天津市非点源污染负荷研究

天津市非点源污染负荷研究

根据不同的污染特性，地表水污染的来源可分为两类：点源和非点源。点源污染(PointSourcePollution)主要包括工业废水和城市生活污水污染,通常有固定的排污口集中排放;非点源污染(NonpointSourcePollution)也称面源污染,指溶解的或固体的污染物从非特定的地点,在降水和径流冲刷作用下,通过径流过程而汇入受纳水体(如河流、湖泊、水库、海湾等),引起的水体污染。天津地处海河流域下游,河网密布,洼淀众多。19条一级河道流经辖区,河水多为Ⅴ类或劣Ⅴ类水,主要超标污染物为化学需氧量、生化需氧量和氨氮,水质环境恶劣。随着大规模污水处理厂的兴建及运行,点源污染逐渐得到了有效的控制,可地表水体水质并未得到根本的改善,非点源污染的控制研究势在必行。1实验项目及数据来源影响非点源产生和分布的主要因素归为2大类:自然因素和社会因素,自然因素包括降雨、植被覆盖、土壤类型和地形坡度等;社会因素有土地利用、工农业产值、化肥施用量、人口数量、城市分布、农村居民点等。上述各影响因素综合作用的结果表现为不同土地利用类型的排污系数(对畜禽养殖则是不同畜禽种类的排污系数),即是单位土地面积在单位时间内产生的污染负荷(对畜禽养殖则是不同畜禽种类在单位时间内产生的污染负荷),为确定此系数本课题组进行了一系列的现场监测实验。根据天津市不同地区的特点,分别选取天津市区、蓟县于桥水库周围村镇作为城市和农村有代表性的点位进行降雨径流采样监测。结合天津市历年降雨的时期特点,选定监测时间为2006年7月至2006年8月,水质监测项目主要包括:化学需氧量、氨氮、总氮、总磷、生化需氧量等。天津市畜禽养殖的排污系数是根据国家环保总局文件(环发43号)附件2提供的畜禽养殖排污系数表计算而来的。水产养殖换水排污系数是在实地监测数据的基础上与上海市郊区水产养殖换水水质校核得出的。其它的排污系数则是根据大量的实地采样监测得到的数据计算而来的。畜禽养殖量数据和不同土地利用类型的面积数据来自《天津统计年鉴2005》和《天津市土地变更调查数据汇编(2004)》。根据如下公式计算非点源污染各种污染物负荷总量:式中:Qij为第j种非点源类型排放第i种污染物的总负荷,单位t·a-1;Cij为第j种非点源类型排放第i种污染物的排污系数,单位kg·(hm2·a)-1[对于畜禽养殖,则是某种畜禽排放第i种污染物的排污系数,单位为kg·(头·a)-1或kg·(只·a)-1];Sj为第j种非点源类型土地面积,单位hm2(对于畜禽养殖,则是某种畜禽的数量,单位头或只);j=1,2,3,4,5,分别代表天津市地表环境的非点源污染影响的5个主要方面:畜禽养殖、农田地表径流、农村地表径流、水产养殖换水、及城市地表径流。2天津市非点源类型及污染负荷2.1地面废水的污染天津市畜禽养殖业规模较大,2004年末生猪出栏532万头,牛出栏37.9万头,家禽出栏9184.35万只。由于缺乏有效、科学的管理,冲刷地面的废水、以及降雨淋溶露天堆放的粪便产生的废水多未经处理直接排放,对附近水体造成了不容忽视的污染。各区县畜禽养殖污染负荷量如表2:由上表可知,天津市每年畜禽养殖污染负荷总量为:CODCr为38947.8t,BOD5为35480.2t,NH3-N为6182t。2.2地表径流污染地表环境2004年,天津市共施用化肥折纯量22.78万t,农药3032t。农药化肥的大量施用,导致N,P等营养物质在雨季会随地表径流流入附近水体,污染地表水环境。农田地表径流排污系数见表3。各区县农田地表径流污染负荷见表4:根据《天津统计年鉴2005》,全市总耕地面积412143hm2,由此估算出农田径流产生污染物的负荷总量CODCr为81331.06t·a-1,BOD5为16080.9t·a-1,NH3-N为1585.44t·a-1。2.3地表径流污染由于农村缺乏生活垃圾集中处理设施,村民日常生活产生的垃圾都在空地堆放,降雨对垃圾堆及路面的冲刷、淋洗带走了大量的污染物,混合了这些污染物的地表径流对附近水体造成严重危害,见表5。各区县农村地表径流污染负荷见表6:根据《天津市土地变更调查数据汇编(2004)》,天津市自然村落占地面积共85903hm2,由此估算出自然村落地表径流污染物的负荷总量为:CODCr约23330t·a-1,BOD5约1847t·a-1,NH3-N约1027t·a-1。2.4水产养殖排污系数及污染负荷水产养殖业污染是因其养殖水体更换排出,导致受纳水体水质污染。通过对天津市水产养殖水域的实地调查和水质监测,推算出的水产养殖排污系数如表7。各区县水产养殖污染负荷如表8。根据《天津统计年鉴2005》,天津市淡水养殖面积为34578hm2,计算得出水产养殖业产生的污染物负荷总量为:CODCr约为34000t·a-1,BOD5约为5000t·a-1,NH3-N约为460t·a-1。2.5地表径流污染负荷通过对城市地区主要用地类型的地表径流污染特征的分析研究,得出天津城市地区主要用地类型的地表径流排污系数如表9。由《天津统计年鉴2005》得到天津市城区年平均降雨量为586.9mm。天津城区地表径流污染负荷如表10:根据《天津统计年鉴2005》,天津市城区总面积为500.14km2,其中工业用地为205.32km2,交通用地为58.56km2,居住用地为159.46km2。由上表可以看出,居住用地产生的非点源污染物负荷总量最大,为16269.4t·a-1,其次为居住用地,13593.8t·a-1。3天津市非点源污染分析3.1养殖密度及鱼壳生物利用系数不同非点源污染类型排污系数对比见表11。从上表可以看出,水产养殖的排污系数的各项指标最高,这主要是由鱼塘的养殖密度高,鱼饵投加量大,而且鱼塘也无法形成完整的生态系统来分解水体里过剩的营养物质等因素造成的;农田径流的排放系数相对较小,这是由单位面积施用农药化肥的数量以及流失率等决定的。3.2非点源污染负荷总量不同类型非点源污染负荷总量见表12。从表12中可以看出,非点源个污染物中,CODCr总污染负荷量最大,达到204703.4t·a-1,其中农田地表径流对它的贡献最大,达到39.73%,其他依次为畜禽养殖、水产养殖、城区和村落的地表径流;BOD5总负荷量为54100.8t·a-1,畜禽养殖产生的BOD5最大,为35480.2t·a-1,占65.58%,其他依次为城区、农田、水产养殖和村落等的地表径流;NH3-N的总污染负荷量较小,共计9881.3t·a-1,其中,畜禽养殖贡献最大,为6182.2t·a-1,占62.56%,其他依次为农田、村落、城区的地表径流和水产养殖。总的看来,农田地表径流和畜禽养殖在天津市非点源污染负荷中占很大比重。残留在土壤中的农药化肥是农田径流污染负荷的主要来源,而面积远大于其他用地类型的农业用地导致了农田径流污染负荷总量占较大比重。畜禽养殖污染的主要污染物来源是动物的粪便,粪便中的有机物、氨氮含量都较高,再加上庞大的畜禽养殖规模,使得畜禽养殖污染负荷中的BOD5占总负荷的65.58%、NH3-N占总负荷的62.56%。3.3不稳定区域内的污染情况以单位面积污染负荷量即污染负荷密度为评价因子,郊区各区县中,CODCr负荷密度最高的是武清区,为21.40t·km-2,其次为宝坻区和蓟县,分别为19.86t·km-2和18.12t·km-2;BOD5负荷密度最高的是蓟县,为7.88t·km-2,其次为宝坻区和武清区,分别为5.69t·km-2和5.18t·km-2;NH3-N负荷密度最高的是蓟县,为1.63t·km-2,其次为津南区和西青区,分别为1.14t·km-2和1.04t·km-2。可见武清区、蓟县和宝坻区的非点源污染最为严重(见表13,14)。由表14可知,这三个区县经济均以农业、畜禽养殖业为主,农业用地面积分别占该区县总面积的57.12%,33.99%和49.98%,畜禽养殖数量也在全市畜禽养殖总量中占很大比例,这些因素就导致了较高的污染负荷密度。4非点源污染的对策和建议(1)减少畜禽养殖废水就地排放的现象发生畜禽养殖可分为对于农户散养和规模化养殖两部分。对于农户散养,应加强宣传,提高农户的污染防治意识,减少畜禽养殖废水就地排放的现象发生;对于规模化养殖,应严格遵守《畜禽养殖业排放标准》对废水处理、排放,加强环境管理,对新建、改建和扩建的项目进行环境影响评价,最大限度地减少其对周边环境的影响。(2)和土壤侵蚀可以采取“免耕-少耕法”,这种方法可以有效地控制径流污染和土壤侵蚀。另外,N,P等营养元素随地表水流失的一个重要因素是农田中农药投入量的增加及施肥的不科学性,因此,科学地施用农药化肥也是控制农田地表径流非点源污染的重要途径。(3)残全和投喂,定期清洗残内容为了减少水产养殖产生的非点源污染,应优化饵料组成和投喂方式,并定期对残饵进行收集,减少药物使用,定期清理养殖区域池底沉积物;另外还要大力推广水处理装置的使用,以及根据养殖生物间的代谢互补性进行混养。(4)及时清理生活垃圾处理首先应解决生活垃圾的随意堆放问题,应设置专门的垃圾堆放地点,并保证能够及时清理,避免大量生活垃圾长时间堆放;大力推广沼气能源的使用,可以解决人畜粪便的去向问题;设置人工湿地系统,对含有大量污染物的地表径流水进行过滤吸附,避免其直接流入地表水体。(5)城市街道的清地应从以下两个方面进行控制管理:一方面要扩大城市街道的清扫范围及清扫频率,提高清扫质量,减少地面污染物累计量;另一方面要扩大绿化面积,改善土地利用结构,减少地表径流污染。5排放污染物较多的污染源较严重综上可知,