，人海河流输入的污染负荷不断增加，对近岸海域污染的贡献比例也在不断升高，已逐步成为近岸海域污染的主要贡献者。根据《2019年浙江省生态环境状况公报》，浙江省近岸海域水体总体呈中度富营养化状态，主要超标因子为无机氮。相关研究显示，河流人海所携带的营养盐占人海营养盐总量的78%以上。

灵江作为浙江省八大水系之一，是浙江省重要的人海河流，自西向东贯穿临海市，全长约46km，流域面积647km2。灵江总氮浓度在1.55～3.29mg/L波动，对近岸海域水质影响较大。为改善近岸海域及人海河流水环境质量，开展灵江流域污染源调查及污染负荷核算，基于污染核算结果，开展总氮控制对策研究。

1研究概况

1.1流域概况

灵江干流上游（永丰镇三江村以上）有南北二源，南源永安溪，北源始丰溪，河床平均比降为2.3%，属于典型的感潮河段，自西向东贯穿临海市，全长约46km，临海市范围内流域面积约647km2。多年平均径流量为114.9m3/S，最枯月平均流量为16.5m3/S，沿线支流众多，其中最大的是义城港和大田港。流域地处亚热带季风性气候区，温暖湿润、雨量充沛、丰枯水期明显，年平均气温16.5℃～17.8℃，多年平均降雨量1710.4mm。

灵江流经古城、江南、大洋、邵家渡、汛桥、涌泉、沿江等8个镇（街），区域经济发达，人口密集，频繁的人为活动使得大量污染物进入灵江，影响了灵江的水环境质量，为流域水环境质量改善带来压力。（见图1）

1.2水质情况

收集到灵江干流2019年至2021年月均总氮监测数据，包括望江门（上游）、渡头范（中游）以及西岑道头（下游）等3个水质监测断面。从灵江上游至下游分布来看，总氮浓度呈现明显增加的趋势，断面总氮平均浓度从灵江上游的2.12mg/L增加至中游的2.17mg/L，至下游进一步增加至2.29mg/L。由于灵江穿临海主城区、人口密集区以及主要工业园区而过，表明沿河排入的农业、生活、工业等污染源对于灵江水质具有明显影响。

2灵江流域总氮污染源解析

2.1总氮污染源核算

（1）污水处理厂尾水污染量：根据直排进入灵江的4座污水处理厂的设计规模及尾水排放标准进行确定，4座污水厂尾水总排放规模为3544.15万m3／年，均执行《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB 33/2169-2018）表1标准。（2）未处理的城镇生活污染人河量：根据相关部门统计资料，灵江流域仍有10%的城镇生活污水尚未收集处理，基于区域生活污染排污系数进行计算。（3）农村生活污染量：农村人口数据来源于《临海统计年鉴》，农村生活污水主要分成2个部分：一部分是经农村生活污水终端处理后的生活污水，一部分是未纳管处理直接排放的污水。（4）工业污染量：工业企业的污水主要有2个去向，一部分企业污水进入城镇污水厂，一部分直接排人自然水体。由于进入城镇污水厂的人河污染量已经纳入到城镇污水厂尾水污染中进行计算，因此本次不再重复计算该部分污染量，只计算直接排人自然水体的污染量。（5）种植业污染量：采用输出系数法，依据《农业污染源产排污系数手册》（2021年6月）中种植业氮磷排放（流失）系数进行污染量计算。（6）畜禽养殖污染入河量：畜禽养殖业污染源资料来源于临海市统计局提供的养殖量数据，依据《农业污染源产排污系数手册》（2021年6月）中畜禽排污系数进行污染量测算。（7）水产养殖污染量：水产养殖业污染源资料来源于临海市港航口岸和渔业管理局提供的养殖量数据，主要养殖种类为鱼类和对虾．根据《农业污染源产排污系数手册》（2021年6月）中水产养殖排污系数进行污染量测算。（8）城镇径流污染量：城镇地表径流对水体水质的影响日益突出，城镇地表径流中污染物的浓度不同时段不同地区不尽相同，变化幅度比较大，采用文献中数据对不同类型下垫面地表径流产生的污染负荷进行估算。（见表1）

2.2污染特征分析

从污染来源分析，污水处理厂尾水污染是灵江流域总氮污染的主要来源，占比达到35.0%，整体来看，灵江流域纳管率较高，大部分污染源经污水厂处理后排放进入灵江。灵江流域污水厂处理的污水来源主要包括3个部分：一是城镇生活污水，是污水厂污水来源的主要部分；二是部分企业的生产废水；三是距离城镇污水干管较近的农村生活污水处理终端的尾水。农业污染、城镇径流污染以及生活污染也是灵江流域总氮污染的重要来源，占比均在20%左右。农业污染则以种植业污染为主，灵江两岸存在大量农田，以水稻、小麦、蔬菜、瓜果种植为主；畜禽养殖和水产养殖占比较小，表明近些年临海市开展的养殖业规范化整治工作取得成效，养殖量大大减少。灵江穿临海市主城区而过，大量硬质化的建成区导致区域城镇径流污染占比较高。灵江流域农村生活污水处理终端共有244个，行政村覆盖率达到80.5%，农村污水得到有效治理，但由于排放标准较低，导致仍有一定量的农村生活污染进入河道。（见图2）

从总氮污染的空间分布来看，汛桥镇污水厂尾水污染量最大，这主要是由于排水量最大的2个污水处理厂的排口均位于汛桥镇。工业污染占比普遍较低，其中位于灵江下游的涌泉镇人河量相对较高。邵家渡街道和沿江镇由于农田面积较大，且位于灵江两岸，种植业总氮污染较大。位于主城区的古城街道、大洋街道和江南街道城镇径流总氮污染明显偏高，这也是城镇化后土地大量硬质化的必然结果。

3总氮控制对策

考虑到流域总氮主要污染来源为污水厂尾水污染、农田面源污染和城镇径流污染，因此针对性的提出了污水处理厂提标改造、农田退水零直排区建设以及植被缓冲带等措施。

3.1污水处理厂提标改造

污水处理厂提标改造一般采用的方式是主体工艺优化和深度处理。通过采用“改良型A20+MB-BR”的改造工艺，总氮出水浓度明显下降，均值能够保持在10mg/L左右。深度处理设施一般可采用反硝化深床滤池、曝气生物滤池、滤布滤池、活性砂滤池等，当要求出水总氮≤10mg/L时，一般采用反硝化深床滤池；当要求出水总氮≤5mg/L时，一般采用硝化反硝化曝气生物滤池+滤布滤池。

区域内主要污水处理厂总氮现状出水标准为15mg/L，通过主体工艺优化和强化深度处理措施，本次研究主要分析将污水厂TN出水浓度降低10%（13.5mg/L）、20%（12.0mg/L）、30%（10.5mg/L）、40% （9.0mg/L）、50% （7.5mg/L）共5种情景对于水体总氮改善的效果。

3.2农田退水零直排区建设

农业面源污染由于分布范围广、发生的随机性和排放的间歇性等特点，已成为中国环境污染治理领域普遍面临的难题。针对农田退水问题，一般利用现状的沟塘，结合水生植物群落和工程设施的配置，建设氮磷拦截沟渠、生态氧化塘、地表径流集蓄池等设施。根据《关于长江三角洲地区推进稻田退水零直排工程建设的建议》（梁新强等），本项目拟采用农田退水零直排区建设的模式进行治理，该模式是将生态拦截沟、生态净化带、生态调蓄塘、“三池两坝”等技术进行集成，充分利用现有坑塘、河道，通过具有良好污染削减效果的水生植物的布置，实现农田退水的有效处理。

灵江流域范围内的农田面积共计117430亩，本次研究考虑在5%（5871.5亩）、10%（11743.0亩）、15%（17614.5亩）、20%（23486.0亩）、25%（29357.5亩）的农田范围内进行农田退水“零直排区”建设。

3.3植被缓冲带建设

植被缓冲带作为一种面源污染拦截措施被广泛使用，它通过过滤、截留等物理过程以及植物吸收、微生物降解等生化过程实现污染物的削减。同时，植被缓冲带还具有良好的生态效益，包括增加护岸稳定性、营造动物栖息地、保护提升生物多样性、改善生态系统、调节小气候等。植被缓冲带一般包括“乔木+灌木+地被”、“乔木+地被”、“灌木+地被”以及“地被”等4种类型。根据相关文献报道，植被缓冲带对污染物的去除效率在75%～85%左右，一般宽度在10～20m左右能发挥较大的效益，此后随着宽度的增加，净化能力趋于饱和，污染物去除率没有明显增加。因此本项目拟设置植被缓冲带的宽度为15m，在灵江沿岸设置10km、20km、30km、40km、50km等5种不同长度的植被缓冲带，优先布置于城镇人为活动频繁的区域。

4分析与讨论

研究共设计了污水处理厂出水标准提升10%、20%、30%、40%、50%，农田退水“零直排区”建设面积占总农田面积的5%、10%、15%、20%、25%，植被缓冲带建设长度10km、20km、30km、40km、50km等15种情景方案。（见表2）

从污染源削减率测算结果来看：（1）从不同类型措施削减效果来看，污水处理厂提标改造>植被缓冲带建设>农田退水零直排区建设；（2）污水处理厂提标和农田退水零直排区建设的污染物削减效果与措施布置的程度呈现线性正相关的关系；缓冲带削减率则表现出不同的特征，随着植被缓冲带布置长度的增加，污染物削减量不断增加，但是当缓冲带长度大于30km时，污染物削减量的增加不再明显，这主要由于各区域的城镇径流污染差异较大，而植被缓冲带一般优先布置于污染负荷大的区域，后期基本布置于污染量较小的区域，表明措施优先布置于重点污染区具有更好的效益。（3）各类措施对区域总氮污染物的削减效果基本都在10%以下，表明单项措施对区域总氮污染负荷的削减程度较低，在实际治理过程中应当采用多措施联合治理。（见图3）

研究引入成本效益值进行分析，成本效益值表示单位成本污染负荷削减量，该值越高，则说明该措施在相同投资下能够削减更多的污染物，具有更好的环境效益。从各项措施成本效益值来看，污水处理厂提升改造成本效益最高，农田退水零直排区建设相对较低。（1）当TN出水浓度下降40%时，成本效益值最高，这是由于随着总氮出水浓度的进一步下降，污水厂的建设成本会大幅增加，导致成本效益值的降低。（2）农田退水零直排区建设措施的污染物削减及措施成本与治理面积呈正比关系，因此不同情境下成本效益值不变，均为27.31t／亿元。（3）植被缓冲带的成本效益值随着长度的增加而不断减少，但是植被缓冲带不仅有污染物削减的环境效益，还具有营造生境、提升生物多样性、岸带修复等各类生态效益，在有条件的区域仍然建议尽可能开展植被缓冲带的布置。（见图4）

5结束语

随着生态文明建设和“美丽浙江”建设的不断深入，生活污水和工业废水得到有效地收集和处理。污水处理厂尾水污染、城镇径流污染和农田面源污染逐步成为灵江流域总氮污染的主要来源。从措施效果来看，污水处理厂提标改造对总氮的削减效果最为明显。各类措施对区域总氮污染物的削减效果基本都在10%以下，表明单项措施对区域总氮污染负荷的削减程度较低，应当考虑综合施策，同步削减各类污染源。在资金有限的情况下，应当优先考虑将总氮控制措施布置于重点污染区域，进而实现较高的成本效益。通过不同情景方案下措施污染物削减效果和成本效益值的研究，可为灵江流域总氮污染控制提供决策参考。