天津市非點源污染負荷研究

天津市非點源污染負荷研究

根據(jù)不同的污染特性，地表水污染的來源可分為兩類：點源和非點源。點源污染(PointSourcePollution)主要包括工業(yè)廢水和城市生活污水污染,通常有固定的排污口集中排放;非點源污染(NonpointSourcePollution)也稱面源污染,指溶解的或固體的污染物從非特定的地點,在降水和徑流沖刷作用下,通過徑流過程而匯入受納水體(如河流、湖泊、水庫、海灣等),引起的水體污染。天津地處海河流域下游,河網(wǎng)密布,洼淀眾多。19條一級河道流經(jīng)轄區(qū),河水多為Ⅴ類或劣Ⅴ類水,主要超標污染物為化學需氧量、生化需氧量和氨氮,水質(zhì)環(huán)境惡劣。隨著大規(guī)模污水處理廠的興建及運行,點源污染逐漸得到了有效的控制,可地表水體水質(zhì)并未得到根本的改善,非點源污染的控制研究勢在必行。1實驗項目及數(shù)據(jù)來源影響非點源產(chǎn)生和分布的主要因素歸為2大類:自然因素和社會因素,自然因素包括降雨、植被覆蓋、土壤類型和地形坡度等;社會因素有土地利用、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、化肥施用量、人口數(shù)量、城市分布、農(nóng)村居民點等。上述各影響因素綜合作用的結(jié)果表現(xiàn)為不同土地利用類型的排污系數(shù)(對畜禽養(yǎng)殖則是不同畜禽種類的排污系數(shù)),即是單位土地面積在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的污染負荷(對畜禽養(yǎng)殖則是不同畜禽種類在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的污染負荷),為確定此系數(shù)本課題組進行了一系列的現(xiàn)場監(jiān)測實驗。根據(jù)天津市不同地區(qū)的特點,分別選取天津市區(qū)、薊縣于橋水庫周圍村鎮(zhèn)作為城市和農(nóng)村有代表性的點位進行降雨徑流采樣監(jiān)測。結(jié)合天津市歷年降雨的時期特點,選定監(jiān)測時間為2006年7月至2006年8月,水質(zhì)監(jiān)測項目主要包括:化學需氧量、氨氮、總氮、總磷、生化需氧量等。天津市畜禽養(yǎng)殖的排污系數(shù)是根據(jù)國家環(huán)?？偩治募?環(huán)發(fā)43號)附件2提供的畜禽養(yǎng)殖排污系數(shù)表計算而來的。水產(chǎn)養(yǎng)殖換水排污系數(shù)是在實地監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上與上海市郊區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖換水水質(zhì)校核得出的。其它的排污系數(shù)則是根據(jù)大量的實地采樣監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)計算而來的。畜禽養(yǎng)殖量數(shù)據(jù)和不同土地利用類型的面積數(shù)據(jù)來自《天津統(tǒng)計年鑒2005》和《天津市土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)匯編(2004)》。根據(jù)如下公式計算非點源污染各種污染物負荷總量:式中:Qij為第j種非點源類型排放第i種污染物的總負荷,單位t·a-1;Cij為第j種非點源類型排放第i種污染物的排污系數(shù),單位kg·(hm2·a)-1[對于畜禽養(yǎng)殖,則是某種畜禽排放第i種污染物的排污系數(shù),單位為kg·(頭·a)-1或kg·(只·a)-1];Sj為第j種非點源類型土地面積,單位hm2(對于畜禽養(yǎng)殖,則是某種畜禽的數(shù)量,單位頭或只);j=1,2,3,4,5,分別代表天津市地表環(huán)境的非點源污染影響的5個主要方面:畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)田地表徑流、農(nóng)村地表徑流、水產(chǎn)養(yǎng)殖換水、及城市地表徑流。2天津市非點源類型及污染負荷2.1地面廢水的污染天津市畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模較大,2004年末生豬出欄532萬頭,牛出欄37.9萬頭,家禽出欄9184.35萬只。由于缺乏有效、科學的管理,沖刷地面的廢水、以及降雨淋溶露天堆放的糞便產(chǎn)生的廢水多未經(jīng)處理直接排放,對附近水體造成了不容忽視的污染。各區(qū)縣畜禽養(yǎng)殖污染負荷量如表2:由上表可知,天津市每年畜禽養(yǎng)殖污染負荷總量為:CODCr為38947.8t,BOD5為35480.2t,NH3-N為6182t。2.2地表徑流污染地表環(huán)境2004年,天津市共施用化肥折純量22.78萬t,農(nóng)藥3032t。農(nóng)藥化肥的大量施用,導致N,P等營養(yǎng)物質(zhì)在雨季會隨地表徑流流入附近水體,污染地表水環(huán)境。農(nóng)田地表徑流排污系數(shù)見表3。各區(qū)縣農(nóng)田地表徑流污染負荷見表4:根據(jù)《天津統(tǒng)計年鑒2005》,全市總耕地面積412143hm2,由此估算出農(nóng)田徑流產(chǎn)生污染物的負荷總量CODCr為81331.06t·a-1,BOD5為16080.9t·a-1,NH3-N為1585.44t·a-1。2.3地表徑流污染由于農(nóng)村缺乏生活垃圾集中處理設施,村民日常生活產(chǎn)生的垃圾都在空地堆放,降雨對垃圾堆及路面的沖刷、淋洗帶走了大量的污染物,混合了這些污染物的地表徑流對附近水體造成嚴重危害,見表5。各區(qū)縣農(nóng)村地表徑流污染負荷見表6:根據(jù)《天津市土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)匯編(2004)》,天津市自然村落占地面積共85903hm2,由此估算出自然村落地表徑流污染物的負荷總量為:CODCr約23330t·a-1,BOD5約1847t·a-1,NH3-N約1027t·a-1。2.4水產(chǎn)養(yǎng)殖排污系數(shù)及污染負荷水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)污染是因其養(yǎng)殖水體更換排出,導致受納水體水質(zhì)污染。通過對天津市水產(chǎn)養(yǎng)殖水域的實地調(diào)查和水質(zhì)監(jiān)測,推算出的水產(chǎn)養(yǎng)殖排污系數(shù)如表7。各區(qū)縣水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負荷如表8。根據(jù)《天津統(tǒng)計年鑒2005》,天津市淡水養(yǎng)殖面積為34578hm2,計算得出水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的污染物負荷總量為:CODCr約為34000t·a-1,BOD5約為5000t·a-1,NH3-N約為460t·a-1。2.5地表徑流污染負荷通過對城市地區(qū)主要用地類型的地表徑流污染特征的分析研究,得出天津城市地區(qū)主要用地類型的地表徑流排污系數(shù)如表9。由《天津統(tǒng)計年鑒2005》得到天津市城區(qū)年平均降雨量為586.9mm。天津城區(qū)地表徑流污染負荷如表10:根據(jù)《天津統(tǒng)計年鑒2005》,天津市城區(qū)總面積為500.14km2,其中工業(yè)用地為205.32km2,交通用地為58.56km2,居住用地為159.46km2。由上表可以看出,居住用地產(chǎn)生的非點源污染物負荷總量最大,為16269.4t·a-1,其次為居住用地,13593.8t·a-1。3天津市非點源污染分析3.1養(yǎng)殖密度及魚殼生物利用系數(shù)不同非點源污染類型排污系數(shù)對比見表11。從上表可以看出,水產(chǎn)養(yǎng)殖的排污系數(shù)的各項指標最高,這主要是由魚塘的養(yǎng)殖密度高,魚餌投加量大,而且魚塘也無法形成完整的生態(tài)系統(tǒng)來分解水體里過剩的營養(yǎng)物質(zhì)等因素造成的;農(nóng)田徑流的排放系數(shù)相對較小,這是由單位面積施用農(nóng)藥化肥的數(shù)量以及流失率等決定的。3.2非點源污染負荷總量不同類型非點源污染負荷總量見表12。從表12中可以看出,非點源個污染物中,CODCr總污染負荷量最大,達到204703.4t·a-1,其中農(nóng)田地表徑流對它的貢獻最大,達到39.73%,其他依次為畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、城區(qū)和村落的地表徑流;BOD5總負荷量為54100.8t·a-1,畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的BOD5最大,為35480.2t·a-1,占65.58%,其他依次為城區(qū)、農(nóng)田、水產(chǎn)養(yǎng)殖和村落等的地表徑流;NH3-N的總污染負荷量較小,共計9881.3t·a-1,其中,畜禽養(yǎng)殖貢獻最大,為6182.2t·a-1,占62.56%,其他依次為農(nóng)田、村落、城區(qū)的地表徑流和水產(chǎn)養(yǎng)殖。總的看來,農(nóng)田地表徑流和畜禽養(yǎng)殖在天津市非點源污染負荷中占很大比重。殘留在土壤中的農(nóng)藥化肥是農(nóng)田徑流污染負荷的主要來源,而面積遠大于其他用地類型的農(nóng)業(yè)用地導致了農(nóng)田徑流污染負荷總量占較大比重。畜禽養(yǎng)殖污染的主要污染物來源是動物的糞便,糞便中的有機物、氨氮含量都較高,再加上龐大的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模,使得畜禽養(yǎng)殖污染負荷中的BOD5占總負荷的65.58%、NH3-N占總負荷的62.56%。3.3不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的污染情況以單位面積污染負荷量即污染負荷密度為評價因子,郊區(qū)各區(qū)縣中,CODCr負荷密度最高的是武清區(qū),為21.40t·km-2,其次為寶坻區(qū)和薊縣,分別為19.86t·km-2和18.12t·km-2;BOD5負荷密度最高的是薊縣,為7.88t·km-2,其次為寶坻區(qū)和武清區(qū),分別為5.69t·km-2和5.18t·km-2;NH3-N負荷密度最高的是薊縣,為1.63t·km-2,其次為津南區(qū)和西青區(qū),分別為1.14t·km-2和1.04t·km-2?？梢娢淝鍏^(qū)、薊縣和寶坻區(qū)的非點源污染最為嚴重(見表13,14)。由表14可知,這三個區(qū)縣經(jīng)濟均以農(nóng)業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)為主,農(nóng)業(yè)用地面積分別占該區(qū)縣總面積的57.12%,33.99%和49.98%,畜禽養(yǎng)殖數(shù)量也在全市畜禽養(yǎng)殖總量中占很大比例,這些因素就導致了較高的污染負荷密度。4非點源污染的對策和建議(1)減少畜禽養(yǎng)殖廢水就地排放的現(xiàn)象發(fā)生畜禽養(yǎng)殖可分為對于農(nóng)戶散養(yǎng)和規(guī)模化養(yǎng)殖兩部分。對于農(nóng)戶散養(yǎng),應加強宣傳,提高農(nóng)戶的污染防治意識,減少畜禽養(yǎng)殖廢水就地排放的現(xiàn)象發(fā)生;對于規(guī)?；B(yǎng)殖,應嚴格遵守《畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放標準》對廢水處理、排放,加強環(huán)境管理,對新建、改建和擴建的項目進行環(huán)境影響評價,最大限度地減少其對周邊環(huán)境的影響。(2)和土壤侵蝕可以采取“免耕-少耕法”,這種方法可以有效地控制徑流污染和土壤侵蝕。另外,N,P等營養(yǎng)元素隨地表水流失的一個重要因素是農(nóng)田中農(nóng)藥投入量的增加及施肥的不科學性,因此,科學地施用農(nóng)藥化肥也是控制農(nóng)田地表徑流非點源污染的重要途徑。(3)殘全和投喂,定期清洗殘內(nèi)容為了減少水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的非點源污染,應優(yōu)化餌料組成和投喂方式,并定期對殘餌進行收集,減少藥物使用,定期清理養(yǎng)殖區(qū)域池底沉積物;另外還要大力推廣水處理裝置的使用,以及根據(jù)養(yǎng)殖生物間的代謝互補性進行混養(yǎng)。(4)及時清理生活垃圾處理首先應解決生活垃圾的隨意堆放問題,應設置專門的垃圾堆放地點,并保證能夠及時清理,避免大量生活垃圾長時間堆放;大力推廣沼氣能源的使用,可以解決人畜糞便的去向問題;設置人工濕地系統(tǒng),對含有大量污染物的地表徑流水進行過濾吸附,避免其直接流入地表水體。(5)城市街道的清地應從以下兩個方面進行控制管理:一方面要擴大城市街道的清掃范圍及清掃頻率,提高清掃質(zhì)量,減少地面污染物累計量;另一方面要擴大綠化面積,改善土地利用結(jié)構(gòu),減少地表徑流污染。5排放污染物較多的污染源較嚴重綜上可知,