城市污水氮環(huán)境負(fù)荷趨勢分析及其來源探討——以北京海淀區(qū)為例.pdf

1、隨著全球城市化的發(fā)展，城市是大量人口集聚的地方，城市生態(tài)系統(tǒng)所需要的物質(zhì)和能力是其它生態(tài)系統(tǒng)的10-100倍，與此同時(shí)城市居民對于氮素的依賴程度增強(qiáng)，影響著全球氮循環(huán)，人為活化氮總量在大氣、水體和陸地上大量增加。由此引發(fā)的環(huán)境問題已經(jīng)對人們的身體健康和安全造成了威脅，越來越多的人認(rèn)為它是繼生物多樣性減少和全球變暖之后的全球第三大環(huán)境問題。城市生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要從外部獲得大量的物質(zhì)和能量，使得城市生態(tài)系統(tǒng)的成為高氮輸入地區(qū)進(jìn)而成為全球氮

2、熱點(diǎn)地區(qū)。
　　污水是城市人類活動的產(chǎn)物，以污水形式的氮輸出占很大比例。而污水處理系統(tǒng)作為城市氮移除系統(tǒng)，為應(yīng)對水污染在水循環(huán)的人工控制階段進(jìn)行的削減技術(shù)，它有助于降低污染物濃度，是水污染防治的關(guān)鍵。但是污水處理廠的修建和運(yùn)行過程中會消耗大量的物質(zhì)和能量，同時(shí)向環(huán)境中排放氣體、尾水和剩余污泥，其中排放的氣體中N2O會導(dǎo)致全球變暖或誘發(fā)人體呼吸系統(tǒng)疾病。雖然處理后的水達(dá)到了相應(yīng)的控制或者排放標(biāo)準(zhǔn)，但是高負(fù)荷的工作，使得一些處理不完全

3、的化學(xué)成分，仍可能會超出容納水體的自凈能力，增加水環(huán)境氮污染負(fù)荷。剩余污泥中的氮，以填埋方式處理，在沒有防滲工程的條件下，可能誘發(fā)二次污染，對周圍的土壤環(huán)境造成一定的污染。尾水氮含量的增加，周圍排污河流以及地下水體氮污染風(fēng)險(xiǎn)大大增加，這些氮輸出產(chǎn)物在一定程度上削弱了水處理的環(huán)境效益。因此探索污水氮的可能來源，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的調(diào)控將成為解決城市污水氮污染的關(guān)鍵所在。
　　北京市是全國政治文化中心，近幾年來城市化速度加快，經(jīng)濟(jì)發(fā)

4、展迅速，城市不斷擴(kuò)張，每年新增大量新建居民住宅。人口迅速增長造成生活污水排放量的增加，污水處理廠經(jīng)常處于超負(fù)荷工作狀態(tài)。本文選擇的研究區(qū)域海淀區(qū)是北京重要的科技文化中心，聚集了眾多的高校和科研院所，近年來人口呈現(xiàn)出急劇增長趨勢。本文選取海淀區(qū)具有代表性的現(xiàn)代化污水處理廠作為污水輸出與輸入的研究點(diǎn)。采用定點(diǎn)動態(tài)采樣分析的方法，重點(diǎn)從污水氮輸出機(jī)理上進(jìn)行初步性探索。并運(yùn)用穩(wěn)定同位素的方法，追溯城市污水潛在氮來源，以期為其它城市污水氮輸出研究

5、提供參考。主要結(jié)論如下：
　　（1）2014-2015年北京市海淀區(qū)城市污水和排河尾水氮污染物濃度具有較顯著季節(jié)性的變化，未處理污水的TN濃度較高，其變化范圍為34.975~59.987mg.L-1，春夏季顯著高于秋冬季。NH4+-N是污水氮主要的存在形式，其濃度一年內(nèi)呈現(xiàn)出波動變化，最高值出現(xiàn)在秋季。處理尾水中 NO3--N為主要的污染氮形式，尾水 TN濃度在冬季出現(xiàn)峰值。
　?。?）城市污水具有顯著日變化特征，且四季特征

6、存在著差異。整體而言，11：00-13:00和18：00-21:00兩個(gè)作息時(shí)間段TN濃度較高，說明居民日常生活規(guī)律對城市污水氮輸出具有一定的影響。
　　（3）就城市污水氮環(huán)境負(fù)荷而言，排河尾水產(chǎn)生的氮環(huán)境負(fù)荷最多，周圍水環(huán)境受其影響較大，海淀區(qū)人均污水氮環(huán)境負(fù)荷呈現(xiàn)秋冬季高、春夏季低的趨勢。
　　（4）城市污水氮環(huán)境負(fù)荷排放率具顯著季節(jié)性變化特征，冬季的氮環(huán)境負(fù)荷排放率較高，說明冬季節(jié)污水氮污染物去除的環(huán)境代價(jià)較大。同時(shí)，

7、更為先進(jìn)的污水處理工藝有助于減少氮環(huán)境負(fù)荷。冬季是防氮污染重點(diǎn)，建議廣泛更新處理工藝
　?。?）根據(jù)穩(wěn)定氮氧同位素示蹤方法可知，城市污水δ15N和δ18O值存在顯著季節(jié)差別，δ15N秋季平均值最高，冬季次之，春夏季值最低。秋季城市污水主要來源于人類活動產(chǎn)生的糞便；春夏冬季同時(shí)還受到降雨徑流、工業(yè)污水的影響。δ18O值四季變化具有差異，冬季δ18O值的范圍最廣，其來源可能硝化作用和硝酸鹽沉降，其它季節(jié)城市可能來源是硝化作用，這里的硝

8、化作用主要是生物合成氮肥和糞肥。
　?。?）基于Iso-Source軟件雙同位素計(jì)算城市污水硝酸鹽氮來源貢獻(xiàn)比可知糞便貢獻(xiàn)比最多為61.46％，其次是大氣降雨為35.54%，工業(yè)污水貢獻(xiàn)比最少為3%。說明城市污水氮主要來自于居民日常生活的排泄物。
　　（7）依據(jù)北京海淀區(qū)城市污水氮負(fù)荷情況，提出了減少城市氮污染的防治措施和建議。宏觀法規(guī)、政策的引導(dǎo)作用；城市污水處理技術(shù)的改進(jìn)和升級；城市水資源的回收再利用；政府、公司企業(yè)、居