陳興濤

(福建省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，福建 福州 350003)

近年來，水污染引起區(qū)域水質(zhì)惡化，影響各地區(qū)居民的飲水、用水等已成共性問題。為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，制定產(chǎn)業(yè)優(yōu)、生態(tài)美的發(fā)展目標(biāo)，持續(xù)提高水環(huán)境質(zhì)量，為各項(xiàng)發(fā)展做準(zhǔn)備[1]，福建省各級(jí)部門在權(quán)衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水環(huán)境保護(hù)兩者關(guān)系后，制定了多項(xiàng)政策，以減輕水環(huán)境污染，降低廢水中污染物排放量。當(dāng)前對(duì)水污染方面的研究和治理，主要集中在小流域水環(huán)境的治理[2-3]，從流域的源頭削減到末端治理的全過程控制。主要手段是以各流域斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析水污染物對(duì)環(huán)境的影響機(jī)制為主，監(jiān)測(cè)不同種類工業(yè)源的污染物排放，對(duì)水環(huán)境的差異性影響和相關(guān)性分析[4]。目前研究污染物排放特征的方法為等標(biāo)污染負(fù)荷法，該方法在對(duì)一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)污染源及其排放的多種污染物進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可以解決不同量綱之間的評(píng)價(jià)問題，從而對(duì)各污染源和各污染物的環(huán)境影響按同一尺度大小進(jìn)行比較。史菲菲等[5]基于等標(biāo)污染負(fù)荷法對(duì)電解錳廢水污染源，確定了解析工序和解析因子，為制定行業(yè)環(huán)境管理政策標(biāo)準(zhǔn)及指導(dǎo)技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。蔡慧等[6]采用等標(biāo)污染負(fù)荷法對(duì)化學(xué)法制漿全過程水污染源進(jìn)行分析,定量解析出在化學(xué)法制漿過程中各工序廢水排放及污染物的排放特征，為造紙行業(yè)化學(xué)法制漿的水污染全過程控制提供了科學(xué)、可靠的依據(jù)。賈陳忠等[7]運(yùn)用等標(biāo)污染負(fù)荷法估算了2016年山西省及其各市的COD、總氮、總磷的農(nóng)業(yè)面源污染情況，從而掌握該地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀及排放特征。

本研究根據(jù)2020年福建省重點(diǎn)工業(yè)主要廢水排污的環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用等標(biāo)污染負(fù)荷法對(duì)福建省工業(yè)廢水污染物種類、地區(qū)、行業(yè)進(jìn)行相關(guān)性分析，揭示全省的工業(yè)廢水污染物的排放特征，以期掌握環(huán)境質(zhì)量狀況，為福建省各項(xiàng)環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 等標(biāo)污染負(fù)荷法

等標(biāo)污染負(fù)荷法是目前研究污染排放源評(píng)價(jià)中最常用的一種指數(shù)評(píng)價(jià)方法之一[8]，主要方法是將各種不同排放源的污染物排量同對(duì)應(yīng)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一口徑下的定量數(shù)據(jù)，在同一尺度上進(jìn)行比較分析。由于環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)適用性的限制，目前等標(biāo)污染負(fù)荷法僅適用于廢水和廢水污染物的評(píng)價(jià)[9-11]。等標(biāo)污染負(fù)荷法的幾個(gè)計(jì)算公式[12]。

(1)某個(gè)污染源或行業(yè)的等標(biāo)污染負(fù)荷：

Pik=qik/Cok

式中Pik為污染源i排放的污染物K的等標(biāo)污染負(fù)荷；Cok為污染物K的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或排放標(biāo)準(zhǔn)；qik為污染源i排放污染物K的總量。

(2)某評(píng)價(jià)區(qū)某個(gè)污染源或行業(yè)的總等標(biāo)污染負(fù)荷：

式中:Pi為污染源i排放或行業(yè)的總等標(biāo)污染負(fù)荷。

(3)評(píng)價(jià)區(qū)或行業(yè)的的總等標(biāo)污染負(fù)荷：

式中:Pn為某地區(qū)或行業(yè)所有污染源的總等標(biāo)污染負(fù)荷。

(4)為了能將污染源對(duì)地區(qū)環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平進(jìn)行相關(guān)分析，并綜合評(píng)價(jià)其污染排放對(duì)地區(qū)發(fā)展的影響。需要將工業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中的工業(yè)總產(chǎn)值與等標(biāo)污染負(fù)荷進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算得到新的派生指標(biāo)單位產(chǎn)值等標(biāo)污染負(fù)荷。單位產(chǎn)值等標(biāo)污染負(fù)荷越大，說明某個(gè)地區(qū)或行業(yè)的污染排放對(duì)環(huán)境的影響越多，單位產(chǎn)值等標(biāo)污染負(fù)荷的計(jì)算公式為：

(5)等標(biāo)負(fù)荷比：分別將污染物、污染地區(qū)、污染行業(yè)的等標(biāo)負(fù)荷比進(jìn)行排序，等標(biāo)負(fù)荷比最大者為首要污染物、首要污染地區(qū)和首要污染行業(yè)。

等標(biāo)負(fù)荷比的計(jì)算公式為：

Ki=Pi/P

Kn=Pn/P

式中，Ki為第i種污染物的等標(biāo)負(fù)荷比；Kn為第n個(gè)地區(qū)的等標(biāo)負(fù)荷比；Pi為污染源i排放或行業(yè)的總等標(biāo)污染負(fù)荷；Pn為某地區(qū)或行業(yè)所有污染源的總等標(biāo)污染負(fù)荷；P為總等標(biāo)污染負(fù)荷。

最后，按照各污染物、各污染地區(qū)、各污染源以及污染行業(yè)的等標(biāo)負(fù)荷比例大小進(jìn)行排序和累計(jì)。當(dāng)累計(jì)值為產(chǎn)生量65%或排放量85%時(shí)(按照現(xiàn)行環(huán)境統(tǒng)計(jì)調(diào)查制度的重點(diǎn)調(diào)查篩選的規(guī)模值的比例確定)，就可以確定出本地區(qū)(或流域)內(nèi)的主要污染物、主要污染源和主要污染行業(yè)[13]。

1.2 評(píng)價(jià)方法

本研究中的數(shù)據(jù)來自2020年度福建省環(huán)境統(tǒng)計(jì)匯總數(shù)據(jù)，包括重點(diǎn)調(diào)查的工業(yè)企業(yè)各項(xiàng)廢水污染物排放量。評(píng)價(jià)的內(nèi)容主要是重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)的地區(qū)特征、行業(yè)特征。環(huán)境統(tǒng)計(jì)的排放量指的是排放源排入到外環(huán)境中的污染物的量，本文中化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、總氮參考GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14]，采用地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)的尺度可以反映某個(gè)污染源或污染物指標(biāo)對(duì)區(qū)域或行業(yè)的污染貢獻(xiàn)程度。因此作為等標(biāo)負(fù)荷法公式的參數(shù)進(jìn)行核算，較為合理。利用ArcGIS繪制空間特征分布圖，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，運(yùn)用SPSS和OriginPro繪制有關(guān)熱圖和譜系圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 污染物分析

從2020年福建省主要工業(yè)廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷結(jié)果來看(見表1)，福建省2020年重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)排放的廢水主要污染物等標(biāo)污染負(fù)荷排序?yàn)榭偟?化學(xué)需氧量>總磷>氨氮。其中，總氮的等標(biāo)污染負(fù)荷最大，負(fù)荷比達(dá)到56.6%，其次為化學(xué)需氧量，二者累積負(fù)荷比達(dá)72.5%。由此可以判斷，福建省工業(yè)廢水污染的首要污染物為總氮。

表1 福建省主要工業(yè)廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷Table 1 Equal standard pollution load of major industrial wastewater pollutants in Fujian Province

2.2 區(qū)域特征分析

福建省重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)廢水污染物排放的地區(qū)特征主要是以福建省“九市一區(qū)”的行政分布進(jìn)行分析。2020年福建省工業(yè)廢水四種主要污染物在地區(qū)的分布特征如表2和圖1所示。福建省工業(yè)廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷主要集中在漳州市、泉州市、南平市、福州市、莆田市這5個(gè)城市，其累計(jì)負(fù)荷比達(dá)77.2%，而廈門市、三明市、寧德市、龍巖市、平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)的等標(biāo)污染負(fù)荷較小。漳州市廢水污染負(fù)荷最大，占福建省的19.3%，其次是泉州市，占比18.7%。由此得知，全省工業(yè)源廢水污染的首要地區(qū)是漳州市，是防治的重點(diǎn)地區(qū)。

圖1 福建省工業(yè)廢水主要污染物等標(biāo)污染負(fù)荷地區(qū)分布特征Figure 1 Regional distribution characteristics of Equal standard pollution loads of major pollutants in industrial wastewater in Fujian Province

表2 福建省各地區(qū)重點(diǎn)工業(yè)污染源廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷Table 2 Equal standard pollution load of wastewater pollutants from major industrial pollution sources in various regions of Fujian Province

從各地區(qū)工業(yè)廢水的各污染物等標(biāo)污染負(fù)荷來看，福建省化學(xué)需氧量的排放主要集中在漳州市、泉州市、莆田市和三明市，其累計(jì)負(fù)荷比達(dá)66.0%；氨氮的排放主要集中在漳州市、泉州市、南平市和莆田市，其累計(jì)負(fù)荷比達(dá)76.6%；總氮的排放主要集中在泉州市、福州市、漳州市和南平市，其累計(jì)負(fù)荷比達(dá)69.7%;總磷的排放主要集中在南平市、漳州市、莆田市和寧德市，其累計(jì)負(fù)荷比達(dá)74.4%。這四種污染物的重點(diǎn)貢獻(xiàn)地區(qū)都有漳州市。

而從單位產(chǎn)值等標(biāo)污染負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果來看，地區(qū)的污染負(fù)荷排序發(fā)生了一定變化，單位產(chǎn)值等標(biāo)污染負(fù)荷排在前5位的是平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)、南平市、莆田市、泉州市和漳州市這5個(gè)城市。其中平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)和莆田市變化最為明顯,平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)因工業(yè)產(chǎn)值較低，由第十位上升為第一位；南平市等標(biāo)污染負(fù)荷由第三位上升到第二位；莆田市的等標(biāo)污染負(fù)荷由第五位上升至第三位。主要是其單位產(chǎn)值等標(biāo)負(fù)荷較高，這就反映出這三個(gè)地區(qū)的污染治理相對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)效率的水平低，單位污染強(qiáng)度大，應(yīng)加大對(duì)這些地區(qū)的環(huán)境污染的治理管控。

2.3 行業(yè)特征分析

2020年福建省各行業(yè)重點(diǎn)工業(yè)污染源廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷如表3所示。農(nóng)副食品加工業(yè)、紡織業(yè)、食品制造業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、造紙和紙制品業(yè)以及計(jì)算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造業(yè)是福建省工業(yè)廢水污染物排放的主體，這六個(gè)行業(yè)的累計(jì)負(fù)荷比占74.5%，其中農(nóng)副食品加工業(yè)占22.6%。因此，福建省工業(yè)源廢水污染等標(biāo)污染負(fù)荷的首要行業(yè)是農(nóng)副食品加工業(yè)?；瘜W(xué)需氧量排放的重點(diǎn)行業(yè)首先是紡織業(yè)，其次是造紙和紙制品業(yè)以及農(nóng)副食品加工業(yè)，三者累計(jì)負(fù)荷比達(dá)52.8%。氨氮排放的重點(diǎn)行業(yè)首先是農(nóng)副食品加工業(yè)，其次是紡織業(yè)以及食品制造業(yè)，三者累計(jì)負(fù)荷比達(dá)61.6%。總氮排放的重點(diǎn)行業(yè)首先是紡織業(yè)，其次是農(nóng)副食品加工業(yè)以及化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)，三者累計(jì)負(fù)荷比達(dá)47.2%?？偭着欧诺闹攸c(diǎn)行業(yè)首先是農(nóng)副食品加工業(yè)，其次是食品制造業(yè)以及紡織業(yè)，三者累計(jì)負(fù)荷比達(dá)74.7%。化學(xué)需氧量和總氮的首要貢獻(xiàn)行業(yè)都是紡織業(yè)，而氨氮和總磷的首要貢獻(xiàn)行業(yè)都是農(nóng)副食品加工業(yè)。因此這兩大行業(yè)是可作為后續(xù)廢水污染治理的主要行業(yè)。

表3 福建省各行業(yè)重點(diǎn)工業(yè)污染源廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷Table 3 Equal standard pollution load of wastewater pollutants from major industrial pollution sources in various industries in Fujian Province

單位產(chǎn)值等標(biāo)污染負(fù)荷排在前5位的是水務(wù)、食品制造業(yè)、紡織業(yè)、黑色金屬礦采選業(yè)以及農(nóng)副食品加工業(yè)，累計(jì)負(fù)荷比達(dá)59.1%。其中水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、黑色金屬礦采選業(yè)廢水污染等標(biāo)負(fù)荷與工業(yè)產(chǎn)值不呈線性正相關(guān)關(guān)系，從而使單位的等標(biāo)負(fù)荷比強(qiáng)度大，行業(yè)的污染物排放特性突出。除了上述5大行業(yè)外，全省的造紙和紙制品業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、酒、飲料和精制茶制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)、非金屬礦采選業(yè)、廢棄資源綜合利用業(yè)以及開采專業(yè)及輔助性活動(dòng)，單位產(chǎn)值等標(biāo)污染負(fù)荷也超過平均水平，單位產(chǎn)值廢水污染物排放強(qiáng)度偏大。

3 等標(biāo)污染負(fù)荷的熱圖與聚類分析

近年來，熱圖被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)的深度分析與挖掘方法中，主要是基于大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以一種漸進(jìn)的白紅色帶直觀地將結(jié)果展現(xiàn)出來,由此可以看出數(shù)據(jù)的強(qiáng)弱和頻率高低程度，以及研究對(duì)象所在的地區(qū)差異變化。本研究通過福建省各地區(qū)4項(xiàng)主要工業(yè)廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷的歸一化值，利用OriginPro及SPSS制作熱圖和聚類譜系圖(圖2和圖3)。由圖2可知，不同地區(qū)4項(xiàng)主要污染物等標(biāo)污染負(fù)荷呈現(xiàn)出一定的區(qū)域分布特征?；瘜W(xué)需氧量、氨氮和總氮顏色較深的區(qū)域相對(duì)集中在漳州市和泉州市，這兩個(gè)地區(qū)是福建省納入生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計(jì)調(diào)查工業(yè)企業(yè)數(shù)量最多的城市，龍巖市和平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)的顏色較淺，這兩個(gè)地區(qū)分別是山區(qū)工業(yè)數(shù)較少和沿海旅游服務(wù)居多的城市，因此廢水污染負(fù)荷相對(duì)較低。

圖2 福建省各地區(qū)各廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷熱圖Figure 2 Heat map of equal standard pollution load of various wastewater pollutants in various regions of Fujian Province

圖3 福建省各地區(qū)各廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷譜系圖Figure 3 The equal standard pollution load spectrum of various wastewater pollutants in various regions of Fujian Province

南平市排放的總磷在福建省是最高的。南平市的農(nóng)副食品加工業(yè)發(fā)達(dá)，福建圣農(nóng)集團(tuán)旗下的肉類加工廠，所產(chǎn)生的總磷排放負(fù)荷位居全省前列，具有行業(yè)特殊性。

圖3利用SPSS中聚類方法為組間聯(lián)接法，并設(shè)置度量標(biāo)準(zhǔn)為歐式距離計(jì)算，得到譜系圖結(jié)果顯示：福建省10個(gè)地區(qū)可以按主要工業(yè)廢水等標(biāo)污染負(fù)荷強(qiáng)弱程度的相似性，分為3個(gè)類型：漳州市和泉州市的工業(yè)廢水等標(biāo)污染負(fù)荷程度較為嚴(yán)重；南平市為總磷高的單項(xiàng)污染物突出類；其他區(qū)域如福州市、莆田市、廈門市、三明市、寧德市、龍巖市和平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)為污染中等區(qū)，因?yàn)檫@些區(qū)域的工業(yè)產(chǎn)業(yè)較均衡，廢水污染物等標(biāo)負(fù)荷相近。

4 討 論

4.1 福建省工業(yè)主要廢水污染排放量特征

2020年福建省工業(yè)廢水主要污染物等標(biāo)污染負(fù)荷比，總氮為3 385.8×106m3/a，化學(xué)需氧量為949.0×106m3/a，總磷為899.3×106m3/a，氨氮為745.2×106m3/a，其中總氮的等標(biāo)污染負(fù)荷比最大，負(fù)荷比達(dá)到56.6%。結(jié)合行業(yè)等標(biāo)污染負(fù)荷來看，前三位的是農(nóng)副食品加工業(yè)1 351.0×106m3/a，紡織業(yè)1 087.1×106m3/a，造紙和紙制品業(yè)481.7×106m3/a，其中農(nóng)副食品加工業(yè)的占比最大，達(dá)22.6%。從地區(qū)來看，前三位的地區(qū)是漳州市1 153.6×106m3/a、泉州市1 118.0×106m3/a和南平市921.6×106m3/a，其中漳州市廢水污染負(fù)荷最大，占福建省的19.3%?？梢钥闯龈鞯貐^(qū)的工業(yè)廢水主要污染物有差距，說明是福建省各地工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r有較大差異。

4.2 等標(biāo)污染負(fù)荷的聚類分析特征

聚類分析作為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的一種常規(guī)分析方法，其主要是根據(jù)掌握的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的特征，對(duì)研究對(duì)象中相近的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類。通過對(duì)以上的等標(biāo)污染負(fù)荷估算結(jié)果進(jìn)行聚類分析，對(duì)有針對(duì)性的地區(qū)進(jìn)行環(huán)境管理和規(guī)劃。福建省10個(gè)地區(qū)可劃分為三個(gè)類型，程度較重地區(qū)、單項(xiàng)污染物突出類和中等地區(qū)，程度較重地區(qū)的等標(biāo)污染負(fù)荷特征是工業(yè)企業(yè)多，如沿海7座城市調(diào)查的工業(yè)企業(yè)數(shù)為3 965家，占全省的比75.5%，山區(qū)的3座城市調(diào)查數(shù)為1 290家，占比24.5%，沿海的數(shù)量是山區(qū)的三倍多；從單個(gè)城市看，沿海的泉州市的數(shù)量是1 332家，比山區(qū)城市數(shù)量最多的三明市460家，高出近三倍；污染重的沿海發(fā)達(dá)區(qū)域，單項(xiàng)污染突出類似福建省山區(qū)的部分農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展集中區(qū)域，中等地區(qū)的特點(diǎn)是工業(yè)產(chǎn)業(yè)較均衡，廢水污染物等標(biāo)負(fù)荷相近。從以上可得知福建省的污染治理應(yīng)從污染物種類、地區(qū)和行業(yè)等深入精準(zhǔn)的進(jìn)行管理或治理，達(dá)到水環(huán)境乃至整體生態(tài)的全面提高。

5 結(jié) 論

(1)2020年福建省工業(yè)主要廢水污染物中首要的污染物是總氮，需列為重點(diǎn)污染物進(jìn)行治理。

(2)2020年福建省工業(yè)廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷主要分布在漳州市、泉州市、南平市、福州市、莆田市這5個(gè)地區(qū)，其中漳州市和泉州市的等標(biāo)污染負(fù)荷和單位產(chǎn)值等標(biāo)污染負(fù)荷都位居全省前列，反映其排放強(qiáng)度大。

(3)對(duì)比2020年福建省各行業(yè)工業(yè)廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷，其中較大的行業(yè)是紡織業(yè)、造紙和紙制品業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、食品制造業(yè)以及計(jì)算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造業(yè)，其中福建省工業(yè)源廢水污染等標(biāo)污染負(fù)荷的首要行業(yè)是農(nóng)副食品加工業(yè)。分污染物來看，化學(xué)需氧量和總氮的首要貢獻(xiàn)行業(yè)都是紡織業(yè)，而氨氮和總磷的首要貢獻(xiàn)行業(yè)都是農(nóng)副食品加工業(yè)。

(4)2020年福建省單位產(chǎn)值等標(biāo)污染負(fù)荷較大的行業(yè)是水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、食品制造業(yè)、紡織業(yè)、黑色金屬礦采選業(yè)以及農(nóng)副食品加工業(yè)。

(5)福建省地市可根據(jù)主要工業(yè)廢水污染物等標(biāo)污染負(fù)荷分為三類：第一類為污染程度較重地區(qū)——漳州市、泉州市；第二類為單項(xiàng)污染突出地區(qū)——南平市；第三類為污染中等地區(qū)——福州市、莆田市、廈門市、三明市、寧德市、龍巖市和平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)。