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水资源是社会发展的重要资源支撑,而快速城市化带来的城市扩张和人口聚集使水资源供需矛盾不断凸显[1-2],特别是在经济发展较快的我国东部沿海地区[3]。水污染治理是保障水资源供需平衡的重要一环,也影响着人民群众的身体健康[4]。我国的经济发展与水体污染物排放存在双向因果关系[5]。探究适合我国经济发达地区,特别是人口密集的县级市水污染治理模式,是加强水环境治理、提升区域竞争力和可持续发展能力的迫切需要[6]。
义乌市目前是全球最大的小商品集散中心之一,我国唯一的国家级综合改革试点县级单位。然而,义乌市水资源极度缺乏,呈现资源型和水质型缺水并存的特征,人均占有量仅为全国平均水平的19.7%[7]。2013年,浙江省提出了“五水共治”战略,并在义乌市取得显著成效。截至2018年12月,义乌江流域河流水质明显提高。河道水质的改善为重构水生态系统的多样性[8],提升水环境安全指数[9],保障城镇饮用水安全供给[10]奠定了扎实基础。
本研究旨在评估实施“五水共治”措施以来(2014—2018年)义乌江流域地表水的水质变化,以及相关治理措施对义乌江流域水污染负荷削减的影响,核算义乌市污水处理厂提标改造工程和退耕还林还草工程对点源和面源污染负荷的削减作用,总结义乌市“五水共治”的经验,并对下一阶段义乌市水环境污染治理重点提供参考。
“五水共治”措施对义乌江流域水污染负荷削减的定量分析
Study on the impact of the five water treatment action on water pollution load reduction in Yiwu River
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摘要: 通过分析2014—2018年义乌江流域地表水水质变化,评估了“五水共治”措施对义乌江流域水污染负荷削减的影响,核算了义乌市污水处理厂提标改造工程和退耕还林还草工程对点源和面源污染负荷的削减作用,对下阶段点源和面源污染负荷削减给出了建议。结果表明:义乌市“五水共治”措施干预下2014—2018年义乌江干流水质明显好转,COD、总磷的月均值均可稳定达到地表水Ⅲ类要求,氨氮的年均值也低于地表水Ⅲ类标准限值。与2014年相比,2018年义乌江流域的点源COD、氨氮、总磷和总氮污染负荷分别削减了1 601.0、95.1、26.3 和272.5 t·a−1,削减率分别为33.6%、59.9%、41.5%和14.3%;面源COD、氨氮、总磷和总氮的污染负荷分别削减了1 998.5、148.0、367.1和33.7 t·a−1,削减率为12.23%。COD、氨氮和总磷的削减主要由点源污染控制措施贡献,总氮的削减主要由点源污染控制措施贡献。为推动义乌市水环境污染治理工作,建议审慎制定适宜当地情况的污水处理厂的出水水质要求,选择替代性低成本的生态处理模式;同时建议加强流域生态恢复工作,充分利用塘、潭、库、溪、河、湖等多种天然水体,构建以健康水生态为主线的流域蓝绿空间。Abstract: This study evaluated the change in water quality of the Yiwu River Basin from 2014 to 2018 and the impact of the five water treatment action on the pollutant load reduction, and calculated the effects of upgrading wastewater treatment plants and conversion of farmland to forest and grassland on the reduction of pollution load from point and non-point sources. Suggestions are given for the next stage of point source and non-point source pollution load reduction. Results show that the water quality of the main stream of Yiwu River improved significantly from 2014 to 2018. The monthly average concentration of COD and total phosphorus steadily reached Class Ⅲ of the environmental quality standard for surface water, and the annual average concentration of ammonia was also lower than the limit of Class Ⅲ. Compared with the statistics in 2014, the point source loads of COD, ammonia nitrogen, total phosphorus and total nitrogen in 2018 were reduced by 1 601.0, 95.1, 26.3 and 272.5 t·a−1, respectively, with reduction rates of 33.6%, 59.9%, 41.5% and 14.3%, respectively. The pollution loads of non-point source COD, ammonia nitrogen, total phosphorus and total nitrogen were reduced by 1 998.5, 148.0, 367.1 and 33.7 t·a−1, respectively, with a reduction rate of 12.23%. The reduction of COD, ammonia nitrogen and total phosphorus was mainly contributed by the point source pollution control measures, while the reduction of total nitrogen was mainly contributed by the point source pollution control measures. In order to promote water environmental pollution control in Yiwu, it is suggested that the effluent quality requirements of sewage treatment plants should be carefully formulated that are suitable for local conditions, and the alternative low-cost ecological treatment mode should be chosen. It is also suggested to strengthen the ecological restoration of the river basin, make full use of various natural water bodies such as ponds, pools, reservoirs, streams, rivers and lakes, and build a blue-green space of the river basin with healthy water ecology as the main line.
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表 1 义乌市污水处理厂建设、提标改造时间和运行参数
Table 1. Operation parameters and time of construction and upgrade of sewage treatment plants in Yiwu
污水处理厂 运行时间 提标改造
时间现状处理
能力/t典型工艺 污染物排放限值/
(mg·L−1)氨氮 总磷 大陈污水处理厂 2009年3月 2015年11月 20 000 A/A/O+高效沉淀池+纤维转盘滤池 1 0.4 苏溪污水处理厂 2014年7月 − 20 000 垂直叶轮曝气环流氧化沟+连续流砂滤池 1 0.4 后宅污水处理厂 2009年4月 2015年6月 40 000 卡鲁塞尔2000型氧化沟+纤维转盘滤池+气浮+砂滤 5(8)1) 0.5 江东污水处理厂 2010年7月 2014年底至
2018年8月60 000 微曝氧化沟+反硝化深床滤池+次氯酸钠消毒 2(4)1) 0.3 中心污水处理厂 2000年8月 2010年10月 70 000 氧化沟+曝气生物滤池 5(8)1) 0.5 稠江污水处理厂 2010年6月 2015年6月 150 000 倒置A/A/O二级生物处理+纤维转盘过滤+消毒 5 0.5 义亭污水处理厂 2013年9月 2017年7月 700 000 多模式A/A/O生物处理 5 0.5 佛堂污水处理厂 2009年10月 2015年6月 4 000 水解池+A2/O+反硝化深床滤池 1 0.35 赤岸污水处理厂 2015年5月 − 10 000 厌氧水解酸化池+AO+SBR 1 0.4 注:1)括号内数值表示污水处理厂冬季的污染物排放限值。 表 2 污水处理厂尾水污染物浓度参考值
Table 2. Reference value of pollutant concentrations in the effluent of sewage treatment plants
时期 污水处理厂 污染物含量(或指标)/
(mg·L−1)COD 氨氮 总磷 总氮 2018年丰水期 赤岸污水处理厂 21.23 0.22 0.24 9.12 稠江污水处理厂 15.03 0.19 0.23 8.36 大陈污水处理厂 12.90 0.16 0.18 6.87 佛堂污水处理厂 19.61 0.33 0.11 11.55 后宅污水处理厂 15.23 0.26 0.21 10.27 江东污水处理厂 17.45 0.28 0.19 6.10 苏溪污水处理厂 17.48 0.61 0.10 6.91 义亭污水处理厂 22.58 0.26 0.28 8.54 中心污水处理厂 13.35 0.28 0.19 8.52 2018年枯水期 赤岸污水处理厂 20.23 0.22 0.11 7.03 稠江污水处理厂 19.42 0.97 0.26 12.49 大陈污水处理厂 14.03 0.34 0.13 9.60 佛堂污水处理厂 23.74 0.30 0.13 11.07 后宅污水处理厂 16.61 0.24 0.23 12.28 江东污水处理厂 17.68 0.27 0.27 8.97 苏溪污水处理厂 13.58 0.17 0.11 10.46 义亭污水处理厂 40.03 0.32 0.27 9.75 中心污水处理厂 14.58 0.49 0.23 12.17 注:2014年COD、氨氮、总磷和总氮污染物指标根据走访及资料回溯估计取得,分别为30、1、0.4、12 mg·L−1。 表 3 2014年和2018年点源污染负荷核算表
Table 3. Point source pollution load accounting in 2014 and 2018
年份 污水来源 污染负荷排放/(t·a−1) COD 氨氮 总磷 总氮 2014年 总计 4763.3 158.78 63.51 1905.3 2018年 赤岸污水处理厂 74.3 0.79 0.65 29.16 稠江污水处理厂 874.1 27.56 12.59 524.53 大陈污水处理厂 84.8 1.48 1.01 50.86 佛堂污水处理厂 330.4 4.81 1.83 171.99 后宅污水处理厂 201.1 3.19 2.82 141.6 江东污水处理厂 487.7 7.65 6.47 215.44 苏溪污水处理厂 95.6 2.63 0.61 49.82 义亭污水处理厂 677.8 6.42 6.2 202.16 中心污水处理厂 336.4 9.18 5 247.2 总计 3162.3 63.71 37.17 1632.77 表 4 遥感影像分类土地覆盖面积统计
Table 4. Statistics land cover area by remote sensing image classification
年份 土地利用类型 像元个数 像元占比/% 面积/km2 2014年 水域 30 087 2.44 27.1 林地和草地 576 108 46.65 518.5 建设用地 306 120 24.79 275.5 农田和果园 318 045 25.75 286.2 裸地和其他 4 582 0.37 4.1 2018年 水域 26 833 2.17 24.1 林地和草地 586 967 47.53 528.3 建设用地 283 817 22.98 255.4 农田和果园 328 766 26.62 295.9 裸地和其他 8 559 0.69 7.7 表 5 2014年和2018年面源污染负荷核算表
Table 5. Accounting of point source pollution loads in 2014 and 2018
年份 土地利用类型 污染物负荷/(t·a−1) COD 氨氮 总磷 总氮 2014年 水域 420.7 21.04 0.21 84.14 林地和草地 3 219.7 80.49 32.20 482.95 建设用地 8 553.7 427.69 106.92 1069.22 农田和果园 3 998.7 666.45 133.29 1332.89 裸地和其他 76.4 9.55 1.34 19.09 总计 16 269.2 1 205.21 273.95 2988.29 2018年 水域 369.0 18.45 0.18 73.80 林地和草地 2 824.2 70.60 28.24 423.62 建设用地 7 503.0 375.15 93.79 937.87 农田和果园 3 507.5 584.58 116.92 1169.16 裸地和其他 67.0 8.37 1.17 16.75 总计 14 270.6 1 057.16 240.30 2621.20 -
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