（土壤学专业论文）面向农业污水灌溉的水污染物总量控制研究.pdf

摘要 污水灌溉对于缓解水资源紧缺地区的农业用水危机起到了举足轻重的作用，同 时，污水中含有丰富的n 、p 等营养成分，提高了农业生产产量。因此，污水灌溉给 农业生产带来了可观的水、肥效益。然而，不合理污水灌溉对土壤、农作物、地下水 造成了污染，并对人类健康造成了一定危害。 引用污水农灌造成污染的最根本原由，是因为灌溉用水的污染。因此，控制污水 农灌的污染，必须要控制农业用水污染。所以，本文采取水污染控制的有效措旄 污染物总量控制，从两个层次上开展对污水灌溉污染控制的研究。第一层次是宏观控 制农业行业的污染，方法是将农业行业纳入整个国民经济行业，对所有行业进行环境 经济属性综合评价，采用因子加权法，分配水环境容量；第二层次是污水灌溉内部优 化，建立污水灌溉的经济效益最优模型，计算出最优的污染物允许灌溉总量。并以天 津市为案例深入研究了面向农业污水灌溉的水污染物总量，研究的主要结果如下： ( 1 ) 本文将农业纳入国民经济行业，对污灌进行行业层面的污染物总量控制， 行业结构优化总量控制的研究起到了贯穿总量控制基本目标与具体实施措施的桥梁 作用。 ( 2 ) 经济一资源一环境系统之间不是彼此孤立的，它们之间存在着相互制约和 相互作用的关系。本文首次提出了单位产值等标污染负荷法对污染源的环境经济指数 综合评价，可以为环境管理部门进行行业结构优化调整提供决策的量化依据。从而将 环境保护与社会经济发展有机结合起来，并行发展。 ( 3 ) 通过对天津市农业污水灌溉的两个层面的总量控制研究，一方面，得到了 国民经济行业结构优化下，农业行业可利用的最大水环境容量，计算结果c o d 为 2 7 2 2 5 2 吨年，氨氮为1 3 5 0 4 吨年；另一方面，保证土壤、作物等不受危害的情况 下，建立污水灌溉的经济效益最优模型，计算得到了农灌污水的最大允许灌溉量为 2 0 5 亿立方米，c r 总量为2 1 7 吨、c d 总量为0 6 6 吨。 综上所述，本研究通过对区域农业污水灌溉污染物的总量控制，对指导科学合理 污灌及污染物控制新途径的探讨均有重要的现实意义和实际应用价值。 关键词：总量控制；污水灌溉；结构优化；最优化模型；单位产值等标污染负荷 r e s e a r c ho nt h et o t a lq u a n t i t yc o n t r o lo fp o l l u t a n td i s c h a r g eo r i e n t e dt ot h e a g r i c u l t u r a lw a s t e w a t e ri r r i g a t i o n a u t h o r ：s u ny a m e i t u t o r p r o f l i u s h u - q i n g m 砌o r * s o i ls c i e n c e a b s t r a c t t h ew a s t e - w a t e ri r r i g a t i o np l a y sa v e r yi m p o r t a n tr o l eo nt h ea g r i c u l t u r a lw a t e rc r i s i s w h i c ha l l e v i a t e st h es h o r ts u p p l yo fw a t e rr e s o u r c e , a tt h es a l n et i m e , w a s t e - w a t e rc o n t a i n s a b u n d a n tn u t r i t i o n a l c o m p o n e n t s u c ha s n ，ee t c ，w h i c hi m p r o v e st h ey i e l d so f a g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n 1 r h ew a s t e - w a t e ri r r i g a t i o nh a sb r o u g h tc o n s i d e r a b l eb e n e f i t so f w a t e ra n df e r t i l i z e re f f i c i e n c yt oa g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n h o w e v e r , t h eu n r e a s o n a b l es e w a g e i r r i g a t i o n h a sc a u s e dp o l l u t i o nt ot h e s o i l ，c r o p sa n dg r o u n d w a t e r , e v e ne n d a n g e r st h e h u m a nh e a l t h n eu l t i m a t er e a s o no fs e w a g e i r r i g a t i o np o l l u t i o ni st h ep o l l u t e dw a t e r t oe l i m i n a t e t h ep o l l u t i o no ft h es e w a g ei r r i g a t i o n ，t h ew a t e rp o l l u t i o nm u s tb ec o n t r o l l e df i r s t l y t h e e f f e c t i v em e a s u r et oc o n t m lp o l l u t i o n t o t a lq u a n t i t yc o n t r o lo fp o l l u t a n td i s c h a r g ei s u s e di nt h i sp a p e r f r o mt h e f o l l o w i n g t w ol e v e l st h er e s e a r c hi sm a d et h ef i r s tl e v e li st h e m a c r o c o n t r o lt ot h ep o l l u t a n t so ft h ea g r i c u l t u r a li n d u s t r y ，t h em e t h o di st oi n c l u d et h e a g r i c u l t u r a li n d u s t r yi nt h ew h o l en a t i o n a le c o n o m yi n d u s t r i e s , a n dg i v e sac o m p r e h e n s i v e a p p r a i s a lo ne c o n o m i ca t t r i b u t ea n de n v i r o n m e n t a le f f e c t t oa l lt r a d e s ，a n d a d o p tt h e m e t h o do ft h ew e i g h t e df a c t o rt od i s t r i b u t ew a t e re n v i r o n m e n t a l c a p a c i t y t h es e c o n d l e v e l i st h a tt h es e w a g e i r r i g a t i o ni so p t i m i z e di n s i d e , t oc a l c u l a t et h eo p t i m u m t o t a la m o u n to f p o l l u t a n t sw h i c h i sa l l o w e dt oi r r i g a t e 箭a n j i l lc i t yi sa st h ec a s ea n dt h ef u r t h e rr e s e a r c hi s m a d e t h er e s u l t so ft h er e s e a r c ha r ea sf o l l o w e d m a i n l y ： ( 1 ) t h ea g r i c u l t u r ei si n c l u d e di nt h en a t i o n a le c o n o m i ci n d u s t r i e s ，t oc o n t r o lt h et o t a l q u a n t i t yo f t h ep o l l u t a n t so nt h el e v e lo ft h ei n d u s t r i e s ，t h er e s e a r c ho ft h et o t a lq u a n t i t y c o n t r o lo f p o l l u t a n t si sb a s e dt h eo p t i m i z e ds t r u c t u r eo ft h ei n d u s t r i e s ，w h i c hp l a y sar o l eo f b r i d g eb e t w e e n t h eb a s i c g o a lo f t o t a lq u a n t i t yc o n t r o la n dt h e p r a c t i c a lm e a s u r et oe n f o r c e ( 2 ) s y s t e m so ft h ee c o n o m i c , r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n ta r en o ti s o l a t e d ，t h e ya r e r e l a t e dw i t he a c ho t h e r e q u a l s t a n d a r dw a s t el o a d p e rp r o d u c ti sd e v i s e df i r s t l yi 1 3t h i s p a p e r ，t oa s s e s st h ep o l l u t i o ns o u r c e sc o m p r e h e n s i v e l y , a n dg i v em a e r o s c o p i c a li n s t r u c t i o n j nt h ei n d u s t r i a ls t r u c t u r et oo p t i m i z e t h u si tc a nc o m b i n e se n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n d s o c i a le c o n o m i c d e v e l o p m e n t t od e v e l o ps i d eb ys i d e ( 3 ) t h r o u g ht h es t u d i e so fa g r i c u l t u r a ls e w a g ei r r i g a t i o ni nt i a n j i nc i t yf r o mt h et w o l e v e l so f ，t o t a lq u a n t i t yc o n t r o l ，t h em a x i m u mo ft h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yw h i c ht h e a g r i c u l t u r a li n d u s t r yc a nu s ei sg o t ，b a s e dt h eo p t i m i z e di n d u s t r i a ls t r u c t u r e ；t h ee c o n o m i c b e n e f i t so ft h e s e w a g ei r r i g a t i o na r eo p t i m i z e d ，t og u a r a n t e et h es a f e t yo ft h es o i l ， c r o p s ，e t c u n p o l l u t e d ，a n dt h em a x i m u mw a s t e - w a t e ri r r i g a t i o ni s2 0 5x1 0 8 m 3 ，t h et o t a l q u a n t i t y o fc ri s2 1 7 t ，a n dc di so 6 6 t nas u l nw o r d s t h i sr e s e a r c ho nt h ea g r i c u l t u r a lw a s t e w a t e r i r r i g a t i o nu s e st h et o t a l q u a n t i t yc o n t r o lo fp o l l u t a n t s ，w h i c hh a v e a l li m p o r t a n tr e a l i s t i ca n d p r a c t i c a lm e a n i n g i n i n s t r u c t i n gt h e s c i e n t i f i cw a s t e w a t e ri r r i g a t i o n i td i s c u s s e daf l e w w a y t oc o n t r o lt h e p o l l u t i o n i nt h i si r r i g a t i o n k e yw o r d s ：t o t a lq u a n t i t yc o n t r o l ；w a s t e - w a t e r i r r i g a t i o no p t i m i z e ds t r u c t u r e ；o p t i m i z e d m o d e l s ；e q u a l s t 粕d a r dw a s t e l o a dp e rp r o d u c t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑些盔些盘鲎或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：弥毪萌签字日期：p 一 年月口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑业盎些盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权亟韭盛些盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 一， 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：弥零的 导师签名：。；乍，弘叫，歹2 签字日期：o 年占月矽日签字日期： 口传厂月卯日 学位论文作者毕业后去向：读博士 工作单位：中国科学院生态环境中心 通讯地址：中国科学院生态环境中心 电话： 邮编： 面向农业污水灌溉的水污染物总量控制研究 引言 水是构成生态环境的基本要素，也是人类生存与发展不可替代的重要资源，水资 源的可持续开发利用是人类、社会、经济可持续发展的基础条件。随着经济的不断发 展、人口过度膨胀和水环境污染的加剧，水资源危机已经成为许多国家社会、经济可 持续发展的瓶颈，成为全球主要环境问题之一。 农业历来就是用水大户，在水资源紧缺的严峻形势下，好多国家、地区不得不利 用污水进行农田灌溉。虽然污水灌溉缓解了水资源的压力，然而不合理的污灌对土壤、 作物、地下水造成了环境污染，并危害了人类健康。控制污灌污染、进行科学污灌， 无疑具有巨大的现实意义。 污灌造成环境污染的原因，追根溯源，主要是由于灌溉污水的污染。因此，控制 污灌污染，最根本的措施就是控制水污染。 水污染控制措施，过去曾采取浓度控制方法，即以污染物排放标准为依据对污染 物排放进行控制，要求污染源达标排放，若超过排放标准，则一方面交纳排污费，另 一方面治理削减污染物。浓度控制方法便于执行且易于管理，但随着污染源的增加， 虽然每个污染源污染物的排放都达到排放标准，但排入环境中的污染物总量却在增 加，环境质量不能得到有效保护。此外由于污染物削减分散，投资效益差，同时也不 利于合理利用环境的自净能力。面对这种情况，人们提出了“总量控制”的污染物控 制技术路线。总量控制方法弥补了浓度控制方法的不足，在国外较长时间的应用取得 了良好的效果，我国自八十年代初开始进行总量控制的理论研究和实践，也取得初步 成效，我国将逐步在全国范围内采取水环境污染总量控制措方甑。 日而，探讨如何将总量控制思想应用于农业污水灌溉的污染物控制具有重要的理 论和实践意义，一方面开阔了污染物总量控制的研究范围，另一方面探讨了为指导合 理污水农灌的一条污染物控制新途径。本文将在总结以前总量控制和污染负荷分配的 理论和实践的基础上，提出两个层面上对农业污水灌溉进行优化总量控制，首先从宏 观经济角度进行水污染总量控制；其次，对污水灌溉内部的环境经济优化。并将此方 法运用于天津市的总量控制中，从而使分配理论与实践结合，加深对理论的认识、方 法的改进。 本文待研究的天津市是我国经济快速增长地区，也是典型的缺水城市。该地区大 部分农田采取污水灌溉。面向天津市农业污水灌溉的水污染物总量控制的实例研究具 有十分重要的实践意义。 河北农业大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章概述 1 1 1 保护土壤环境的重要意义 土壤是人类生活的一项极其宝贵的自然资源，是动植物赖以生存的地方，具有支 持植物和生物生长繁衍的能力，也是农业生产的基础。人类的农业生产活动主要在土 壤上进行，人类所需要的农产品均直接或间接从土壤中生产，土壤性质在很大程度上 制约着植物的生长发育和农业生产措施的效果，所以土壤是农业的基础，是人类不可 或缺的自然资源。土壤还具有同化和代谢外界进入物质的能力，是保护环境的重要净 化剂，用大地母亲博大的胸怀为人类藏污纳垢，因此土壤质量的保护与人类的生存与 繁衍密不可分。 随着社会的发展，人类活动对土壤的危害超出了土壤的承受能力，自然会受到大 自然的报复，尝到由土壤污染带来的直接危害人类健康的恶果。土壤的正常功能受到 障碍即形成土壤污染，土壤污染不但直接表现于土壤生产力的下降，而且也通过以土 壤为起点的土壤、植物、动物、人体之间的食物链，使某些微量和超微量的有害污染 物在农产品中富集，其浓度可以成千上万倍地增加，对人类和动植物产生严重危害。 引起土壤污染的物质种类繁多，其主要来源是各种废弃物( 如工业废水、生活污 水、汽车尾气等) 、被污染的水和大气，以及不合理的施用农药、化肥及污水灌溉都能 给土壤带来污染。 随着我国国民生活质量的提高和国际贸易的日益广泛，对绿色食品、有机食品、 无污染食品的要求愈来愈高，所有这一切，无一不与土壤环境质量相关。对土壤环境 保护的意义重大、紧迫“，。 1 1 2 水资源紧缺与农业污水灌溉的必要性 地球的储水量是很丰富的，共有1 4 5 亿立方千米之多。但是其中海水却占了 9 7 2 ，陆地淡水仅占2 8 ，与人类生活最密切的江河、淡水湖和浅层地下水等淡水， 又仅占淡水储量的0 3 4 。全球淡水资源不仅短缺而且地区分布、年内年际分布极不 平衡”1 ，加剧了水资源的紧缺。更令人担忧的是，这数量极有限的淡水，正越来越多 地受到污染。 据科学界估计，全世界有半数以上的国家和地区缺乏饮用水，特别是经济欠发达 的第三世界国家，目前已有7 0 ，即1 7 亿入喝不上清洁水，世界已有将近8 0 人口 受到水荒的威胁。目前共有2 3 2 亿人口所在的2 6 个国家被列为缺水国家，其中不少 国家人口增长率非常高，所以它们的水问题也日益加深。中东1 4 个国家中的9 个已 面l 临缺水困境，是世界上缺水国家最集中的地区。 2 面向农业污水灌溉的水污染物总量控制研究 水资源是不可替代的一种重要资源，其与环境密切相关，也与人口间接有关，因 此水资源问题已成为举世瞩目的重要问题之一。 联合国的人类环境和世界水会议已发出警告：人类在石油危机之后，下一个危机 就是水。因此，保护和更有效合理利用水资源，是世界各国政府面临的一项紧迫任务。 中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球水资 源的6 ，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2 3 0 0 立方米， 仅为世界平均水平的l 4 、美国的1 5 ，在世界上名列1 2 1 位，是全球1 3 个人均水资 源最贫乏的国家之一。 随着我国经济的迅速发展，城市的水资源日益紧张。城市缺水主要集中在北方和 沿海地区。在我国6 0 0 多个城市中，目前有4 0 0 多个城市供水不足，其中严重缺水的 城市有1 1 0 个，城市年缺水总量达6 0 亿立方米。由于水资源短缺，一些地区的工业、 农业和城市建设已受到严重的制约。1 。 可见保护水资源，解决水资源供需矛盾，缓解水资源紧缺，已成为事关我国当前 和今后经济和社会发展的重要而艰巨的任务。 污水灌溉是缺水地区解决水资源缺乏问题和污水资源化的重要措施“1 。污水灌溉 就是人们有意识、有目的地利用土壤环境自净功能，解决水资源缺乏和污水资源化的 重要应用工程措施。据全国第二次污水灌区环境质量状况普查统计( 基准年为1 9 9 5 年) ，我国利用污水灌溉的农田面积为3 6 1 8 4 万h m 2 ，占我国总灌溉面积的7 3 3 占 地表水灌溉面积的约1 0 ，污灌面积中，直接引用工业及城市下水道污水灌溉的面积 为5 1 2 万h m 2 ，使用超标水灌溉的面积为3 1 0 7 万h m 2 。污水中含有多种养分，节水和 增产效果明显。但由于污水中含有多种的污染物，长期利用后造成土壤中有毒物质的 积累，土壤环境恶化n ，。 1 2 农业污水灌溉研究进展及其发展趋势 1 2 1 污水灌溉的国内外历程、现状 应用工业和生活污水进行农业灌溉，在世界各地已有近百年的历史，美国、澳大 利亚、日本和以色列等国家污水灌溉技术比较成熟。尤其是以色列，由于水资源的严 重不足，该国9 1 的工业和生活污水由下水道收集5 7 的污水经过了净化处理后仍 用于农业灌溉和园林草地灌溉。采用的方法主要有士体净化法( s o i la q u i f e r t r e a t m e n t ) ， d r t ( d e e p r e s e r v o i rt r e a t m e n t ) 1 6 1 , 目前，以色列城市和所有的定居点已经建成了较健全 的排污系统，并因地制宜地建立了相应地污水处理工程，几乎所有排出的污水进行了 二级处理n 每年大约用3 亿m 3 处理过的净化水用于农业灌溉，计划2 0 1 0 年全国1 3 的农业灌溉将使用处理过的废污水。 我国污水灌溉开始于1 9 5 7 年，到目前已有4 0 余年的历史。污水灌溉的发展过程 主要随工业及城市废污水排放量的增加及农业用水危机的加剧而增加的。大体经历了 起步、稳定和快速发展三个阶段【8 j ( 如图1 所示) 。 河北农业大学硕士学位论文 第一个阶段是从5 0 年代末至6 0 年代初，当时国内对环境问题认识不深，普遍认 为污水灌溉既可为农业增加水肥资源，又可给工业废水找到出路，应当大力发展。由 于当时废污水排放量不大，到1 9 6 3 年全国污灌面积仅有4 2 万h m 2 ，污灌对农村水环 境的影响不明显。 第二个阶段是从6 0 年代后期到7 0 年代初中期，环境问题逐步引起了社会的关注， 人们普遍对污水灌溉造成的水、土、粮污染开始产生怀疑。但由于废污水排放量日益 增多，以及农业用水日渐紧张，许多大、中城市近郊和工矿区附近的农田越来越多地 利用污水灌溉。到1 9 7 6 年全国污灌面积已增加到1 8 0 万h m 2 。 第三个阶段开始于7 0 年代后期，随着国民经济的快速增长，城市及工业废污水排 放量迅猛增加，污水灌溉面积也随之迅速扩大。1 9 8 0 年全国污灌面积已达3 3 3 万 h l r l 2 , 1 9 9 1 年发展到3 0 6 7 万h m 2 ，年均增长1 1 ：5 。由于大部分废污水未经处理直接 用于灌溉，不仅造成了部分农田严重污染，而且对农村水环境构成了威胁。 1 2 2 污水灌溉的利弊 2 0 0 3 年，中国全国污水排放总量为4 6 0 亿吨，日排放量约超过1 亿吨。其中， 工业废水排放量2 1 2 4 亿吨。城市生活污水排放量2 4 7 6 亿吨。经过一级或二级处理 的污水，水中含氮素( n ) 约为1 8 2 0 毫克，公斤，含磷素( p ) 6 9 毫克公斤。如按每年 每亩灌溉污水量为2 6 0 立方米计，则随污水带入农田的有机物就有6 6 7 公斤，氮 f n ) 4 7 5 2 公斤，磷( p ) 1 6 2 3 公斤。因此可以说，污水灌溉是水、肥资源的再利用。 全国污水灌溉普查组1 9 8 4 年调查了3 7 个污水灌溉区发现其中有1 9 个污灌区是 农业增产用水的主要来源，而且也是重要肥源。以这3 7 个污灌区年利用污水1 4 亿吨 计，提供养分量相当于8 3 万吨硫酸铵和3 万吨过磷酸钙的养分量，就可增产粮食达 6 0 万吨以上。污水灌溉还可以利用土壤的净化功能，减轻污水对江河、湖泊等水体 污染。各地经验表明，污水灌溉对农作物的增产效果是显著的。如石家庄市西三教大 队利用净化后的污水灌溉，产量不断上升，1 9 7 8 年粮食亩产达8 2 0 公斤，蔬菜亩产 达5 5 0 0 公斤左右，污灌2 0 0 0 亩农田，每年节约化肥约1 0 0 吨；西安污水灌区利用污 水灌溉初期，在相同农业生产条件下，污水灌溉比清水灌溉小麦和玉米增产6 2 1 0 0 。 一般情况下，污灌区灌溉污水是工业废水和生活污水的混合物，成分复杂。大多 数发达国家利用的污水，都需经过一级或二级处理后，方可进行农田灌溉。我国目前 利用的污水没有完全进行处理，只有一些地区经沉淀后利用，大多数污水还是不经处 理就直接进行灌溉。因污水灌溉引起的污染农田现象时有发生。如北京、郑州等地用 含三氯乙醛的污水灌溉，使农田受到毒害；上海川沙灌区，沈阳张土灌区因镉污染和 酸洗石油污水影响，使作物矮化等。 全国污水灌溉普查组1 9 8 4 年对3 7 个重点污水灌溉区近5 7 0 万亩农田调查结果表 明，受一级污染农田占调查农田的4 6 7 二级污染的农田占9 7 ，较为严重的三 级污染的农田占8 4 。 4 面向农业污水灌溉的水污染物总量控制研究 据全国第二次污水灌区环境质量状况普查统计( 基准年为1 9 9 5 年) ，造成污染比 较严重的2 2 个省4 7 个污灌区的2 0 6 7 万公顷耕地进行了调查。调查结果表明，大约 9 0 的重点污染区为重金属污染，其次为石油化工废水、造纸废水、酒精厂、制糖厂 废水、河流上游来污水综合污染等。在这2 0 6 7 万公顷的重点污染区，有相当部分的 农田重金属含量已超过土壤环境质量级标准，几乎所有农田上生长的农作物都受到 一定程度的危害，即表现为减产或农产品中污染物超标。 可见，污水灌溉虽有增产粮食、节约化肥、节约水资源和净化污水的功能，但若 不经一定处理就直接利用，就可能造成严重污染，导致重大的经济损失。 现已证实，污水中含有多种对人体有潜在性危害的化学物质i ”o l ，这些污染物可 经食物链进入人体，有可能对人群健康产生潜在性危害。为保护人群健康，科学合理 地利用污水进行农灌，有必要进一步加强对污灌的管理和监督【1 l 】。 1 2 3 污水灌溉的发展趋势 从全国来看，污水灌溉的农田面积从1 9 6 3 年的4 2 万h m 2 增加到2 ( 1 0 4 年的5 3 3 万h m 2 ，并且具有逐年增长的趋势( 见图1 ) 。 6 0 0 5 0 0 鸯4 0 0 岛 k3 0 0 匿2 0 0 1 0 0 o 1 9 6 31 9 7 61 9 8 01 9 9 1 1 9 9 82 0 0 4 年份 图1 全国污水灌溉面积逐年变化图 f i g , 1c h a n g eo nt h ea m o u n to f t h ew a s l e - w a t c t i r r i g a t i o nl r l 。8i no u rc o u n t l 可 目前我国经济处于快速增长时期，在城市生活用水和工业用水不断增加的同时， 废污水排放量也将不断增长。如图2 所示，从1 9 9 0 年到2 0 0 3 年，全国城市生活污水 和工业用水量呈逐年增加的趋势。根据国家经济实力，在近期内要大幅度提高废污水 处理率十分困难。可以预测，在全国水资源日益短缺的情况下，污水灌溉将有增无减， 污灌水质超标问题在近期内很难得到有效解决。利用污水灌溉必须注意和解决的主要 问题是，一方面要利用生活污水保证和发展农业灌溉，增加粮食产量；另一方面又要 河北农业大学硕士学位论文 保证污灌区饮水及全国食物安全，关键是如何兴利除弊，科学适度地开展污水灌溉【”。 j 卜 管 o u 删 * 岱 1 9 9 01 9 9 l1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 l2 0 0 22 0 0 3 年份 图2 全国工业和城镇生活废水量逐年变化图 f i g 2c h a n g e o l lt h eq u a n t i t yo ft h ed r a i n a g e dw a s t ew a t e ri no l l rc o u n t r y 1 3 总量控制的概念 1 3 1 总量控制的含义 总量控制是为使某一时空环境领域达到一定的环境目标，则要根据其自然、社会、 经济和环境自净能力，通过调控污染源分布状况和污染物排放方式，控制污染源的排 放总量，使其控制在自然环境承载能力范围之内的环境规划管理措施。 在区域环境质量控制和管理中，通常需要考虑五个重要的因素，即自然环境特性、 污染物质特性、环境质量标准、污染源分布状况和污染物排放方式。前两个因素是不 以人的的意志为转移的客观因素，后两个因素是可以调控的人为因素。环境质量标准 是介于客观因素和人为因素之间起着平衡协调的控制因素，受到经济和技术的制约。 总量控制的目的应当是根据环境质量标准，通过调控污染源分布状况和污染物排 放方式，把污染物负荷总量抑制在自然环境的承载能力范围之内“3 1 ”。 1 3 2 总量控制类型及其关系 按总量控制确定方法分类，总量控制一般分3 种类型：容量总量控制、目标总量 控制和行业总量控制“。 容量总量控制是把允许排放的污染物总量控制在受纳水体给定功能所确定的水 质标准范匿之内的总量控制方法。这种方法总量的确定是基于受纳水体中的污染物不 超过水质标准所允许的排放限额，其特点是把水污染管理目标与水质目标紧密联系在 面向农业污水灌溉的水污染物总量控制研究 一起，用水环境容量计算方法直接推算受纳水体的纳污总量，并将其分配到污染控制 区及污染源上。 目标总量控制是把允许排放污染物总量控制在管理目标所规定的污染负荷削减 范围内的总量控错4 法。这种方法总量的确定是基于污染源排放的污染物不超过人为规 定的管理上能达到的允许限额，其特点是目标明确，用行政干预的方法，通过对控制 区域内污染源治理水平所投入的代价及所产生的效益进行技术经济分析，确定污染负 荷的适宜削减率，并将其分配到污染源上。 行业总量控制是从行业生产工艺着手，通过控制生产过程中的资源和能源的投入 以及控制污染物的产生，使排放的污染物总量限制在管理目标所规定的限额之内的总 量控制法。这种方法总量的确定是基于资源、能源的利用水平以及“少废”、“无废” 工艺的发展水平，其特点是把污染控制与生产工艺的改革及资源、能源的利用紧密联 系起来，通过行业总量控制逐步将污染物限制或封闭在生产过程之中，并将允许排放 的污染物总量分配到污染源上。 其中，容量总量控制法是从水体出发推算出允许纳污总量，一般适用于水质较好、 污染源治理技术经济条件较强、管理水平较高的控制区域；目标总量控制是从污染出 发规定排污削减率，一般适用于排污负荷较大、水质较差，而限于技术经济条件的制 约近期内又达不到远期水质功能目标的水污染控制区域：而行业总量控制是从生产工 艺出发，规定资源和能源的投入量以及污染物产出量，考虑到现阶段我国一些生产工 艺比较落后，资源和能源利用率偏低、浪费现象较突出的现实，所有实施水污染物总 量控制的区域或部门，应首先从改革生产工艺入手，减少投入和污染物的产出，努力 提高行业总量控制的水平。 总量控制除了按总量控制确定方法划分外，还可以按地理类型划分为城市区总量 控制、水流域总量控制、区域总量控制；以污染物类型的物理形态划分的有水环境总 量控制、大气环境总量控制、声学环境总量控制等。 1 3 3 总量控制运作系统 对于某一研究区域进行总量控制一般采取以下程序“”2 ”： ( 1 ) 确定总量控制的控制目标 在确定研究和控制区域后，对该区域的自然、社会、经济、环境状况及污染源现 状进行调查和评价。确定环境目标，筛选出主要污染源和主要污染物，确定区域内的 控制企业和控制项目，并且根据现有的污染物排放量和环境目标确定污染负荷总量。 ( 2 ) 总量的优化和分配 污染物负荷总量优化分配根据研究区域内的污染源位置、排放量、排放方式、排 放污染物种类、污染源管理、技术和经济承受能力以及区域其它自然和社会因素制定 污染负荷优化分配方案。污染负荷总量分配是一个理论性、技术性和政策性很强的分 配过程。可以说总量优化分配是实施总量控制的难点和关键。 ( 3 ) 排放总量的削减 7 河北农业大学硕士学位论文 排放总量的削减是实施总量控制的中心，实施总量的削减要抓住新污染源的控 制、老污染源的削减、环境综合整治项目的削减三个环节。 ( 4 ) 总量控制的反馈 总量控制的反馈系统是实施总量控制计划和采取有效措施的重要步骤之一。它主 要包括在排污申报的基础上建立总量控制信息系统，以环境统计为基础建立有关总量 的动态数据库，有关决策管理部门利用迅速更新的数据进行决策和管理，重新制定目 标及优化分配方案等。 1 3 4 国外总量控制研究情况 总量控制的概念是日本学者早在本世纪7 0 年代提出的。1 9 7 3 年制定的赖户内 海环境保护临时措旋法中首次在废水排放管理中引用总量控制，并以c o d 指标限额 分配颁发许可证。到1 9 8 4 年，日本将总量控制法正式推广到东京湾和伊势湾两个水 域，并严禁无证排放污染物。由于采用了上述作法，日本的这三个海湾8 0 以上的污 染大户受到控制。日本把1 9 8 9 年作为目标实行了第二个总量控制目标规划，在该规 划的指导下，采取了一系列的污水处理措施，包括修建污水处理厂和改进下水管网等， 使水域污染得到控制，水质得到一定的改善。”。 美国也是实施总量控制较早的国家。自1 9 7 2 年开始就在全国范围内实行污染物 排放许可证制度，即所谓的“泡泡政策”。1 9 7 2 年美国的水污染控制法规定“全 国削减污染物排放量制度”，对各河段区分为“排放浓度限制”和“水质限制”两种 管理方式。美国政府和各州的环境管理部门要根据水污染控制法对通航河潮水系 的排污量规定限量和相应的最低削减量。美国到1 9 8 5 年己发证5 万多户，其中8 0 以上是工业排污大户。自采用这种全新的管理办法至今，美国水污染控制取得了明显 的成效：水环境质量有了改善，城市污水排放量基本得到控制，污染物捧放总量逐年 下降，工业废水处理状况有了很大改进，积累了基础数据和经验，为进一步搞好环境 保护奠定了基础。2 。2 。 欧洲共同体的大多数国家采用灵活的许可证，系统控制向地表水排污。主要内容 是对排污i ：3 的要求、对生产工艺的控制、对污染物的预处理、排放方式、排放标准和 实施办法的要求”“。 国外自6 0 年代末开始研究污染物排放总量控制。美国、日本在这一方面比较突 出，已制定出套污染物总量控制制度，采取了各种有效措施和法律保证手段。4 。”。 各国在实施污染物总量控制时，大体围绕以下几个方面开展工作：( 1 ) 研究污染物在 环境中的行为和自净规律，探讨污染源的污染物排放量与污染水平之间的相互关系； ( 2 ) 研究制定环境质量标准；( 3 ) 研究确定各有关污染源对环境污染的责任分担率； ( 4 ) 按环境容量或容许排放量确定有关技术措施和管理措施。 规划方案的优化，指总量负荷的技术、经济优化分配，把规划水域的最大允许排 污量按一定方法分配到各排污口或点源，许多文献对此都做了有益的研究和探索，归 纳起来主要有非数学优化分配法和数学分配法啪“1 。最典型的方法有以下几种：1 ) 8 面向农业污水灌溉的水污染物总量控制研究 等比例分配；2 ) 分区加权分配；3 ) “公平分配排污削减责任”和“引导区域最小费 用治理”相结合的方法，即等比例削减不同企业废水允许排放量的超标部分和合理昶 用水体自净容量相结合：4 ) 考虑各源转输率存在差异的分配方法；5 ) 最小费用分酝 分配方法，又有线性规划、非线性规划、混合整数规划、离散规划等。各种方法各有 优缺点，但是在公平性与社会总体经济效益之间协调关系方面都没有得到很好的篇 决。 1 3 5 国内总量控制发展历程 我国的水环境管理是从对污染源排放的污染物进行浓度控制开始的，随着环境管 理工作的深入、逐步认识到仅对污染源实行排放浓度控制，是无法达到确保环境质量 改善的目的，必须同时对污染物排放的绝对量( 总量) 进行控制，才能有效的控制和 消除污染。因此，推行从单一排放污染物浓度控制逐步过渡到污染物总量控制成为了 解决我国水环境问题的新方法。 从8 0 年代开始，我国注意到世界上水污染物总量控制的发展趋势。在实际工作 中，结合我国国情、提出了将总量控制与传统的浓度控制相结合的目标控制思想，在 许多水污染评价与综合防治规划研究中探索性地解决了一批问题。 上海市于1 9 8 5 年开始在黄浦江上游水源保护区推行总量控制，并于1 9 8 7 年颁布 上海市黄浦江上游水源保护区条例，在黄浦江上游地区实行了污染物排放总量与 浓度控制相结合的管理办法和排污许可证制度，完成了1 9 8 个排污单位的审核和发证 工作。这些单位的排污量占上游水源保护区排污总量的9 5 。此后上海市在全市实施 总量控制并实行了排污指标有偿转让制度。上海市的总量控制是卓有成效的，不仅在 总量控制研究理论上有所进展，同时上海市的环境也因此有了一定程度的改善“”。 1 9 8 8 年3 月，国家环保局关于以总量控制为核心的水污染排放许可证管理暂行 办法和开展排放许可证试点工作通知的下达，标志着我国开始进入总量控制、强化 水环境管理的新阶段。山东省颁布的小清河水污染防治监督管理办法( 1 9 9 1 年1 月) 、山东省南四湖流域水污染防治条例( 1 9 9 4 年1 月) 和山东省小清河流 域水污染防治条例( 1 9 9 5 年6 月) 将总量控制赋予了法律效力，为我国总量控制 法规的制定和实施提供借鉴作用郴l 。1 9 9 6 年全国人大通过的国民经济和社会发展 “九五”计划和2 0 1 0 年远景目标纲要将污染物排放总量控制正式作为中国环境保 护的一项重大举措。原国家环保局为落实“九五”环保计划，特编制了“丸五”期间 全国主要污染物排放总量控制计划。在其后的一年时间内，我国的污染物排放总量 控制由思路框架落实成为了一项具体的国家级的环保政策。以发放排污许可证为手段 的水环境污染物总量控制在实施几年后，针对具体工作中出现的闯题和情况，国务院 于2 0 0 0 年3 月2 0 日颁布了水污染防治法实施细则，在其中用多项条款对总量控 制作了细化和更具可操作性的规定，确保了水环境污染物总量控制管理办法在我国的 科学、严格、顺利的实施。2 0 0 2 年国家环保总局又下发了关于汇总核实全国水环 境功能区划及开展环保重点城市水环境功能区划汇总工作的通知，要求对面积在 9 河北农业大学硕士学位论文 1 0 0 0 k i n 2 以上的流域必须进行水环境区域的划分，这更充分证明了国家现在对水环境 污染物排放总量控制的重视。 其它省市也都进行了总量控制方法的研究和尝试【4 9 q 1 1 ，各地都根据本地区的地理 特点、规划布局、经济发展、环境状况的各种因素，分别采取了相应的控制方式。例 如：沈阳市化工行业污染物流失量的控制，对市西部污水系统的总量控制；辽宁省的 点源排放总量指标管理：松花江水系的污染物总量控制；天津市的重金属排放总量控 制等；四川省对长江、嘉陵江重庆段进行c o d 和b o d 的水污染总量控制。其中有 区域总量控制、有水系总量控制、有行业总量控制、也有特定污染物的总量控制。各 地已有的探索和试点经验，为全国开展总量控制相关工作提供了宝贵的经验。 综上所述，水污染物总量控制是目前我国实旌水环境管理的重要措施。在经过浓 度控制、目标总量控制两个阶段之后，已逐渐进入到容量总量控制阶段。总量控制管 理在推迸环境质量改善，促进环境与经济的协调发展方面的作用会越来越重要。 1 4 论文研究的主要内容和方法 i 4 i 论文的主要研究内容 农业污水灌溉，一方面缓解了水资源紧缺局势，也为农田带来了肥料；然而，另 一方面，污水灌溉给农业、土壤、人类健康可能或已经带来了污染风险。在短期内， 因为水资源紧缺的问题，污水灌溉具有一定的时代意义。因而，如何兴利除弊，科学 适度地开展污水灌溉是本文的主要研究目的。文中，如何科学控制灌溉污水污染，采 取的手段是对污染物总