山區小流域污染與治理對策研究
——以重慶市梁灘河流域為例

杜利瓊,夏 非,張永戰,傅瓦利

(1.南京大學地理與海洋科學學院,江蘇 南京 210093;2.海岸與海島開發教育部重點實驗室,江蘇 南京 210093;3.西南大學地理科學學院,重慶 400715)

1 研究區概況

梁灘河流域位于縉云山與中梁山之間的北碚丘陵谷地及中梁山的狹長槽谷地帶,系溫塘峽背斜和觀音峽背斜之間的白市驛向斜控制形成的山間坳陷,南北長,東西窄,地勢北低南高,東西高,中間凹,流域面積520.5 km2,平均海拔高度300m左右。它地處亞熱帶濕潤季風氣候區,四季分明,冬暖夏涼,年平均氣溫17.5～18.8℃,多年平均降水量1000～1200mm,蒸發量略低于降水量。降水主要集中于春末夏初,5～6月是降水高峰季節,多以大雨、暴雨形式發生,降水強度大;盛夏(7～8月)降水量較少。夏季平均氣溫27.5～28.5℃,日最高氣溫超過35℃的年平均日數達20d以上,易出現嚴重伏旱[1]。

梁灘河是嘉陵江一級支流之一,發源于白市驛,流經重慶市九龍坡、沙坪壩、北碚3區,在北碚歇馬鎮注入嘉陵江(圖1),全長88km,有5條主要支流,河道平均比降0.26%,多年平均流量6.6 m3/s[2]。該河底有厚約1.5m的泥質淤積,可分3層,頂部為平均厚度0.3m的流動浮泥層,中部為平均厚度0.45m的黑色泥層,底部為平均厚度0.75m的灰黃色泥層[3]。

圖1 梁灘河流域示意圖(據文獻[3]修改)

梁灘河流域涉及15個鄉鎮,隨著城鎮化進程的加快,新城鎮多集中沿河發展,常住人口近40萬,成為重慶市重要的糧食、蔬菜、油料、蠶繭、畜禽生產基地。如回龍壩鎮發展以家庭作坊為主的紡織業,逐漸成為沙坪壩區的紡織工業基地;鳳凰鎮以加工摩托車零配件為主,為當地帶來了可觀的經濟效益和社會效益;畜禽業從20世紀90年代初興起,經政府大力扶植而快速發展,沿河的白市驛、西永、土主、回龍壩、歇馬等鎮養殖業尤其興盛,養殖規模每年都近百萬頭(只),至今畜禽養殖已成為當地農民增收的重要途徑之一。

經濟發展的同時,帶來了一系列的環境問題。20世紀90年代初期以前,梁灘河河水清澈,魚蝦成群。90年代中后期以來,流域水質開始惡化,很快變成了一條散發著惡臭的“黑河”,水質已成劣Ⅴ類,不能用于人畜飲用和灌溉,嚴重威脅沿河居民的飲用水安全,同時也在一定程度上影響到嘉陵江的水質和流域內工農業生產的發展,制約著重慶市西部生態農業基地的建設。如不及時進行污染治理,還可能影響到三峽庫區的水質。

2 研究方法

通過文獻資料的查閱、搜集、整理,全面認識梁灘河流域的基本現狀;走訪土主鎮政府,獲取可靠數據,并對土主鎮養殖戶進行抽樣問卷調查,運用實證分析法研究分析污染源;通過對土主鎮的實地調查并結合對其他類似鄉鎮的調查了解,分析以往采取的治污措施及效果,利用對土主鎮抽樣調查問卷的統計結果并結合具體案例,探討該地區發展沼氣的可行性及其發展模式。

3 梁灘河流域的污染

梁灘河作為飲用水源、工業用水和農業灌溉用水等,其功能應是執行地表水質標準的Ⅲ類標準,但從2001年的檢測數據來看,整個流域水體污染嚴重,特別是在西永和土主兩鎮以下的小石門段污染尤為嚴重 ,其中 COD、TP、NH3-N、BOD、Cr6+、Pb、Cd、CODMn、石油類、大腸菌群等10項指標超標(表1)[4],水質已成劣Ⅴ類。

3.1 污染源分析

短短幾年間,梁灘河從山清水秀變成劣Ⅴ類水質的臭水溝,其污染源主要有農業點源加面源污染、工業點源污染、城鎮生活面源污染,其中農業生產中的畜禽養殖污染問題尤為突出與嚴重。

表12001年梁灘河水質監測小石門測站統計[4]

3.1.1 農業污染源

養殖污染嚴重是導致梁灘河污染的主要原因。流域內白市驛、西永、土主、回龍壩、歇馬等鎮沿河分布有大量畜禽養殖戶,每鎮的年養殖規模數百萬頭(只),有的養殖大戶已向小規?；l展。下面以土主鎮為例說明畜禽養殖污染情況。

該鎮養鴨戶共有159戶,鴨只需1個月即可出欄;養豬戶共有21戶,豬4個月即可出欄;養奶牛數量超過10頭的共有2戶,其余的少量飼養戶不足10戶。其他殖的畜禽還包括雞、鵝、狗等,但規模很小,一般在5頭(只)以內,其排泄物較少,忽略不計;屠宰戶有9戶,主要是宰鴨(生豬都外運集中屠宰),鎮里的鴨子幾乎都是在這9戶屠宰場屠宰后再供應市場銷售。該鎮全年養殖和屠宰的排污量見表2,排污量約為8億～11億kg,而這些污染物未經任何處理,幾乎全部直接排入河流。

表2 土主鎮畜牧業全年排污量

畜禽養殖場廢水主要是高濃度有機糞尿廢水和沖舍廢水,其中豬糞尿混合排出物的 ρ(COD)達81000mg/L,牛糞尿混合排出物的ρ(COD)達36000mg/L,籠養蛋雞沖洗廢水的ρ(COD)達43000～77000mg/L,ρ(BOD)為17000～ 32000mg/L,ρ(NH3-N)為 25000 ～4000mg/L[5],初步估算土主鎮畜牧業COD年排放量為35000t～85000t(表2)。沿河的白市驛、西永、回龍壩、歇馬等鎮(圖1)的畜禽養殖業也很興盛,其養殖規模與土主鎮相當,由此可見流域內畜禽養殖的污染嚴重程度。

此外,春、秋季氣候溫和,為養鴨旺季,排污量較大,而正值豐水季節使得點源污染在春秋最嚴重;盛夏炎熱干旱,養鴨戶大多休養,排污量也減少,時值枯水期,點源污染相對較輕,但暴雨多發的夏季,雨水沖刷殘積地面的固體污物入河,使面源污染特別嚴重。

其他農業面源污染。農業(種植業)使用的農藥、化肥等在使用過程中浪費嚴重,其中化肥利用率僅為35%～40%,大部分殘留在土壤、水體中,其主要成分氮、磷隨著農業灌溉用水和地表徑流進入河流、湖泊和水庫,易造成富營養化;農藥利用率也僅為30%左右,70%的農藥會隨灌溉水、降水等淋溶作用散逸入農業生產環境中,是三峽庫區流域有毒害物質污染源之一[6]。

3.1.2 工業污染源

梁灘河流域沿河布局著數百家企業,包括紡織、摩配、電鍍、塑料等行業,其廢水以及固體廢棄物等幾乎都沒有經過嚴格處理,直排入河,成為點狀污染源,使得水量不大、自凈能力差、環境容量小的梁灘河加重了負擔。紡織印染行業對環境的影響主要以廢水污染為主。據統計,中國每年排放的印染廢水占工業廢水排放總量的35%,而排放的廢水又會污染20倍量的水體[7]。重慶市作為老紡織工業基地,僅沙坪壩區沿河就有400多家紡織企業,巨大的排污量對梁灘河污染相當嚴重;沙坪壩區沿河分布有十多家摩配、電鍍作坊,不易分解、擴散性強的油污和污水直排梁灘河,增大了治污難度;沙坪壩區有100多家塑料廠,收購的廢舊塑料經過破碎處理后用水清洗,然后將污水直接排入梁灘河,造成污染。據統計,2003年梁灘河流域沙坪壩段重點工業污染源排放的工業廢水量為977萬m3,工業廢水中的主要污染物COD的排放量為1016t/a,BOD5為111.1t/a,石油類為0.8t/a,Cr6+為313.6t/a[3](表3)。

表3 梁灘河沙坪壩段重點企業工業廢水年排放總量[3]

3.1.3 城鎮生活污染源

據調查,梁灘河流域除北碚區建有1座日處理5萬t的城市污水處理廠外,其他城鎮均無生活污水處理廠,雖然部分城鎮的污水經化糞池簡單處理后再排放,但其絕大部分未經任何處理就直接排入梁灘河及其流域。隨著城鎮化進程的加快,以前分散的居民大量集中到城鎮,兩岸居民的生活污水全部直排,每天的排放量近10萬t,其COD排放量約4500t/a;固體垃圾等廢棄物也大量增加,并隨雨水沖刷產生大量的污水。城鎮化以前,分散農戶所產生的污水以及廢棄物不會超過當地的環境自凈能力,基本不會產生污染。不斷擴建的新城鎮資金缺乏,沒有配套污水處理廠,大量直排的生活污水遠遠超過環境的自凈能力,加重流域污染。

對比表2和表3,土主鎮畜牧業COD年排放量為35000～85000t,而沙區重點企業工業廢水中的COD的年排放量僅為1016t,沿岸生活污水年排放COD約4500t。表2中的畜牧業COD排放僅列了土主鎮的指標,累計沿河的白市驛、西永、回龍壩、歇馬等鎮,使得流域的畜牧業COD排放指標最大。表3中只列了沙坪壩段重點企業工業的指標,累計九龍坡、北碚等區的所有工業COD排放量,其指標應高于沿岸生活污水排放量。從整個流域來看,畜禽養殖污染應是最嚴重的,即表1中的有機污染主要源自畜禽養殖業,再是工業污染,最次為城鎮生活及種植業污染,因此治污的首要問題是解決畜禽養殖污染。

3.2 近年來的治理措施與效果

梁灘河1998年被重慶市政府列為亟待重點整治的嘉陵江支流之一,并被列入《三峽庫區及其上游水污染防治規劃》中,2004年被列入重慶市首批開工治理的9條污染較重的河流之一。近期,在國務院新批準的《三峽庫區及其上游水污染防治規劃(修訂本)》中,重慶市8條次級河流共獲得國家補助14.08億元,其中梁灘河的補助最高,達到了3.95億元。

由于2000年以來梁灘河污染日益嚴重,環境不斷惡化,當地政府采取的治污措施主要包括部分禁止養鴨、建立化糞池與河道清淤等。

2003年沙坪壩區政府要求農民逐漸減少養鴨數量,并規定在沿河300m以內、公路沿線200m以內、城鎮集中居住區、飲用水源地范圍內農民不準養鴨,希望從限養到禁養最終發展為不養。然而,由于20世紀90年代政府鼓勵農民養鴨并逐步走上了規?；B殖道路,每只鴨的純利潤為2元,農民養鴨年創收可達數萬元,生活得到了顯著改善,并促進了地區經濟的快速發展。但規模養殖的污染處理機制未形成,又未找到合理的替代產業來彌補取締養鴨業的經濟損失,所以減少養鴨方案的貫徹執行遇到了很大阻力,養鴨規模幾乎沒有變化。此外,養殖戶從嚴查嚴打的地方搬到鄰村鄉鎮繼續養殖并排污入河,即在梁灘河流域僅換了地方排污入河,污染問題沒有得到實質性解決。

當地政府另一項治污措施是鼓勵農民建化糞池,將鴨糞中的有害物質分解來減輕對梁灘河的污染程度。但是,農民無力承擔昂貴的化糞池建池費,政府補貼的經費遲遲沒有到位。同時,缺乏處理化糞池的固、液殘渣的技術規劃和具體措施,所以這一方案也告落空。

由濱江公司承擔的梁灘河清淤工作已經開始了一段時間了,通過開挖河底淤泥運到岸邊來改善河流環境。清淤工作投入了大量的人力物力,耗費巨大,然而清淤大多只開挖了頂部的浮泥,中部的黑色泥層開挖不徹底,影響清淤成效。而且清淤只是清理已經污染的河道,僅暫時緩解污染情況,無法從源頭上解決污染問題,走的是一條先污染后治理的老路子,這樣的內源污染整治勢必收效甚微,所以從該工程投入至今,梁灘河的污染情況并沒有得到根本性的改善。

綜上所述,梁灘河的治污情況可概括為:問題關注度高,措施可行性差,河流污染依舊,水質惡化加速。

4 沼氣化治污措施

梁灘河流域目前最主要的污染源是畜禽養殖污染,其次是工業點源污染及城鎮生活污染。實施沼氣化、發展循環經濟是科學解決畜禽養殖污染這一主要污染源的有效措施,結合工業點源、城鎮生活污染源的集中處理、達標排放,梁灘河流域的環境污染問題可基本得到控制和改善。

4.1 沼氣化治污可行性分析

a.技術成熟。我國沼氣已有100多年的發展歷史。20世紀30年代田立方開辦“漢口天然瓦斯總行”,開創了我國沼氣利用之先河;20世紀50年代、70年代沼氣池建設分別有兩次大發展,但廢池較多;80年代以后沼氣池建設技術取得了長足的進步,廣泛應用于發展生態農業[8]?，F在沼氣池的建設、維護和利用都已經達到較高水平,而且其安全性也得到了大大的提高。重慶市沙坪壩區農業技術推廣站2007年組織沼氣推廣培訓班,每個鎮都派人參加了學習,為每個鄉鎮都培養了一批專門的技術員。土主鎮一養豬大戶建有1座16m3的沼氣池,投入使用1年,運轉良好,具有示范作用,便于技術推廣。

b.原料來源充沛。鴨糞、豬糞是很好的沼氣池原料,具有產氣量高、沼液可利用性強、沼渣較易處理等特點。養殖大戶日產大量的固、液有機廢物,比如養鴨每戶日排泄有機廢物約(2～3)×107kg,能保證沼氣池原料的充足連續供應。大量的生活污水和液體廢棄物、屠宰場的污水及有機廢棄物亦可入池。豐富且優質的原料保證了沼氣池建成后可以長效運轉,完成投資回收并帶來持續的經濟效益。

c.農戶參與積極性高。沼氣經濟效益、生態效益顯著。沼氣池的建立可以滿足農戶大部分炊事、照明、取暖等能源消耗,節省能源開支。沼液、沼渣可以用于種植業當作有機肥,節省肥料開支;沼渣經過除臭技術可以用作養殖業的飼料,節省養殖投入。同時,沼氣清潔環保,與沼氣配套的改村、改灶、改廁有利于改善村容村貌,提高農戶的生活質量,利于農民身心健康。從調查問卷中可以看出,農戶有迫切的建池愿望,希望政府投入50%～80%的建池費,自己籌資一部分建立沼氣池。

目前,該流域農村的能源主要包括電力、煤炭、薪柴等。養殖戶月均耗電約300元,用于煮飯燒水、電器運轉等;煤炭月花費冬天約400元,夏天100元左右,用于加工喂養畜禽的食物。因此,戶均能耗約為500元/月(燃燒禾草薪柴的供能未算入)。調查問卷的統計結果顯示,對于這筆能耗費用,農戶普遍認為偏高。建1個8～10m3的沼氣池約需投入1500元,利用沼氣農戶每年可以節約燃料和電費250～350元,減少農藥和化肥費用150～200元,畜業增收150～200元,種植業增收也在150元左右,直接經濟效益在800元左右,從而2年即可收回成本,1個沼氣池的壽命大概在10～15年[9],其推廣具有較好的可行性。

4.2 實例研究

以土主鎮力量村一建池的養豬戶為例分析沼氣效益。該戶一家8口人,能源消費主要有:電力,用于電器運轉,月電費約50元;煤炭,用于煮熟豬食,月花費900元;沼氣,煮飯燒水。沼氣作為能源,年節省花費約400元;沼液用于灌溉蔬菜和豬飼料,年節省化肥開支約300～400元。該池年創收約700～800元,建池花費了2000元,2～3年即可回收資金。該戶的生豬存欄量近百頭,沼氣池規模大,沼液沼渣贈予鄰里,節省了化肥開支,且作物長勢好,病蟲害少,被廣為傳頌。

該戶所有排污包括大量的豬糞以及生活污水都排入沼氣池,經過沼氣池處理后COD的去除率在70%～80%左右,大腸菌值下降2～4個數量級,改善了水質。

5 沼氣池的發展模式探討

以土主鎮為例,該地發展沼氣必須遵循因地制宜的原則。不同類型的農戶和不同的經濟發展階段,沼氣發展的模式不同。該鎮的養殖大戶聚居在河流沿岸,這里水源充足,交通方便,便于飼料、疫苗及成品的運輸和管理;一般的農戶以及小規模養殖戶多散居在離河較遠處。隨著勞動力大量外出務工,種植業萎縮,種植面積小,耗肥量小,興盛的養殖業產生的大量的有機肥無法在鎮內完全利用。因此,沼氣發展模式中必須考慮到養殖業和種植業發展不平衡這一因素。

5.1 小池+還田:對于分散的養殖規模一般農戶

離河較遠的農戶以種植業為主,養殖規模一般,沼氣原料不足,可建立小型池子,將畜禽排泄物歸池后,沼渣、沼液還田,肥效高,可增產增收。

5.2 中池+綜合利用:對于聚居的養殖大戶

養殖大戶一般離河較近,沼氣池原料充分,但種植業萎縮,肥耗少,開展沼氣、沼液、沼渣的綜合利用必須采取特殊的模式。沼氣用作煮飯燒水、照明、取暖,經濟衛生,亦可用于畜禽保暖及用沼氣燈適當延長禽類光照時間以提高其產卵量而增收。沼渣、沼液肥效高,可以施于農作物、果樹、花卉及護岸林等。盈余沼渣可制成有機肥外銷。用沼氣供熱蒸干沼渣所含的大量水分,調配各元素的比例制成高效的復合肥,促進有機農業發展的同時也解決當地部分剩余勞動力的就業問題,促進地方經濟發展。另外,沼渣除臭之后,可作畜禽飼料,為養殖戶節約飼料投資的同時也處理了排污物,經濟環保。

重慶市四季分明、降水充沛、日照較長,適合多種農作物、果樹、花卉生長,以沼氣池為紐帶將養殖業、種植業和果樹、花卉業及林業結合起來發展生態農業,可取得顯著的經濟效益和生態效益。

5.3 池群+循環經濟:養殖業規模化、集約化發展階段

政府正逐漸加大對養殖業的宏觀調控力度,促進養殖業向規?；⒓s化的經營方式轉型,實現規模效益,便于監管以消減食品安全隱患并緩解生態環境壓力。另一方面,隨著經濟的發展,農戶的環保意識也在不斷提高。沼氣發展模式必須與該階段相適應。

集約化的養殖場畜禽排泄物多,建池規模應擴大,聚居戶可建立聯立的沼氣池群來處理污物。成規模的沼氣除了前述用途外,更關鍵的是可以用來發電,產生方便、穩定、多用途的電能,突破了沼氣作為直接能源本身的局限,拓展了利用空間。沼液、沼渣除上述利用方式外,還可以建立加工廠,利用先進的工藝提取出相應的肥效元素,供給化工業、農業等相關行業,解決大量剩余勞動力就業問題的同時,也促進地方經濟發展。在這些基礎上,實現以沼氣為紐帶的由養殖業、種植業、花卉業、果樹業、護岸綠化林構成的生態農業循環經濟,形成產業鏈。剩余沼渣經過動力生化過程,降低其COD,再排放入環境,且山區河流湍急,流動過程中自凈作用也會降低其COD,其物質、能量流動模式如圖2所示。

畜禽排泄物等經過沼氣化過程,COD的去除率可達70%～80%,沼渣采用動力生化處理,可使COD的去除率更高,大大減少排入環境中的污染物,以促進梁灘河功能的恢復,改善流域生態環境。

圖2 以沼氣為紐帶的生態農業循環經濟模式

6 結論與討論

梁灘河流域系山區小流域,氣候溫暖濕潤,適于養殖業的發展,經濟發展也較快。隨著養殖業的興盛、工業生產規模的擴大、城鎮化進程的加快,缺少相應的環保措施而造成河流污染,水質成劣Ⅴ類,嚴重影響人們的生活,反過來也制約經濟發展。本項研究表明,梁灘河流域目前最主要的污染源是畜禽養殖污染,其次是工業點源污染及城鎮生活污染。建立沼氣池、發展循環經濟是科學且可行地解決畜禽養殖污染這一主要污染源的可持續發展措施。沼氣池的技術成熟、效益顯著、農戶參與積極性高使建池可行,但要遵循因地制宜的原則,在不同階段采取不同模式。對于集約化養殖,在梁灘河流域發展以沼氣為紐帶的生態農業循環經濟,其經濟效益與生態效益均非常顯著,是解決當前問題的有效可行的措施,可以從根本上改善過去10年來采取的養鴨禁而不止、建立化糞池、河道清淤等治污措施成效較差的現狀。

梁灘河的污染問題反映出城鎮化過程中經濟發展和環境保護之間的矛盾。然而,在不同的經濟發展階段,只要采用相適應的以沼氣為紐帶的生態農業發展模式,結合工業點源、城鎮生活污染源的集中處理、達標排放,梁灘河流域的環境污染問題可基本得到控制和改善。

山區河流往往是居民生活用水及當地工農業用水的主要水源,河流污染將嚴重影響人民生活生產。山區水系往往成羽狀,坡陡流急,多暴雨,污染物隨暴雨徑流迅速匯入主河道易造成干流污染。山區坡度大,平地有限,村鎮沿河集聚發展。山區的自然環境,適宜發展禽畜養殖,是當地居民增加收入的重要產業。山區小流域的地形和水系特征促使畜牧業得到較好發展,因此畜禽養殖污染是山區水資源的一個重要污染源,保護與永續利用山區水資源的關鍵工作之一是治理畜禽養殖污染。不同山區,經濟發展階段不同,畜牧業發展規模各異,但大致都可以劃歸到上述的3個階段,分別采取相應的沼氣發展模式解決不同山區的污染問題應是切實可行與有效的。不過,山區小流域不同子區域產業發展模式與相應的土地利用方式的差異將導致環境污染源的差異,進而產生不同類型和不同強度的污染組合特點[10],畜禽養殖污染對于某一局部流域地區可能并非是主要污染源,這點在實際工作中需要注意。

致謝:在本項實地調查研究中,重慶市沙坪壩區土主鎮政府相關工作人員和參與調查問卷的村民提供了很多有價值的實地數據資料;南京大學地理與海洋科學學院竇貽儉教授給予了環境評價及沼液處理等有益建議,鄒欣慶教授對文章提出了建議和意見;審稿專家對本文提出了寶貴的修改意見,謹致謝忱。

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