造紙廢水排放對海洋生態環境和漁業資源的影響

趙俊杰，周 斌，沈新強

（1.交通運輸部天津水運工程科學研究所水路交通環境保護技術交通行業重點實驗室，天津300456；2.中國水產科學研究院東海水產研究所，上海200090）

20世紀至今，廢水海洋處置已廣泛為美、英、法、香港、臺灣等國家和地區濱海城市所采用，國內上海已建成竹園、白龍港、星火、奉浦廢水外排系統和正在規劃建設中的金山尾水外排系統工程。排放時廢水中含有的COD、BOD5及氨氮等污染指標將會隨著水流的擴散對一定范圍海域內的生態和漁業環境產生負面影響。如何較準確地定量計算受影響區域的生態環境和漁業資源的損失成為目前國內研究的一個難題和重點，本文以南通污水排海工程為例，通過造紙廢水中特征污染物AOX指標對水生生物短期對比試驗研究成果并結合數模給出的混合區面積，計算出廢水排放造成混合區內海洋生態和漁業資源的年直接損失，同時提出對廢水長期影響范圍區的控制管理，可為其他同類型項目提供技術參考。

1 工程概述

南通市工業達標尾水排海工程項目為王子造紙項目的尾水深海排放服務，主要處理高檔紙生產線和闊葉化學漿生產線所排放廢水，廢水經絮凝沉淀和純氧曝氣活性污泥達標處理后排放入海，設計排放能力15萬t/d，污染物排放濃度分別為 COD：96 mg/L，BOD5：50 mg/L，SS：70 mg/L，AOX（可吸附有機鹵化物）：2.6 mg/L。

2 研究方法

對廢水特性的研究方法基本可以分為兩類，一類是理化方法，另一類是生物學方法，包括生態方法，毒理學方法。而水生生物毒性試驗是水毒理學的一個重要組成部分，用此方法直接測定廢水的毒性，是研究水體污染的一種重要手段，同時也為確定廢水的安全排放濃度提供科學根據［1］。

2.1 安全濃度推定方法

在化學物質單質毒性研究中，除半致死濃度（LC50）、最高無影響濃度（NOEC）等效應指標外，還通常給出“安全濃度”，對于含有污染物質的廢水的安全濃度，通常可由全廢水的毒性效應指標來推定。對單質難降解化學物質，其處理方法是用最敏感物種的LC50值乘以系數0.001。

圖1 排海口位置圖Fig.1 Outfall location

對于廢水整體毒性數據的安全濃度推定，各個國家采用的方法不盡相同。美國EPA采用的是毒性單位（Toxicity Unit，TU）方法，用TU乘以一個統計系數來推定安全濃度，通常有0.3 TUa（a表示acute，急性毒性）和1.0 TUc（c表示chronic，慢性毒性）2種方式，前者是從受試生物急性致死保護角度提出急性致死安全濃度，1.0 TUc是對最敏感物種慢性毒性指標NOEC而言，提出廢水長期的安全濃度，1.0 TUc方法通常需要慢性毒性試驗的等比稀釋試驗數據，并采用統計方法推定［2-4］。

加拿大、澳大利亞、新西蘭和美國的一些州，通常采用敏感生物急性毒性數據乘以一個系數作為安全濃度，把廢水中污染物劃分為兩類：非持久性污染物（即可降解）和持久性污染物（難以降解或不可降解）。對非持久性污染物乘以0.05，對持久性污染物乘以0.01［5-6］。

2.2 本文采用的安全濃度推定方法

根據造紙廢水對水生生物短期對比試驗，得到了不同受試生物的半致死濃度（LC50）數據。參照USEPA的方法推定急性致死安全濃度，慢性長期安全濃度推定采用加拿大、澳大利亞的系數法，視造紙廢水中AOX為持久性污染物，推定系數取0.01。其中輪蟲、大型溞采用24 h的LC50數據，其余生物采用96 h的數據。LC50數據乘以0.3得到排海廢水在短時間內不導致水生生物急性致死的安全濃度，乘以0.01為慢性長期安全濃度，為對排海廢水在海區的稀釋擴散進行分級管理，乘以0.02作為長期安全概率不低于50%的濃度（表1）。結果表明：達標廢水急、慢性致死安全濃度最高的受試生物類型為黑鯛卵，其LC50為0.345 mg/L（以AOX濃度表示），急性安全濃度為0.104 mg/L，水生生物在該濃度包絡范圍內具有發生急性死亡的概率（96 h內）；慢性安全濃度為0.003 45 mg/L，水生生物在0.003 45 mg/L（AOX濃度增量）的包絡區域外不會受到排海水的影響，長期安全概率不低于50%的濃度值為0.006 9 mg/L，水生生物在該濃度包絡范圍內受到影響的概率超過50%。

表1 廢水急性致死安全濃度及慢性長期安全濃度（以AOX表示）Tab.1 Effluent acute and chronic lethal concentrations of long-term safety concentrations（expressed in AOX）mg/L

3 海域環境現狀

中國水產科學研究院東海水產研究所2008年6月在工程海域的現狀調查結果顯示，調查海域平均水深7 m，浮游植物生物量平均值為42.33×104ind/m3，浮游動物生物量平均值為143 mg/m3，魚卵平均分布密度為3.00個/m3，仔魚平均分布密度為0.87尾/m3，現存魚類幼體平均密度26.376 5萬尾/km2，蝦類幼體平均密度1.756 7萬尾/km2，蟹類幼體平均密度0.736 0萬尾/km2。

4 排海廢水對海洋生態和漁業的影響

數模計算了15萬t/d排放量條件下廢水不同AOX濃度增量的稀釋擴散廢水最大包絡面積（表2）。

表2 不同濃度增量情況下AOX包絡面積Tab.2 Envelope area of AOX in different concentration increment

由上述分析可知，黑鯛卵長期安全概率不低于50%的AOX安全濃度為0.006 9 mg/L，對應的AOX濃度增量為0.006 9 mg/L對應的包絡面積為0.12 km2，在此面積范圍外，水生生態和漁業生物受到廢水長期排放影響的概率通常低于50%，AOX濃度增量為0.003 45 mg/L對應的包絡面積為1.55 km2，在此面積范圍以外，水生生態和漁業生物受到廢水長期排放影響的概率極低，即水生生物和漁業生物不會受到漁業生物的影響。

4.1 運營期排海廢水對海洋生態和漁業資源的直接影響

直接影響主要考慮因廢水排放造成的浮游生物、魚卵、仔魚、幼魚和水產養殖的損失。從造紙廢水的特性和對生物的長期安全考慮，運營期排海廢水對海洋生態和漁業的直接影響選擇黑鯛卵長期安全概率不低于50%的AOX安全濃度為0.006 9 mg/L時影響范圍0.12 km2進行評價（即混合區［7］）。

一般認為超《海水水質標準》四類海域認定為重污染影響區，該影響區內生物死亡率在50%～100%，超《海水水質標準》二、三類認定為中污染影響區，在中度污染影響區生物死亡率在10%～50%［8］。本文視該區域內水質超過二類海水水質標準，屬中度污染影響區。

在混合區范圍內，成魚可以回避，但浮游生物、魚卵、仔魚、幼魚回避能力差，會因曝露于較高風險的廢水稀釋擴散區而受到不同程度損害。其中，進入混合區內的浮游生物、魚卵和仔魚最高損失率為25%，幼魚最高受損率為10%。

4.1.1 對海洋生態的影響

由廢水的毒性效應分析，混合區內的餌料生物因廢水的毒性而25%致死，根據調查水域浮游植物和浮游動物生物量現狀值，廢水排放將造成浮游植物日損失量為1.14×1011ind，浮游動物生物量日損失量為38.6 kg，由于廢水是長年排放，浮游生物還會進入混合區，平均以每天受損為日損失量的10%估算，浮游植物年損失量為4.27×1012ind，浮游動物年損失量為1 444 kg。

4.1.2 對漁業資源的影響

污染物擴散對漁業資源的影響采用農業部發布的《建設項目對海洋生物資源影響評價技術規程》（SC/T9110-2007）的 6.4.2節的評估方法［9］。

本方法適用于污染物（包括溫排水和冷排水）擴散范圍內對海洋生物資源的損害評估，分一次性損害和持續性損害。

一次性損害指污染物濃度增量區域存在時間少于15 d（不含15 d）；持續性損害指污染物濃度增量區域存在時間超過15 d（含15 d）。

（1）一次性平均受損量評估。某種污染物濃度增量超過GB 11607或GB 3097中II類標準值（GB 11607或GB 3097中未列入的污染物，其標準值按照毒性試驗結果類推）對海洋生物資源損害，按式（1）計算

式中：Wi為第i種類生物資源一次性平均損失量，尾、個、kg；Dij為某一污染物第j類濃度增量區第i種類生物資源密度，尾/km2、個/km2、kg/km2；Sj為某一污染物第 j類濃度增量區面積，km2；Kij為某一污染物第 j類濃度增量區第i種類生物資源損失率，%；n為某一污染物濃度增量分區總數。

（2）持續性損害受損量評估。當污染物濃度增量區域存在時間超過15 d時，應計算生物資源的累計損害量。計算以年為單位的生物資源的累計損害量按式（2）計算

式中：Mi為第i種類生物資源累計損害量，尾、個、kg；Wi為第i種類生物資源一次平均損害量，尾、個、kg；T為污染物濃度增量影響的持續周期數（以年實際影響天數除以15），個。

本項目廢水是長年排放，對漁業資源屬持續性損害，按15 d為1個周期，以該區域魚卵、仔魚、幼魚僅在夏半年出現來推算，應有12個周期，則年漁業資源損失數量為魚卵：3.00個/m3×0.12 km2×7 m×25%×12=7.56×106個；仔魚：0.87 尾/m3×0.12 km2×7 m×25%×12=2.19×106尾；幼體：（26.376 5+1.756 7+0.736 0）萬尾/km2×0.12 km2×10%×12=4.16×104尾。

4.2 運營期排海廢水對海洋生態、漁業資源的長期潛在影響

本排海工程處于重要的漁業水域，除在0.12 km2的混合區內對海洋生態、漁業資源造成直接影響外，還應考慮對0.12～0.84 km2長期影響范圍區的控制管理。長期潛在影響區控制范圍則考慮從廢水排放角度開展分級分析。

（1）根據數模結果，AOX濃度增量0.104 mg/L的面積不超過0.01 km2，在該范圍內，水生生物存在著急性致死的風險。

（2）在0.01～0.12 km2的范圍內，一般不會造成水生生物急性致死，但從長期影響角度，水生生物的生長、繁育受到影響的概率大于50%。

（3）在0.12～0.84 km2的范圍內，從長期影響角度，水生生物的生長、繁育受到影響的概率已大大降低，從100%的安全角度出發，該區域依舊存在一定的風險。

（4）在0.84 km2外，正常情況下，一般不會對水生生物的生長、繁育構成威脅。

5 結果與討論

通過造紙廢水中AOX指標對水生生物短期對比試驗，確定廢水急、慢性致死安全濃度最高的受試生物類型為黑鯛卵，并以黑鯛卵的廢水長期安全概率不低于50%的濃度值0.006 9 mg/L的包絡區域確定為污水排放的混合區，依據數模計算出的混合區面積0.12 km2，結合各種海洋生物的損失率，計算出造紙污水排海造成混合區范圍內海洋生態和漁業資源直接損失，其中浮游植物年損失4.27×1012ind，浮游動物年損失1 444 kg，魚卵年損失7.56×106個，仔魚年損失2.19×106尾，魚蝦蟹幼體年損失4.16×104尾。此外，還應考慮對影響預測中0.12～0.84 km2長期影響范圍區的控制管理，長期潛在影響區控制范圍應考慮從廢水排放角度開展分級分析，認為在0.84 km2外，造紙廢水正常排海情況下，一般不會對水生生物的生長、繁育構成威脅。

本文可作為同類型排海項目定量計算受影響區域的生態環境和漁業資源的參考，同時提出的廢水長期影響范圍區的控制管理可為海洋主管部門對排海項目周邊環境的長期監測與監控提供技術依據。下一步研究中可考慮增加其他污染指標（例如COD、氨氮、BOD5等）對水生生物的毒性研究，延伸到一般類工業廢水深海排放項目中。

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［7］GB18486-2001，污水海洋處置工程污染控制標準［S］.

［8］沈新強，張淳良，蔣玫.非急性水污染對漁業影響的定量估算方法的探討［J］.水產學報，2001，25（3）：283-285.SHENG X Q，ZHANG C L，JIANG M.Approaching of quantitative estimation of the effect of non-acute water pollution on fishery［J］.Journal of Fisheries of China，2001，25（3）：283-285.

［9］SC/T9110-2007，建設項目對海洋生物資源影響評價技術規程［S］.