非点源污染的类型_特征_来源及控制技术_刘之杰

98安徽农学通报, A n h u i A g r i . S c i . B u l l . 2009, 15(5)

非点源污染的类型、特征、来源及控制技术

刘之杰　路竟华　方　皓　张义安

3中国环境科学研究院, 北京　100012)

1

2

2

3

(1环境保护部宣传教育中心, 北京　100029; 2北京市环境保护科学研究院, 北京　100037,

摘　要:针对目前非点源污染容易造成水体富营养化, 降低环境质量, 并构成水质环境恶化一大威胁的现状, 为有效控制非点源污染, 保证水资源得到永续利用, 生态环境得到保护与改善, 最终实现经济社会的可持续发展, 本文在文献调研基础上, 综述了非点源污染的类型、特征、来源及控制技术。结果表明:非点源污染形成受地理、气候、土壤等多种因素影响, 具有随机性大、分布范围广、影响因子多, 形成机理复杂、潜伏滞后性强等特点, 非点源污染的治理相对较难。目前非点源污染的治理主要包括工程技术和管理技术两大类。针对特定的非点源污染治理对象, 根据总体方案设计方法, 设计农业非点源污染控制的最佳总体方案对有效控制污染具有重要作用。关键词:农业非点源污染; 类型; 特征; 来源; 控制技术

中图分类号　X506　　　文献标识码　A　　　文章编号　1007-7731(2009) 05-98-04

T y p e s , C h a r a c t e r i s t i c s , S o u r c e s o f N o n -p o i n t S o u r c e P o l l u t i o n a n d I t s C o n t r o l T e c h n o l o g y

L i uZ h i j i e e t a l . 　(1C e n t e r F o r E n v i r o n m e n t a l E d u c a t i o n a n dC o m m u n i c a t i o n s o f M E P , 100029; 2B e i j i n g M u n i c i p a l R e -s e a r c hI n s t i t u e t e o f E n v i r o n m e n t P r o t e c t i o n , B e i j i n g , 100037; 3C h i n e s e R e s e a r c hA c a d e m y o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e , B e i -j i n g , 100012)

A b s t r a c t :I na l l u s i o n t o t h e s i t u a t i o n t h a t G N P Sp o l l u t i o n c a ne a s i l y r e s u l t i ne u t r o p h i c a t i o n i n a q u a t i c s y s t e m s , d e g r a d e t h e e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y a n d b e c o m ea s e r i o u s m e n a c e t oa q u a t i cq u a l i t y d e g r a d a t i o n , o nt h e b a s i c o f l i t e r a t u r e i n v e s t i g a t i o n , t h i s p a p e r s u m m a r i z e d t y p e s , c h a r a c t e r i s t i c s , s o u r c e s o f G N P S p o l l u t i o n a n d i t ' s c o n t r o l t e c h n o l o g y , w h i c h a i m s a t e f f e c t i v e -l yc o n t r o l l i n g G N P Sp o l l u t i o n , c o n f i r m i n g t h e f o r e v e r u s e o f w a t e r r e s o u r c e a n d t h e p r o t e c t a n d i m p r o v e o f e c o s y s t e m , f i n a l l y a c h i e v i n g t h e a i mo f s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o f e c o n o m y a n d s o c i e t y a r o u n dt h e v a l l e y .T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t i t ' s c o m -p a r a t i v e l y d i f f i c u l t t o c o n t r o l G N P S p o l l u t i o nb e c a u s e t h e f o r mo f G N P S p o l l u t i o nw a s e a s i l y i n f l u e n c e db y b i o l o g y , w e a t h e r , a n ds o i l e t c , i n c l u d i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so f b i g r a n d o m i c i t y , b r o a dd i s t r i b u t i n g , v a r i o u s f a c t o r s , c o m p l i c a t e dm e c h a n i s m a n ds t r o n g h y s t e r e s i s .N o w a d a y s , t h e m e t h o d s o f A G N P S p o l l u t i o n c o n t r o l m a i n l y i n v o l v e d e n g i n e e r i n g m e t h o d s a n d m a n a g e -m e n t m e t h o d s . A c c o r d i n g t oa s p e c i a l o b j e c t o f G N P Sp o l l u t i o nc o n t r o l , d e s i g n i n gt h eo p t i m a l e n t i r e p r o j e c t w o u l dp l a y a g r e a t i m p o r t a n t r o l e i nc o n t r o l l i n g A G N P Sp o l l u t i o na p p l y i n g t h e m e t h o do f e n t i r e p r o j e c t d e s i g n . K e y w o r d s :A g r i c u l t u r a l n o n -p o i n t s o u r c e p o l l u t i o n ; t y p e s ;c h a r a c t e r i s t i c s ; s o u r c e s ;c o n t r o l t e c j m d o g y

　　点源污染有相对固定排污口, 非点源污染指(非) 溶解的污染物从非特定地点, 在降水(或融雪) 冲刷作用下, 通过径流过程汇入受纳水体(如河流、湖泊、水库和海湾等) 引起的污染表及地下水体

[1]

积, 雨天排放; 空间上, 受排水系统影响, 小尺度呈现点源特征, 较大尺度上表现为非点源。非点源污染也可分为土壤侵蚀和流失; 地表径流; 农田化肥、农药施用、农村粪便与垃圾; 大气干、湿沉降及其它类型。

1. 1. 1　土壤侵蚀和流失　土壤侵蚀和流失是规模最大、危害程度最重的一种非点源污染。土壤侵蚀损失了土壤表层有机质层, 同时许多污染物进入水体。对水体产生影响主要是悬浮颗粒物, 其在水中会释放出一些溶解态污染物。土壤流失强度取决于降雨强度、地形地貌、土地利用方式和植被覆盖率等。实验表明, 在年降雨量500m m 情况下, 坡度5-7°时土壤的年流失量是坡度1-5°时的7倍

[3]

。美国清洁水法修正案(1997) 认为非

点源污染为污染物以广域的、扩散的、微量的形式进入地

[2]

。点源污染得到逐步控制后, 非点源污染

对环境的影响日渐加剧。本文在归纳非点源污染分类、特征及来源等的基础上, 着重阐述非点源污染控制工程技术及其管理技术, 以期为非点源污染控制提供理论和技术支持。

1　非点源污染概述

1. 1　非点源污染分类　根据非点源发生的区域和过程特点, 可将其分为城市和农业非点源污染。前者是城市生态环境系统失调的结果, 所产生污染物分布广、数量大、成分复杂。时间上, 其污染源排放具有间断性, 污染物晴天累

　　收稿日期:2009-02-10

。

1. 1. 2　地表径流　降雨导致的地表径流是最主要的非点源污染源, 包括非透水性和透水性地表径流。分别主要指城区径流及农村地区、矿山、林地、草地等的径流

[4]

。

作者简介:刘之杰(1970-) , 男, 山东人, 工程师, 从事全国环保系统干部教育培训、环保国际合作项目等工作。

地表径流污染主要包括三方面:

1) 城镇地表径流污染。主要指雨水及所形成的径流流经城镇地面, 如商业区、街道、停车场等, 聚集原油、盐分、氮、磷、有毒物质及杂物等污染物, 随之进入河湖, 污染地表水或地下水体, U S E P A 把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源

[5]

浓度无规律等特点, 不确定性高, 准确量化需连续在线监测

[9]

。

1. 2. 3　潜伏性　以农药、化肥施用为例, 使用后, 在无降水或灌溉时, 所致非点源污染低。更多情况下, 非点源污

染直接起因于降水和灌溉时段。城市地表径流污染也有同样特点

[10]

。

。

2) 矿区、建筑工地地表径流污染。主要由人类活动引起:一方面因不合理人为活动破坏原有土壤结构和植被面貌, 使土表裸露, 水土流失增加; 另一方面, 降雨条件下散落在矿区地表的泥沙、盐类、酸类物质和残留矿渣等, 随地表径流进入水体, 形成非点源污染。在美国有5%的地表水污染由建筑工地径流引起

[6]

1. 2. 4　研究和控制难度大　由于非点源污染源来源的复杂性, 机理的模糊性和形成的潜伏性, 在研究和控制非点源污染方面有较大难度。

1. 3　非点源污染治理的必要性和迫切性　由于对农业非点源污染缺乏管理监测和控制, 农业非点源污染的危害日益凸显, 成为导致耕地退化、农村和农业内部环境恶化, 影响江河湖库水质、饮水安全、农产品质量与食品安全的主要因素, 严重影响了社会的可持续发展。

1. 3. 1　农业非点源污染是湖泊重要污染源之一与湖泊富营养化关系密切　美国农业非点源污染源分别占所有河湖营养物负荷量的64%和57%;由波兰流向波罗的海的总氮为2417×10t , 60%来自农业非点源。欧洲地表水体中农业排磷约占污染负荷24%-71%,农业生态系统养分流失是水体硝酸盐的主要源

4

[11]

4

。

3) 林区地表径流污染。主要是降雨过程中所发生的地表侵蚀, 使地表植物残枝、落叶及形成的腐殖物随地表径流进入水体形成。因林区人为活动强度相对较低, 地表植被覆盖率较高, 林区地表径流形成的非点源污染负荷常较前两者低, 但在森林采伐区, 因破坏地表植被, 地表径流和土壤侵蚀增加, 因而区域非点源污染增加肥、家畜粪便和垃圾堆放是重要污染源之一

[1]

。

。许多研究

[8]

1. 1. 3　农田化肥、农药施用、农村粪便与垃圾　农药、化

[7]

。太湖来自农村非点源

[12]

表明, 农药和化肥使用是一些水体污染和富营养化的最主要的污染源。农田施用粪肥及利用附近水体的水资源灌溉, 灌溉水及肥料中的污染物被农作物吸收及被土壤净化。但若施量过大或时间不当, 许多肥分未经农作物充分吸收和土壤净化而直入水体。农村垃圾随意堆放腐烂, 随风和径流进入水体造成污染。

1. 1. 4　大气干、湿沉降　大气中有毒、有害污染物可直接降落至地面和水体, 也可随降雨和降雪沿径流进入土壤和水体, 不仅直接破坏建筑物和植被, 还会污染土壤和水体。研究认为, 美国著名的五大湖的首要污染源为大气沉降污染。1. 1. 5　其它类型　除以上非点源污染外, 农村生活污水、畜禽粪便、水产养殖、底泥二次污染等均会带来非点源污染。

1. 2　非点源污染的一般特征　

1. 2. 1　广泛而分散　随着世界经济发展, 人工生产的许多为自然环境无法接受的化学物质逐年增多, 广布于地表, 随径流进入水体的污染物遍地可见, 其所产生生态环境影响深远而广泛[1]。与点源污染集中性相反, 农业非点源污染具有分散性特征, 其涉及多个污染者, 时空分布广, 涉及面积大, 使管理者很难获得污染者的个体信息密切相关

[10]

[9]

[4]

总氮排放量为27177×10t , 占该地区总氮排放量的36. 11%,其中化肥流失占农村污染源的58. 15%

。我

国众多湖泊调查表明:除城市湖泊外, 非点源占湖泊负荷总量比例常约50%。非点源污染是富营养化的重要因素之一; 20世纪70年代起, 我国重要湖库如太湖、巢湖、滇池、三峡库区、白洋淀、南四湖和异龙湖等富营养化问题急剧恶化, 与非点源污染密切相关。1. 3. 2　非点源与湖泊淤积萎缩有关　水土流失带来大量泥沙入湖使湖泊淤积、变浅、降低水体纳水量; 携带大量磷元素进入湖体, 加速湖泊衰老进程; 同时其携带的有害物质会进一步危害水体生物, 破坏水生生物生存环境, 造成局部水生生态系统失衡, 生物多样性减少, 系统简单化, 通过食物链甚至影响人类的身体健康。

表1　太湖流域各类污染源产生污染物总量百分比(%)污染源类型

工业城镇生活农村生活农业非点源及其他

C O D C r

44291116

T P 7272838

N H N 3-5182057

注:数据来自2001-2005年《太湖水污染防治“十五”计划》。　　1. 3. 3　大湖大库污染严重　根据目前污染调查结果, 因

。

非点源导致的大型湖库污染严重。以太湖为例:其是典型平原河流水系, 河网密度高达4k m /k m 。太湖流域水环境问题日益严重, 突出表现在太湖水体富营养化和流域河网水质严重恶化。目前太湖流域中小河流正受严重污染, 河流已成为生产、生活排污的主要场所。监测资料显示, 在太湖流域各省市中, 受污染河流占河流总长的比例:上海87%-92%,江苏82%-87%,浙江72%-79%。表1为2000年太湖流域各类污染源产生污染物总量百分比, 可

1. 2. 2　随机且高度不确定　非点源污染与区域降水过程

。无论城市与矿区地表径流, 还是土壤侵蚀,

其规模和强度均与降水过程密切相关。非点源污染形成与其它许多因素, 如土壤结构、农作物类型、气候及地质地貌等密切相关。由于降水随机性和其它影响因子不确定性, 非点源污染的形成有较大随机性。非点源污染排放时间和方式均不确定, 具有明显的分散性、突发性、大流量及

见, 农业面源及其他污染已成为太湖流域水环境的主要污染源

[13-14]

污染实施计划-C W A 319条款、最大日负荷(T M D L ) 计划、国家河口实施计划等进行农业非点源污染控制与管理

[16]

。

1. 3. 4　湖泊流域农村生态环境恶化　农业非点源污染导致农产品产地生态环境呈恶化趋势, 受污染农田比例渐

升, 农产品安全问题十分突出, 农产品出口贸易严重受阻。由于农业非点源污染, 部分地区生产的蔬菜、水果中的硝酸盐、农药和重金属等有害物质残留量超标。同时农业非点源污染会造成大气、水体、土壤、微生物污染, 危害人居环境, 严重影响人们身体健康。

1. 3. 5　非点源污染治理日益迫切　为保护有限的农业发展资源, 建设美好的人居环境, 专家呼吁, 健全农业非点源污染防治法律法规, 建立监督管理体系, 治理农业非点源污染刻不容缓。

。欧盟自1989年出台首个农业污染治理法案起, 把

农业污染防治作为其水污染治理重点及现代农业和社会

[17]

可持续发展重大课题。加拿大、英国、澳大利亚、德国等也开展了大量工作; 日本、瑞典、匈牙利、荷兰、爱沙尼亚、土耳其等国家也已开始重视该问题。目前我国对农业非点源污染的治理刚起步, 尚缺乏大量的控制、治理行动和有效管制措施, 即使在“三河三湖”重点治理工程“十一五”规划中, 农业污染的治理也多处于摸底调查、可研阶段, 或进行小范围的示范, 还无完整、成熟的农业污染治理规划、实施方案和相关经济政策和管制手段。非点源污染控制工程及管理技术对非点源污染的逐渐控制非常重要, 现简述如下。

2. 1　非点源污染控制技术　湖泊非点源污染治理是系统工程, 主要包括工程技术和管理措施。鉴于非点源污染类型多样、特征繁多, 因而对某一具体非点源污染湖泊治理应根据其污染特质, 选择合理有效的治理措施。非点源控制工程技术见表2。

[15]

2　非点源污染控制工程技术及管理技术

国外农业非点源污染研究始于20世纪60年代。欧、美等发达国家率先开展, 20世纪70年代后世界各地逐渐

重视。美国是开展农业非点源污染研究最多的国家。20世纪70年代末美国提出“最佳管理措施”BM P s (B e s t M a n -a g e m e n t P r a c t i c e s ) , 之后出台清洁水法案(C W A ) 、非点源

措施

1. 工程修复, 拦沙坝等技术结合草林复合系统, 复土植被等。

2. 前置库和沉砂池工程技术

表2　非点源污染控制工程技术一览表[15-23]

概述

主要针对山地水土流失区及侵蚀区, 通过土石工程结合生物工程方法, 控制水土

流失和土壤侵蚀, 恢复良好生态系统。

主要应用于台地及一些入湖支流自然汇水区, 利用泥沙沉降特征和生物净化作用, 增加径流在前置库塘中滞留时间, 一方面泥沙和颗粒态污染物沉降, 另一方面生物对污染物也有吸附利用。

拦沙植物带技术利用生物拦截, 吸附净化作用可滞留泥沙, N 、P 等污染物。绿化技术可广泛应用于堤岸保护, 坡地农田防护等。

主要应用于污染农业区, 特别适用于处理农田灌溉水和村落污水的混合废水。

[21]

3. 拦砂植物带技术和绿化技术4. 人工湿地与氧化塘技术[18-20]5. 生物净化及少废农田工程技术

6. 农田径流污染控制和农业生态工程技术[22]

7. 村落废水处理, 农村垃圾与固体废弃物处理处置技术[23]

8. 林、草, 农、林间作技术

9. 截砂工程、截洪沟、土石工程、沟头防护、谷坊工程等技术

表3　非点源污染控制管理技术范例[15]

管制要素

管制活动

控制措施

土地利用规划的规定

管制手段教育经济激励规章制度教育行政管制经济激励责任归属研究与开发教育技术援助经济激励公共设施维护

主要适用于土地利用强度较大, 施肥量大的湖滨农田区。

通过生态农业工程, 农业污染物进入生态循环, 减少污染物排放, 控制径流污染。适于农村自然村落废水处理、垃圾处理, 地表径流污染物流失的治理。应用于山地水土流失区, 主要用于解决生态性质的立体条件。应用于强侵蚀区污染控制和生态恢复。

因素影响, 从源头遏制农业非点源污染

[24-25]

。非点源污

染管理比点源困难, 需考虑多种负荷发生的源及对策。非

制度形式所有权/土地制度

机构变更推广示范服务所有权/土地制度土壤保护机构综合防治机构推广示范服务土壤保护机构生态保护机构水资源保护机构

点源B M P s 是防治或减少农业非点源污染最有效和最实际的技术之一, 主要用来控制农业活动中污染物产生和运移, 防止污染物进入水体, 避免农业非点源污染形成。通过技术、规章和立法等手段有效减少农业非点源污染, 其着重于源管理见表3。

1) 自然负荷管理:自然界的非点源污染类型多, 因自然负荷增大, 水环境容许负荷量会减少。由于发生源难管理, 在河流上游流域应尽可能不改变土地自然地貌及其类型。若要进行改变, 应科学论证, 谨慎从事, 并有防止径流负荷产生的有效措施。2) 大气负荷管理:在大气中扩散的烟尘和废气, 只有极少数悬浮大气中, 大部分降至地面, 然

[15, 26]

土地利用

土地利用类型边际的规定

类型的规定

耕作方式

化学物使用的受限

控源(农田内)

轮作制

等高耕作作物布局防护林

截留(农田外)

岸边保护带

堤坝植被缓冲带

。管理技术包括有害生物综合治理、综

合肥力管理、农田灌溉制度等。非点源污染控制管理技术

2. 2　非点源污染控制的管理技术　管理技术主要通过提高作物对化肥、农药和牲畜废弃物的利用率, 降低污染物流向地表和地下水体的程度, 从而降低污染环境的风险。管理技术也能促使生产者在生产过程中考虑环境与经济

C o n t a m i n a n t D i s c h a r g e i n D i a n c h i V a l l e y A g r i c u l t u r a l D i s t r i c t o f C h i -n a .I n t .J .E n v i r o n m e n t a n d P o l l u t i o n , 2007, 31(3/4) :394-414[9]易志刚. 农业面源污染及其防治对策研究. 安徽农业科学,

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[15]

3　小结

目前各国现存环境污染问题与非点源密切相关, 而这些污染源从政策上最难控制。因此未来将会更加重视非点源污染研究。随着治理的深入, 非点源污染已成为流域污染的主要源。非点源污染来源复杂、机理模糊和对环境造成的危害较大, 对其有效控制一直是环境治理工作的重点和难点。因地制宜, 针对特定的治理对象, 选择合理的工艺, 设计总体方案, 对有效控制非点源污染意义重大。

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