新時代粵港澳大灣區(qū)智能制造工業(yè)區(qū)氮磷排放特征研究

周嘉玲

（佛山市順德生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 佛山 528300）

氮和磷是水中的主要營養(yǎng)元素，它們在大氣、生物圈、巖石圈和水圈中的各種形態(tài)的遷移和轉(zhuǎn)化構成了氮（N）和磷（P）的物質(zhì)循環(huán)。此外，這些循環(huán)過程嚴重受到人類活動的影響[1]。研究表明，來自點源和非點源的過量N 和P 輸入都會損害地表水質(zhì)量[2]?？偟═N）和總磷（TP）是影響水和沉積物中氨氧化細菌群落的主要因素[3]。過量的TN 和TP 會導致水體富營養(yǎng)化，使水生生物大量繁殖，改變生物的種類和數(shù)量，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡。因此，分析地表水中N 和P 的含量及其污染狀況，是制定營養(yǎng)鹽污染水體控制措施的基礎。同時，氨氮（NH3-N）是水中TN 的重要成分。過量NH3-N 會抑制硝化作用，毒害水生生物，威脅人體健康。

粵港澳大灣區(qū)是我國經(jīng)濟的中心區(qū)域之一，佛山市順德區(qū)是該區(qū)域具有代表性的智能制造工業(yè)聚集地，美的、格蘭仕、海信等多家國際知名智能制造企業(yè)總部均坐落于此，隨著城市化的不斷推進，人們需要時刻關注氮磷排放引起的污染問題。21 世紀初，我國就開始對地表水水質(zhì)進行嚴格管控。但是，近年來，珠江三角洲地表水資源仍然存在氮磷污染問題，人為輸入引起污染水平波動[4]。目前，順德區(qū)水系氮磷的研究較少，有必要系統(tǒng)研究順德區(qū)氮磷污染排放。因此，本文以粵港澳大灣區(qū)的典型智能制造工業(yè)區(qū)佛山市順德區(qū)作為研究對象，探索氮磷污染排放的時空變化規(guī)律，為城市水環(huán)境治理和生態(tài)保護提供決策支持。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

截至2021 年底，佛山市順德區(qū)轄4 個街道（大良、容桂、倫教、勒流）和6 個鎮(zhèn)（陳村、均安、杏壇、龍江、樂從、北滘）。以佛山市順德區(qū)為研究區(qū)，收集2021 年四個季度13 家城市生活污水處理廠各排放口的監(jiān)測數(shù)據(jù)。各污水處理廠二級處理工藝均設置厭氧段和好氧段，采用的工藝為常見的氧化溝、厭氧-缺氧-好氧法（A2O）、循環(huán)活性污泥工藝（CAST）和交替式生物反應池等。為滿足提標改造要求，各污水處理廠設置三級工藝進行深度處理。涉及的工藝包括濾布過濾器、深床過濾器、砂石過濾器等，采用紫外線進行消毒。所有水樣均根據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T 91—2002）在各污水處理廠排放口進行采集，水樣根據(jù)《水質(zhì)采樣 樣品的保存和管理技術規(guī)定》（HJ 493—2009）進行保存。

1.2 儀器設備

儀器設備主要有6 類。一是分光光度計；二是氣相分子吸收光譜儀；三是高壓蒸汽消毒器；四是具塞比色管（容積50 mL）；五是比色皿（規(guī)格20 mm 和30 mm）；六是分析天平。

1.3 指標測定方法

總氮用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定，氨氮用納氏試劑比色法測定，總磷用鉬酸銨分光光度法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

使用Excel 軟件和SPSS 13.0 軟件對氮磷污染排放特征進行統(tǒng)計分析，并采用ArcMap 軟件對其進行空間分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 順德區(qū)TN、NH3-N、TP 排放的空間分布特征

如圖1 所示，順德區(qū)2021 年TN、NH3-N、TP 排放的空間分布特征有所不同。順德區(qū)TN 排放量較大的地區(qū)是容桂、勒流、大良，排放量分別為273.29 kg、229.73 kg、199.63 kg，分別占全區(qū)排放量的20.5%、17.2%、15%；北滘、龍江、樂從TN 排放量接近，占全區(qū)排放量的比重均為10%左右；均安、杏壇、倫教TN 排放量介于75～100 kg，分別占全區(qū)排放量的6.9%、7.3%、5.5%；陳村TN 排放量最小，僅占全區(qū)排放量的0.85%。NH3-N 排放量較大的地區(qū)為容桂和大良，排放量分別為12.74 kg 和11.13 kg，占比分別為27.5%和24%；勒流和杏壇NH3-N 排放量次之，分別占全區(qū)的18%和11%；陳村、樂從、倫教、龍江、均安、北滘的NH3-N 排放量均較低，均占全區(qū)排放量的2%～4%。TP 排放量較大的地區(qū)是容桂、大良，排放量分別為13.71 kg、10.27 kg 和8.03 kg，分別占全區(qū)排放量的25.6%、19.2%和15%；勒流TP 排放量次之，占全區(qū)排放量的9%；龍江、杏壇、倫教、北滘和樂從的TP 排放量接近，排放比例均為5%左右；陳村TP 排放量最小，僅占全區(qū)排放量的0.7%?？傮w來看，TN、NH3-N、TP 排放量集中在容桂，氮磷排放量的空間分布特征與順德區(qū)工業(yè)和人口分布大致相符。

圖1 TN、NH3-N、TP 排放量區(qū)域分布

2.2 順德區(qū)TN、NH3-N 排放季節(jié)性變化

2021 年，順德區(qū)TN、NH3-N 排放濃度水平如圖2、圖3 所示。

圖2 TN 各季節(jié)排放濃度水平（圓點表示單次測定值）

圖3 NH3-N 各季節(jié)排放濃度水平（圓點表示單次測定值）

春季，TN 排放濃度保持在1.35～9.47 mg/L；夏季，TN 排放濃度保持在1.10～6.70 mg/L；秋季，TN排放濃度保持在2.11～8.46 mg/L；冬季，TN 排放濃度保持在1.30～5.13 mg/L。春季、夏季、秋季和冬季的TN 排放濃度中位數(shù)分別為5.22 mg/L、3.90 mg/L、4.56 mg/L、3.34 mg/L，各季節(jié)TN 排放濃度的四分位距（IQR）分別為4.09、1.98、3.01、1.55。春季，NH3-N 排放濃度保持在0.013～0.659 mg/L；夏季，NH3-N 排放濃度保持在0.013～0.661 mg/L；秋季，NH3-N 排放濃度保持在0.013～0.228 mg/L；冬季，NH3-N 排放濃度保持在0.013～0.963 mg/L。春季、夏季、秋季和冬季的NH3-N 排放濃度中位數(shù)分別為0.63 mg/L、0.44 mg/L、0.42 mg/L、0.55 mg/L，各 季節(jié)NH3-N 排放濃度的四分位距分別為0.039、0.073、0.063、0.143。

隨著季節(jié)變化，TN 和NH3-N 排放濃度由高到低的排序均為春季＞冬季＞秋季＞夏季。經(jīng)分析，春冬兩季平均氣溫較低，污水處理廠對污染物的去除率受季節(jié)和溫度影響較大，當溫度較低時，反硝化細菌的活性受到一定抑制，導致硝化和反硝化速率不穩(wěn)定，進而引起脫氮效率降低，使氮排放濃度偏高；夏秋兩季氣溫更適合污水處理系統(tǒng)的硝化和反硝化細菌繁殖，其活性較高，所以脫氮效果更好，氮去除率更高，氮排放濃度較低[5]。

2.3 順德區(qū)TP 排放季節(jié)性變化

2021 年，順德區(qū)TP 排放濃度水平如圖4 所示。

圖4 TP各季節(jié)排放濃度水平（圓點表示單次測定值）

春季，TP 排放濃度保持在0.05～0.46 mg/L；夏季，TP 排放濃度保持在0.01～0.38 mg/L；秋季，TP排放濃度保持在0.05～0.29 mg/L；冬季，TP 排放濃度保持在0.09～1.60 mg/L。春季、夏季、秋季和冬季的TP 排放濃度中位數(shù)分別為0.22 mg/L、0.08 mg/L、0.12 mg/L、0.18 mg/L，各季節(jié)TP 排放濃度的四分位距分別為0.12、0.15、0.04、0.11。TP 排放濃度變化趨勢與氮元素一致，隨著季節(jié)變化，由高到低的排序為春季＞冬季＞秋季＞夏季，但整體來看，排放濃度波動不大，各季節(jié)TP 排放濃度的四分位距均在0.15以內(nèi)，各個季節(jié)排放濃度較為穩(wěn)定。

3 結(jié)論

本研究以粵港澳大灣區(qū)智能制造工業(yè)聚集地佛山市順德區(qū)為例，調(diào)查城市污水處理廠氮磷污染排放的時空變化規(guī)律，揭示智能制造工業(yè)區(qū)氮磷污染排放特征，這對其他工業(yè)城市的水污染控制具有借鑒意義。順德區(qū)各地氮磷排放的空間分布存在顯著差異。TN排放量最大的區(qū)域為容桂，其排放量占全區(qū)排放量的20.5%，其他地區(qū)TN 排放量由大到小的排序為勒流、大良、北滘、龍江、樂從、均安、杏壇、倫教、陳村；順德區(qū)NH3-N 排放量最大的區(qū)域是容桂，占全區(qū)排放量的27.5%，其他地區(qū)NH3-N 排放量由大到小的排序為大良、勒流、杏壇、陳村、樂從、倫教、龍江、均安、北滘；順德區(qū)TP 排放量最大的區(qū)域是容桂，占全區(qū)排放量的25.6%，其他地區(qū)TP 排放量由大到小的排序為大良、均安、勒流、龍江、杏壇、倫教、北滘、樂從、陳村。順德區(qū)內(nèi)TN、NH3-N、TP 排放量最大的區(qū)域均為容桂，氮磷排放的空間分布特征與順德區(qū)工業(yè)企業(yè)布局大致吻合。氮磷污染排放受季節(jié)變化影響，其排放濃度從高到低的排序均為春季＞冬季＞秋季＞夏季。NH3-N 和TP 的排放濃度相對穩(wěn)定，春季TN 排放濃度明顯高于其他季節(jié)。整體來看，環(huán)境水體中氮磷污染與城市工業(yè)布局和人口稠密度密切相關。