新時代粵港澳大灣區智能制造工業區氮磷排放特征研究

周嘉玲

（佛山市順德生態環境監測站，廣東 佛山 528300）

氮和磷是水中的主要營養元素，它們在大氣、生物圈、巖石圈和水圈中的各種形態的遷移和轉化構成了氮（N）和磷（P）的物質循環。此外，這些循環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量[2]。總氮（TN）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 會導致水體富營養化，使水生生物大量繁殖，改變生物的種類和數量，破壞水生生態系統的平衡。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。

粵港澳大灣區是我國經濟的中心區域之一，佛山市順德區是該區域具有代表性的智能制造工業聚集地，美的、格蘭仕、海信等多家國際知名智能制造企業總部均坐落于此，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，順德區水系氮磷的研究較少，有必要系統研究順德區氮磷污染排放。因此，本文以粵港澳大灣區的典型智能制造工業區佛山市順德區作為研究對象，探索氮磷污染排放的時空變化規律，為城市水環境治理和生態保護提供決策支持。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

截至2021 年底，佛山市順德區轄4 個街道（大良、容桂、倫教、勒流）和6 個鎮（陳村、均安、杏壇、龍江、樂從、北滘）。以佛山市順德區為研究區，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測數據。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《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T 91—2002）在各污水處理廠排放口進行采集，水樣根據《水質采樣 樣品的保存和管理技術規定》（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 數據分析方法

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

2 結果與討論

2.1 順德區TN、NH3-N、TP 排放的空間分布特征

如圖1 所示，順德區2021 年TN、NH3-N、TP 排放的空間分布特征有所不同。順德區TN 排放量較大的地區是容桂、勒流、大良，排放量分別為273.29 kg、229.73 kg、199.63 kg，分別占全區排放量的20.5%、17.2%、15%；北滘、龍江、樂從TN 排放量接近，占全區排放量的比重均為10%左右；均安、杏壇、倫教TN 排放量介于75～100 kg，分別占全區排放量的6.9%、7.3%、5.5%；陳村TN 排放量最小，僅占全區排放量的0.85%。NH3-N 排放量較大的地區為容桂和大良，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，均占全區排放量的2%～4%。TP 排放量較大的地區是容桂、大良，排放量分別為13.71 kg、10.27 kg 和8.03 kg，分別占全區排放量的25.6%、19.2%和15%；勒流TP 排放量次之，占全區排放量的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，僅占全區排放量的0.7%。總體來看，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工業和人口分布大致相符。

圖1 TN、NH3-N、TP 排放量區域分布

2.2 順德區TN、NH3-N 排放季節性變化

2021 年，順德區TN、NH3-N 排放濃度水平如圖2、圖3 所示。

圖2 TN 各季節排放濃度水平（圓點表示單次測定值）

圖3 NH3-N 各季節排放濃度水平（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 排放濃度中位數分別為5.22 mg/L、3.90 mg/L、4.56 mg/L、3.34 mg/L，各季節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 排放濃度中位數分別為0.63 mg/L、0.44 mg/L、0.42 mg/L、0.55 mg/L，各 季節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TP 排放季節性變化

2021 年，順德區TP 排放濃度水平如圖4 所示。

圖4 TP各季節排放濃度水平（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 排放濃度中位數分別為0.22 mg/L、0.08 mg/L、0.12 mg/L、0.18 mg/L，各季節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TP 排放濃度的四分位距均在0.15以內，各個季節排放濃度較為穩定。

3 結論

本研究以粵港澳大灣區智能制造工業聚集地佛山市順德區為例，調查城市污水處理廠氮磷污染排放的時空變化規律，揭示智能制造工業區氮磷污染排放特征，這對其他工業城市的水污染控制具有借鑒意義。順德區各地氮磷排放的空間分布存在顯著差異。TN排放量最大的區域為容桂，其排放量占全區排放量的20.5%，其他地區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NH3-N 排放量最大的區域是容桂，占全區排放量的27.5%，其他地區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TP 排放量最大的區域是容桂，占全區排放量的25.6%，其他地區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。順德區內TN、NH3-N、TP 排放量最大的區域均為容桂，氮磷排放的空間分布特征與順德區工業企業布局大致吻合。氮磷污染排放受季節變化影響，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 的排放濃度相對穩定，春季TN 排放濃度明顯高于其他季節。整體來看，環境水體中氮磷污染與城市工業布局和人口稠密度密切相關。