第一章 非点源污染的由来

非点源污染控制ControlofNon-pointSourcePollution第一章非点源污染的由来1.1水体污染与非点源污染水体：指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋,它包括水中的悬浮物、溶解物质、水生生物和底泥等完整的生态统。水体污染：排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的自净能力，从而导致水体物理、化学及卫生性质发生变化（使水和底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化），使水体生态系统和水体功能受到破坏。水体污染的类型物理性污染化学性污染生物性污染（1）病原微生物（1）悬浮物污染（2）热污染（3）放射性污染（1）无机污染物质（2）无机有毒物质（3）有机有毒物质（4）需氧污染物质（5）营养盐物质（6）油类污染物质面源污染几乎包括上述所有污染类型水环境问题日益成为中国社会甚至国际关注的焦点重大污染事件是水环境整体恶化背景下的突发表现吉林松花江化工污染（2005年11月）东海大面积赤潮（2006年6月）湖南新墙河砷污染事件（2006年9月）太湖蓝藻水华爆发（2007年5月）江苏沭阳水源污染（2007年7月）蓝藻局部爆发威胁武汉东湖（2009年8月）……中国目前已经进入水污染密集爆发阶段东海大面积赤潮近50年来，东海海水中所含的硝酸盐浓度不断增加，而硅酸盐浓度却大幅下降，两者比例间的结构性失衡引发了一系列复杂变化，使得东海赤潮在爆发频次增多、范围扩大的同时，有害、有毒赤潮的种类也越来越多。农业面源污染湖南岳阳县水源砷污染致８万人饮水困难建在新墙河上的岳阳县自来水厂取水塔2006年9月8日15时，岳阳市环境监测中心站在对岳阳县城饮用水源新墙河水质进行水质例行监测时，发现砷浓度为0.31~0.62mg/L，超标10倍左右。新墙河是岳阳县城8万多居民的自来水取水口。敲响中小县城自来水监测警钟！事件回放2007年7月2日，江苏沭源自来水公司取水口遭受新沂河上游不明污染源污染，城区供水系统被迫关闭，城区20万人口吃水、用水受到不同程度影响。饮用水源污染为新沂河上游山东化工企业排污所致。事件回放江苏沭阳饮用水源受污染城区20万人断水太湖水污染与面源污染的关系太湖目前最突出的环境问题也是2007年太湖蓝藻爆发的原因是全湖富营养化和局部水域的有机污染问题，主要污染指标为氨氮、总磷和化学需氧量。其污染原因除了工业、城市生活外，农业面源污染在一定程度上加剧了氮、磷污染。西苕溪流域太湖地区西苕溪流域营养盐污染负荷结构分析（李恒鹏刘晓玫杨桂山，湖泊科学，2004年12月）蓝藻局部爆发威胁武汉东湖2009年8月17日，靠近武昌风光村附近的东湖水域爆发水华，水里就像倒了绿油漆一样，并发出难闻的腥臭味。东湖中国地质大学城市面源污染：雨、污合流排水系统雨天溢流污染10080604020019:4920:0920:2920:4921:0920:2520:3520:4520:5521:0581216202402420:2520:3520:4520:5521:05010020030040050060070002004006008001000降雨强度(mm/h)TN溢流时间TN(mg/L)TPTP(mg/L)COD溢流时间COD(mg/L)TSSTSS(mg/L)2009年7月23日水果湖泵站合流制排水系统暴雨径流溢流污染过程1.2非点源污染及其特点非点源污染定义：Non-pointSourcePollution（NPS）直译就是非点源污染。是与点源（PointSourcePollution）对应的一个概念。非点源（Non-pointSource，NPS）污染是指溶解的和固体的污染物从非特定的地点，在降水（或融雪）冲刷作用下，通过径流过程汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等）并引起水体富营养化或其他形式的污染。美国《清洁水法修正案》对非点源污染的定义为：污染物以广域的、分散的、微量的形式进入地表及地下水体。面源污染的形成过程监测技术污染控制技术污染控制综合管理《面源污染控制研究内容》面源污染非点源污染地表径流污染农业地表径流污染城市地表径流污染暴雨径流污染降雨径流污染雨、污合流制溢流污染DiffusepollutionNon-pointpollutionRunoffpollution(pollutedrunoffAgriculturerunoffpollutionUrbanrunoffpollutionStormwaterpollutionRainrunoffpollutionCombinedseweroverflowpollution相关术语非点源污染形成示意图污染物浅层饱和层深层饱和层深层渗漏地下水渗漏入滲径流(水及sediment)降雨或灌溉SourcesofNonpointPollution面源污染的类型与主要污染物农业化肥农药污染农村牲畜粪便污染城市地表径流污染林区面源污染矿区建筑工地面源污染大气沉降……悬浮物/泥沙（suspendedsolid/sediment)营养盐（nutrients，N，P）有毒物质（heavymetals，PAHs、pesticides）病菌……非点源污染特性(I)非点源污染是缘于水及污染物的混合作用.非点源污染特性(II)传输途径复杂,难以辨别,因此难于加以监测和控制.亦可称之为扩散性污染(DiffusePollution)。非点源污染特性(III)非点源污染变动性远比点源污染大。扩散式污染进入水体，常是间断式的，而且与气象条件密切相关。非点源污染是由具有复杂的气候程序所启动,降雨发生地、径流的产生和流动、入渗都难以预测。非点源污染特性(IV)污染除了与气候有关，与地形、地质亦有强烈关系，污染情況常随地方或随时间有所不同。不像点源污染常可通过处理来降低污染，非点源污染主要应通过土地与径流管理的手段加以控制。污染排放很难以排放标准加以管制。在非点源污染中最主要控制的成份为悬浮物、营养盐及有毒物质。1.3面源污染问题的提出1.3.1工业化发达国家在上世纪70、80年代基本解决了城市集中排放污水的治理问题，有效的遏制了水体污染70年代末至80年代初，污水处理使欧洲和北美洲的生化耗氧量水平减少了75%；1994年经合组织(OECD)的统计，美国污水处理厂服务的总人口为71.6%；莱茵河60～70年代，莱茵河的大部分河段不适宜游泳，饮用水受到威胁。1971年夏季，最严重时，100多公里长的河段完全无氧。70年代，莱茵河水质出现了转折，首要原因是污水处理厂的建造。1973～1981年间，污水处理率由30%上升到80%。1992年，这些改善达到了顶点：大马哈鱼回到了莱茵河。1.3.2水体污染没有得到预想的治理效果莱茵河大马哈鱼回到了莱茵河，但莱茵河物种丰度明显减退，生态净退化没有明显改善。据美国、日本等国家的报道,即使点源污染全面控制之后,江河的水质达标率仅为65%,湖泊的水质达标率为42%,海域水质达标率为78%。1.3.3面源污染问题被意识到，并很快列入重要的污染控制研究中据统计，在集约化农业的国家，水环境中约有2/3的氮和1/3的磷来自于农业径流1994年美国“国家水质评价”报告指出，农业非点状污染不仅是导致河流、湖泊、口岸地区地表水污染的主要原因，也是造成地下水污染和湿地生态环境退化的主要原因。瑞典不同流域来自农业的氮占流域总输入量的60%~87%。爱尔兰大多数富营养化的湖泊流域内并没有明显的点源污染。芬兰20%的湖泊水质恶化，而农业面源排放的磷素和氮素在各种污染源中所占比重最大，占总排放量的50%以上1.3.4以1970年代美国《清洁水法案》及1987年修正案为代表，面源污染进入管理、决策层面1987年美国国会通过了清洁水法修正案,其中的319章建立了控制非点状污染的国家计划，清洁水法授权EPA实施该计划。到1996年底用于该计划的总资金已达4.7亿美元。美大湖流域1987年制定了《大湖水质协议》的修正案，明确规定解决城市径流和农业径流造成的污染的措施，限制使用农药和化肥等。为了解决硝酸盐问题，欧盟对废耕地的农民给予补贴，德国则对在莱茵河岸边附近不使用化肥的农民进行补贴。荷兰、挪威、瑞典、芬兰、奥地利和丹麦都对化肥和农药征收特别税。法国对不同的作物提出了肥料禁用的时间规定。1.3.5中国面源污染研究与控制的由来20世纪80年代开展的湖泊富营养化调查标志我国非点源污染研究的开始，相继在北京、上海、成都、苏州、南京等开展城市地标径流研究，农业面源污染研究先后在于桥水库、滇池、太湖、巢湖等流域开展了工作；20世纪90年代，我国非点源污染更加活跃，农业面源污染占首要地位；“九五”期间滇池治理开展了农业面源污染的控制；“十五”国家重大科技专项“水污染控制技术与治理工程”，开展城市面源（武汉）与农业面源（太湖、滇池）控制；“十一五”水体污染控制与治理（简称“水专项”）科技重大专项涉及城市面源与农业面源污染控制1.4面源污染的危害（1）以营养物型污染物污染水体环境湖泊、水库等封闭水域，TN0.2mg/L，PO43--P0.02mg/L，就有可能引起藻华（alagebloms)现象发生。农田N、P的流失是引起水体富营养化的重要原因。美国农田径流使全国64%的河流，57%的湖泊受到污染；中国科学院南京土壤研究所对太湖流域农业面源污染的研究显示：在太湖的外部污染总量中，工业污染仅占一小部分，约为10％―16％，农业面源污染所占的比例在持续上升，目前已占到59％。大量的氮、磷等营养物质及重金属破坏了太湖的水环境，造成湖水富营养化，蓝藻肆虐，水生生物大量死亡。1.4面源污染的危害（2）以毒害型污染物污染水体环境面源污染物种类很广，几乎含有大部分自然和人工合成的各种化学、生物污染物质，他们进入水体对水生生物以及通过食物链对人体产生各种各样的影响。•中毒•富集•食物链传递•生殖能力改变•铜绿微囊藻的快速致死素可导致动物死亡NPSpollution:Impactsonecosystem•Impactsecosystemintegrity(生态系统完整性)‏•Humanhealth（健康）•Goodwatersupply（供水）•Healthyfishandwildlifepopulations（鱼类与野生生物）•Diverserecreationalopportunities（娱乐功能）•Typesofeffects•Eutrophication（富营养化）•Temperatureincrease（水温升高）•Lossofhabitatforbreadingpopulation（提供食物的生境）•Lossofestheticvalue（美学价值丧失）NPSpollution:Effectsonwaterquality://ks.water.usgs.gov/Kansas/pubs/reports/wrir.00-4177.cover.jpg1.5面源污染的现状与认识1.5.1美国面源污染现状UrbanstormwaterpollutionHighwayrunoffpollution1.5.2美国对面源污染的认识与措施•出台相关的法规和技术标准•机理研究与计算模拟技术•BMPs最佳管理措施1.5.3其它国家的面源污染情况奥地利北部地区进入水环境的非点源氮量远比点源大。丹麦270条河流94%的氮负荷、52%的磷负荷由非点源污染引起。日本的稻田是Biswa湖的最大污染源。荷兰农业非点源提供的总氮、总磷分别占水环境污染总量的60%和40%～50%。欧洲第一个治理农业面源污染的法案出台于1989年。之后，欧盟不断加大用于减少农田氮、磷养分总用量、提高农田养分利用率的费用1.5.4中国面源污染现状与认识资料来源：中国地表水水质评价，周怀东39.160.970.9398.4110.5184.0氨氮87.212.8229.61864.533.762.5总磷81.418.6527