綠色港口建設中港區水污染研究綜述

賀林林 賈瑞 焦鈺祺 梁越

摘要：水路運輸由于運載能力大、運輸成本低、能耗少，成為世界上很多國家最重要的運輸方式之一。港口作為水陸交接的樞紐，由于頻繁的貿易往來使得船舶和陸域排放出大量的生活污水和油污水，以及施工期產生的懸浮污染物等，導致港區水域的水污染問題日益突出。為了貫徹實施港口可持續發展戰略及綠色港口發展理念，開展港區水污染問題的研究和防治勢在必行。首先歸納了港口施工期、運營期主要水污染物來源及危害;然后闡述了這些水污染物排放的時空分布特征;最后在對已有文獻歸納分析的基礎上，總結了港區水污染的防治措施，建議引入生態工程來處理港區污水，并對比了國內外港口在制定水污染防治計劃方面的差距，指出了現有港區水污染研究及防治存在的缺陷與不足。

關 鍵 詞：綠色港口;水污染;時空分布特征;防治措施

中圖法分類號：X824

文獻標志碼：A

文章編號：1001-4179（2021）09-0038-08

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.09.007

0 引 言

水路運輸由于運載能力大、運輸成本低、能耗少，成為世界上很多國家最重要的運輸方式之一，承擔著石油、煤炭、礦石、機械等大宗重件物資中長距離運輸的任務。重慶交通年鑒統計數據顯示，自2010年以來重慶市四大運輸方式中，水路運輸貨物周轉量在全部貨物中的占比均高于60%。而港口作為水陸交接的集結點和樞紐處，也因為頻繁的貿易往來而使得船舶和陸域排放出大量的生活污水和油污水，以及施工期產生的懸浮污染物等，導致港區水域的水污染問題日益突出[1]。統計數據顯示：① 貨船是船舶油污水的主要排放源，但客船和非運輸船油污水排放量仍不可忽略;② 船舶生活污水中懸浮物和有機物是主要的污染物，會降低水體透明度，影響水生生物的呼吸和代謝作用[2]。本文分別對張家港和重慶港船舶產生的水污染物進行統計分析得，張家港船舶壓載水年均產生量為1.20萬t，船舶油污水年均產生量為1.29萬t，船舶生活污水年均產生量為0.26萬t[3];重慶港2014～2018年船舶污染物產生量如圖1所示[4]，對比2014年重慶港船舶垃圾接收量6 731 t和船舶油污水接收量3 273 t現狀[5]以及2016年重慶港船舶垃圾接收量6 731 t和船舶油污水接收量3 115噸現狀[6]發現，港區產生的船舶水污染物較多，但其中大部分未能通過正規渠道接收處理。同時，由圖1可知船舶生活污水產生量較大，而統計數據顯示，目前三峽庫區各港口碼頭均未建設生活污水接受處理設施，且各社會接收船不接收協議外船舶的生活污水，導致船舶生活污水極有可能直接排入水體，嚴重危害港區水環境安全。因此，為了貫徹實施港口可持續發展戰略，國際港口界提出了綠色港口的發展理念，即在保護環境和發展經濟之間保持均衡的可持續發展理念。目前，在綠色港口建設方面，歐美和日本等發達國家由于起步較早，已取得了顯著成效，例如，美國長灘港實施了“碼頭暴風雨水污染預防計劃”、日本港口制定實施了《預防海洋船舶油污染法》、澳大利亞悉尼港實施了“綠色港口指南”（Green Port Guidelines）[7]等。而中國綠色港口建設尚處在起步階段，相關研究成果較少，有必要對中國港區水污染問題的研究現狀與防治措施進行歸納分析，為港區水污染的監測模擬以及制定港區水污染防治政策提供理論和技術支撐。

本文首先歸納了港口施工期和運營期主要的水污染物的來源及危害。然后，闡述了這些水污染物排放的時空分布特征。最后，在對已有文獻歸納分析的基礎上，總結了港區水污染的防治措施，建議引入生態工程來處理港區污水的方法，并對比了國內外港口在制定水污染防治計劃方面的差距，指出現有港區水污染研究與防治存在缺乏完整系統的水污染排放清單、水污染物排放特征的研究不夠全面、防治措施仍多停留在理論階段、污染物處理工藝較單一等問題。

1 港區主要水污染物來源及危害

在對港區水污染防治之前，首先要明確港區水污染的主要污染物及其來源與危害。

1.1 港區主要水污染物的來源

當前港區污染源解析的研究方法有：排放清單法、流域模型法和統計學方法。其中，最常用的方法是多元統計學方法和排放清單法，多元統計法是采用自下而上的方法來確定主要污染物進而尋求污染源，而排放清單法主要采用自上而下的研究方法核算各個污染源的排放量，計算相對簡單。白景峰等[8]基于排放清單法總結了施工期、運營期港口水域的污染源，在此基礎上，本文歸納出各類污染源對應的主要污染物，具體情況如表1所列。

需要指出的是，港口施工期產生的水污染物通常容易被忽略。而除施工機械所產生的油污水以及施工人員產生的生活污水外，施工過程中港池疏浚挖泥、碼頭樁基施工等過程均需要在水體中進行，使得河床受到擾動，水體受到污染，導致施工范圍內的局部水域水體透明度下降，從而對港區生態環境產生影響[9-11]。據統計，疏浚工程量為80 000 m3時，施工挖泥、拋泥產生的懸浮污染物分別達6 500 t和3 500 t[12]。王云龍等[13]、徐兆禮等[14]研究了疏浚懸沙對浮游動、植物的影響，發現懸浮污染物會對浮游植物的生長以及部分浮游動物的發育和變態造成影響。Newcombe[15]以及東海水產研究所[16]對魚、蝦、蟹進行的相關研究表明，懸浮物濃度增量對其生態環境的影響相當嚴重。當疏浚施工期為140 d時，即使在半回避產卵期也會造成1 000多萬的漁業資源損失。由此可見，港口施工過程中的水污染問題必須引起重視。

此外，在港口運營期間，由船舶和陸域輔助設施產生的水污染方面的研究成果較多[17-24]。而散貨碼頭陸域堆場產生的雨水徑流問題較少受到學者們的關注[25-26]。堆場雨水徑流產生的污水與降雨量、降雨頻次及散貨周轉量等因素有關。據統計，2017年內河港口煤炭及金屬礦石的吞吐量為2 800多萬t[4]，而對于像重慶港等長江沿岸雨水較為充沛的港口，不可避免地會產生大量的煤雨水和礦石雨水，若港區儲水設施發生溢流，將會導致這些污水直接排入港區水域，造成極其嚴重的影響。以重慶1961～1970年的降雨數據為例[27]，若港口設定收集和處理60 mm日降雨量，則有19次溢流，未經處理發生的總降雨量約219.7 mm，約占總降雨量的6.3%，即有6.3%的煤雨水、礦石雨水未經處理直接進入港區水域。而隨著三峽大壩的修建，重慶地區降雨量逐年增加，因而未經處理排放到港區水域的煤雨水、礦石雨水量仍在逐年增加，必須引起重視。

1.2 港區主要水污染物的危害

港區水環境污染物種類繁多，各類污染物對水生生物及港區生態環境的影響各不相同，因此有必要明確港區施工期和運營期產生的水污染物的危害，為制定相應的防治措施提供依據。

盡管施工期港區水污染物對水生生物的影響具有暫時性，但如果施工持續時間過長仍會造成無法挽回的損失。國內外學者開展了港區施工期對水生生物影響的相關研究，本文將其歸納總結如表2所列。由表2可知，港區施工期對水生生物的影響主要表現在以下3個方面：① 影響水生動物幼體的成活率和胚胎發育率;② 導致水生動物成體的死亡率升高;③ 堵塞水生動物食物過濾系統和消化器官，降低攝食速率和覓食行為。此外，現有研究成果表明，沿海港口的施工期水污染對水生生物影響的研究已經有了一定進展，而相比之下，內河港口的研究較少。實際上，內河港口施工期水污染物的不合理排放與控制將直接威脅沿岸人民群眾的飲用水安全和水產品食用安全，因此應當引起重視。

運營期港區水污染物不慎流入水體會對水域水質造成極其嚴峻的危害，汪亭玉等[42]認為其危害主要體現在以下3個方面：① 污水中所含的有機物在分解時，會消耗水中大量的溶解氧，使大多數水生生物因缺氧而窒息死亡;② 污水中的無機營養鹽類，是造成水域富營養化的主要因素，尤其是N、P含量過多時，會使有毒、有害的藻類大量繁殖，造成水生態系統的嚴重破壞;③ 污水中存在大量的致病微生物，是潛在的傳染病源。而通過對已有文獻的研究分析，本文認為除上述危害外，還應該考慮：① 船舶洗艙水意外排放對水體中各種生物的危害，據統計，2016年長江干線產生了約600萬～800萬t有毒有害的船舶洗艙水[43]，會造成嚴重的水污染。② 粉塵和大氣污染物經降雨溶解后流入水體對水生生物以及人類造成的危害，安林昌等[44]借助2014～2016年氣象局和環境保護部公布的6種大氣污染物濃度數據，對降雨前后的大氣污染物濃度進行分析得出，在京津冀、長三角和珠三角區域，降雨后其濃度降低約43%～60%?？梢姡蹓m和大氣污染物的降雨溶解是不容忽視的。

2 港區水污染物排放特征

港區水污染物種類多，在地理、氣候等環境因素以及人類活動的影響下呈現出時空分異特征，而明確港區水污染物的時空排放特征是評價港區水質和改善港區水質的前提。

2.1 時間分布特征

港區根據降雨量的多少及水位高低可分為豐水期、平水期和枯水期，不同時期各污染物排放量和排放濃度不同。本文通過對文獻分析總結[45-48]，得出寸灘港2016，2018年和2019年主要超標指標CODMn和NH3-N的月值變化情況（研究數據來源于國家地表水環境質量監測網監測數據[48]）如圖2所示。

由圖2可見：CODMn濃度月值變化規律性較為明顯，表現為7～9月濃度較高，12月至次年3月濃度較低。其原因主要在于測定CODMn濃度時采用氧化劑，水體中能被氧化的物質均被作為CODMn檢出，而5～9月為豐水期降雨量多，大量還原性物質流入港區，因此CODMn濃度較高，12月至次年3月為枯水期，降雨量少，CODMn濃度較低。

寸灘港近3 a內NH3-N濃度月值變化規律有所差異，其規律表現為1～3月濃度較高、7～9月濃度較低。其原因在于豐水期降雨量增加使NH3-N被稀釋，因而濃度相對較低;枯水期降水量少使得NH3-N濃度相對較高;4，10，11月為平水期，NH3-N相對濃度位于豐水期濃度以上，枯水期濃度以下?？紤]到港船舶對港區污染物濃度的增加作用與降水量對污染物濃度的稀釋作用，對各時期到港船舶與降雨量綜合影響進行分析，得到2018年重慶豐水期、平水期、枯水期的水運平均貨運量及平均降雨量，如表3所列，其中以水運平均貨運量的多少來代表船舶到港的頻繁程度。本文對其進行無量綱處理，以兩者比值γ作為綜合影響系數，計算結果如表4所列?？梢娋C合考慮兩種影響因素時，NH3-N排放的時間分布規律依然為：枯水期>平水期>豐水期，與上述分析結果一致。且由圖2可知，NH3-N等各類水污染物濃度整體上呈下降趨勢，表明水質逐年變優。

2.2 空間分布特征

港區水污染物排放的空間特征主要表現為不同等級河流上的港口水污染物排放濃度不同、干流沿程不同的港口水污染物排放濃度不同。對不同等級河流上的港口而言，河流等級越低，港口水污染物濃度越大，超標也相對越多。對長江干流沿程的港口而言，如圖3所示，整體上呈現中游港口污染物排放濃度>下游港口污染物排放濃度>上游港口污染物排放濃度。究其原因可能是中下游港口貿易相對上游更頻繁一些，使得港區陸域及到港船舶污染物排放量更多，排放濃度也更大。

3 港區水污染防治措施與規劃分析

綠色港口建設必須要制定和實行一系列水污染防治措施，本文首先分析港口廢水收集處理現狀，然后通過對鞠美庭等[7，8，49]研究成果的分析，歸納總結了4類港區污水防治措施，提出采用生態工程來處理港區污水的建議，并對比了國內外港口在制定水污染防治計劃方面的差距，可為國內港口水污染研究與防治提供參考和借鑒。

3.1 國內港區水污染防治現狀

隨著MARPOL73/78防污公約附則Ⅰ《防止油類污染規則》、附則Ⅳ《防止船舶生活污水污染規則》與附則Ⅴ《防止船舶垃圾污染規則》逐漸生效以及《水污染防治法》和《防治船舶污染內河水域環境管理規定》的頒布實施，港區水環境理論上應趨于好轉，但目前國內港區水污染防治仍然面臨較大的問題。

徐文文等[50]對江蘇省港口碼頭污水收集處理現狀進行調研發現，散貨碼頭的污水接收處理設施不完善，無設施的泊位比例和數量較多。而相比之下，?；反a頭總體上污水接收處理設施較完善。沿海碼頭的水污染防治情況較好。同時，沿江碼頭的污水接收處理情況好于內河港口，內河碼頭泊位的接收處理情況相對較差，大部分泊位存在設施不完善、無設施的現象。楊科等[51]、李麗平等[52]也得出相似的結論，認為港區的船舶污水接收處理設施建設不足、利用率普遍不高。

此外，由于生活污水回收利用價值低，回收處理費用相對昂貴，許多港口未建設生活污水接收處理設施，而是依靠社會船舶對其進行接收處理，致使除協議單位以外的船舶生活污水排放困難[53]。同時，國內各港口工作船舶運營效益低，加大了配備生活污水處理設備的困難度。

3.2 港區水污染防治措施

（1）含塵雨水與沖洗水。散貨碼頭因降雨及沖洗而產生的污水，可在散貨堆場附近挖掘收集污水的溝渠和調節沉淀池，先利用其密度大于水的特性，使重顆粒在溝渠中沉淀，達到初步清除的目的，然后在調節沉淀池中添加絮凝劑，利用其吸附作用，使小顆粒的懸浮物凝聚成大顆粒，并逐漸形成絮團，在重力的作用下迅速沉淀于底部，從而去除水中絕大部分懸浮物[8]。

（2）集裝箱沖洗水。集裝箱沖洗產生的廢水，可在集裝箱堆場附近設置溝渠和調節池，先初步沉淀，后加入化學試劑，從而有效去除污染物。裝載有毒物品的集裝箱應先清掃再洗箱，含有毒有害物質的洗箱污水應由相關單位接收處理。危險品箱堆場應與普通箱堆場分開，堆場周圍應設獨立排水溝，事故狀態下的沖洗水應經排水溝收集處置[8]。

（3）生活污水。生活污水經污水處理廠處理后，部分進行回收利用，剩余部分通過設置合適的排污口，利用水體自身的稀釋擴散能力對污水進行凈化。為了做到達標后回收利用或排放，一般可在船上安裝生活污水處理設施，或在船上用貯水柜把生活污水集存起來，到港后排入港區的污水處理廠或污水接收處理船[7]。

（4）港區油污水。一般性港區油污水防治，一方面可以改善船舶上的防治措施，如安裝油水分離器裝置等，對油船采用“裝置上部法”和“原油洗艙水法”，新船可建造專用壓載水艙;另一方面可以提高港口防治能力，在港口設置專用的船舶污水接收處理船，將接收的污水在船上直接進行處理，或者在岸上設置污水處理廠，將船舶油污水接收后送到污水處理廠集中處理[7]。

事故性港區油污水的善后措施有：① 封航后用圍油欄圍油，毛氈吸油，再人力撈取，以減少油污;② 利用一些化學試劑使油被分解成細小顆粒，加快其分解、擴散與降解;③ 利用微生物的生化分解作用，將復雜的油類有機物分解為簡單的物質，從而使有毒的物質轉化為無毒物質，使港口水域能夠達到自凈的目的[49]。

此外，隨著生態工程發展日趨成熟，本文認為應該引入生態工程來處理港區污水，充分利用其建設成本低、維護方便、能耗少、污水處理效率高以及可以對污水進行綜合利用等優點。如，董克虞等[54]利用生態工程處理石油化工污水，去除率高達72%且創造出巨大的經濟效益;邱園園等[55]通過構建鳳眼蓮三級串聯凈化塘生態工程對污水進行深度處理，結果顯示N、P去除率均高于60%。

3.3 港區水污染防治計劃對比分析

國外綠色港口建設起步較早，部分港口已制定了一系列相對成熟的防治措施與規劃，且在推行港口環保方面積累了一定的經驗，本文將國外主要港口水污染防治規劃進行總結歸納如下，以為國內港口相關規劃的制定提供參考和借鑒。

（1）美國的奧克蘭港制定了《暴風雨水計劃》，對施工建設期及運營期的暴風雨水進行防治，以減少徑流污染物;而作為美國第二繁忙的港口——長灘港推出“綠色港口政策”，制訂了包括維護水質、可持續發展等7個方面近40個項目的環保方案。

（2）日本港口制定了包括凈化污染水的水交換設施、防污染緩沖區、環境防污染設施、廢水接收設施和廢油處理設施等環保設施清單在內的較完備的港區水污染防治規劃與措施。

（3）澳大利亞的吉普斯蘭港制定實行了《安全與環境管理計劃》，針對港區挖泥規定了具體的時間、地點及方式;弗里曼特爾港開展海洋質量綜合監測計劃，每兩周進行一次水質監測，評估與港口環境污染相關的各種潛在因素。

（4）英國港口則每年必須向港務管理局提供詳細的環保及應急計劃，需要制定具體的防治目標、措施及實施辦法，并明確相應的責任和監督措施。

（5）加拿大的溫哥華港制定了《雨水污染預防計劃》和《港口信息指南》，以處理與雨水有關的污染和船舶排放的各類污染物;而多倫多港制定實施了《海港清理計劃》，每年將從港區清除6.8萬t以上的污染物。

相比之下，國內港口只有天津港、上海港、大連港、深圳鹽田港等部分沿海港口提出了一些建設綠色港口較為具體的規劃，如天津港實施“碧水工程”，對港區生活、生產污水以及船舶含油污水進行了有效的治理[56];上海港建立了中心監測站和船舶廢物接收處理系統，有效保護了港區水域環境[57];大連港建立了“三縱三橫”的事故水應急系統，最大限度阻止事故水入海[58];深圳鹽田港開展“海鐵聯運”及清潔生產作業，減少靠港船舶對環境的影響[59]。但這些計劃并不完善且較粗糙，如在規劃設計時缺乏綠色環保理念;施工建設期依舊是“先污染后治理”，缺乏完整的施工期對水生生物影響的論證報告;運營期港區監測數據不公開，無法形成完整的環保監督管理制度等，需要進一步的完善和修正。而內河港口的相關計劃相對更少，但如1.1節中分析可知，內河港區水污染不容忽視。因此，需要從港口設計施工、港區運營、船舶監控、水質監測等方面著手，針對不同形式的污染及形成原因，建立完整的污染物控制管理計劃，形成較完備的綠色港口評估體系。

4 現存問題及建議

綜上可知，目前國內外學者針對港區水污染問題已開展了一定的研究工作，主要集中于港區主要水污染來源及危害、污染物排放的時空分布特征、港區水污染防治措施與規劃方面。但是，中國針對港區水污染的研究與防治仍然存在一些缺陷與不足。

（1）針對水污染排放清單的建立，李淼泉等[60]開發了流域非點源水污染排放清單估算系統，但針對港區水污染排放清單建立的系統研究仍較少，缺乏完整系統的港區水污染排放清單。

（2）港區水污染物排放特征的研究目前主要集中于到港船舶，而對于港作機械及集疏運車輛產生的水污染排放特征的研究成果有限，需要開展進一步的研究與探討。

（3）部分港區的水污染防治措施僅停留在理論階段，污水處理設施陳舊、工藝單一，處理效率不高，且對水污染問題的嚴重性認識不足，防治規劃也不夠完善，部分理念實施情況相對滯后。

鑒于以上存在的問題，首先應該建立完整系統的港區水污染排放清單;然后，開展港作機械及集疏運車輛水污染物排放特征的研究，運用國外的一些排放預測模型來研究水污染物排放的時間分布特征，同時針對不同的污染源開展空間特性研究;最后，應從港口規劃建設開始，將港區水污染防治措施具體化，落實到具體的水污染源上，開發新設備、引入新工藝來處理港區污水，提升效率，同時完善港區生活污水接收設施和市政管網建設。

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（編輯：劉 媛）