陈兴涛

(福建省环境监测中心站，福建 福州 350003)

近年来，水污染引起区域水质恶化，影响各地区居民的饮水、用水等已成共性问题。为实现经济高质量发展，制定产业优、生态美的发展目标，持续提高水环境质量，为各项发展做准备[1]，福建省各级部门在权衡经济发展和水环境保护两者关系后，制定了多项政策，以减轻水环境污染，降低废水中污染物排放量。当前对水污染方面的研究和治理，主要集中在小流域水环境的治理[2-3]，从流域的源头削减到末端治理的全过程控制。主要手段是以各流域断面的监测数据分析水污染物对环境的影响机制为主，监测不同种类工业源的污染物排放，对水环境的差异性影响和相关性分析[4]。目前研究污染物排放特征的方法为等标污染负荷法，该方法在对一个系统中有多个污染源及其排放的多种污染物进行评价时，可以解决不同量纲之间的评价问题，从而对各污染源和各污染物的环境影响按同一尺度大小进行比较。史菲菲等[5]基于等标污染负荷法对电解锰废水污染源，确定了解析工序和解析因子，为制定行业环境管理政策标准及指导技术提供基础数据和参考。蔡慧等[6]采用等标污染负荷法对化学法制浆全过程水污染源进行分析,定量解析出在化学法制浆过程中各工序废水排放及污染物的排放特征，为造纸行业化学法制浆的水污染全过程控制提供了科学、可靠的依据。贾陈忠等[7]运用等标污染负荷法估算了2016年山西省及其各市的COD、总氮、总磷的农业面源污染情况，从而掌握该地区的农业面源污染现状及排放特征。

本研究根据2020年福建省重点工业主要废水排污的环境统计数据，采用等标污染负荷法对福建省工业废水污染物种类、地区、行业进行相关性分析，揭示全省的工业废水污染物的排放特征，以期掌握环境质量状况，为福建省各项环境管理、环境规划等提供科学依据。

1.1 等标污染负荷法

等标污染负荷法是目前研究污染排放源评价中最常用的一种指数评价方法之一[8]，主要方法是将各种不同排放源的污染物排量同对应的环境标准进行比较，从而转化为统一口径下的定量数据，在同一尺度上进行比较分析。由于环境标准适用性的限制，目前等标污染负荷法仅适用于废水和废水污染物的评价[9-11]。等标污染负荷法的几个计算公式[12]。

(1)某个污染源或行业的等标污染负荷：

Pik=qik/Cok

式中Pik为污染源i排放的污染物K的等标污染负荷；
Cok为污染物K的环境质量标准或排放标准；
qik为污染源i排放污染物K的总量。

(2)某评价区某个污染源或行业的总等标污染负荷：

式中:Pi为污染源i排放或行业的总等标污染负荷。

(3)评价区或行业的的总等标污染负荷：

式中:Pn为某地区或行业所有污染源的总等标污染负荷。

(4)为了能将污染源对地区环境影响和经济发展水平进行相关分析，并综合评价其污染排放对地区发展的影响。需要将工业经济指标中的工业总产值与等标污染负荷进行联合计算得到新的派生指标单位产值等标污染负荷。单位产值等标污染负荷越大，说明某个地区或行业的污染排放对环境的影响越多，单位产值等标污染负荷的计算公式为：

(5)等标负荷比：分别将污染物、污染地区、污染行业的等标负荷比进行排序，等标负荷比最大者为首要污染物、首要污染地区和首要污染行业。

等标负荷比的计算公式为：

Ki=Pi/P

Kn=Pn/P

式中，Ki为第i种污染物的等标负荷比；
Kn为第n个地区的等标负荷比；
Pi为污染源i排放或行业的总等标污染负荷；
Pn为某地区或行业所有污染源的总等标污染负荷；
P为总等标污染负荷。

最后，按照各污染物、各污染地区、各污染源以及污染行业的等标负荷比例大小进行排序和累计。当累计值为产生量65%或排放量85%时(按照现行环境统计调查制度的重点调查筛选的规模值的比例确定)，就可以确定出本地区(或流域)内的主要污染物、主要污染源和主要污染行业[13]。

1.2 评价方法

本研究中的数据来自2020年度福建省环境统计汇总数据，包括重点调查的工业企业各项废水污染物排放量。评价的内容主要是重点工业企业的地区特征、行业特征。环境统计的排放量指的是排放源排入到外环境中的污染物的量，本文中化学需氧量、氨氮、总磷、总氮参考GB3838—2002《地表水环境质量标准》中的Ⅲ级评价标准[14]，采用地表水环境质量标准作为评价的尺度可以反映某个污染源或污染物指标对区域或行业的污染贡献程度。因此作为等标负荷法公式的参数进行核算，较为合理。利用ArcGIS绘制空间特征分布图，对数据进行归一化处理后，运用SPSS和OriginPro绘制有关热图和谱系图。

2.1 污染物分析

从2020年福建省主要工业废水污染物等标污染负荷结果来看(见表1)，福建省2020年重点工业企业排放的废水主要污染物等标污染负荷排序为总氮>化学需氧量>总磷>氨氮。其中，总氮的等标污染负荷最大，负荷比达到56.6%，其次为化学需氧量，二者累积负荷比达72.5%。由此可以判断，福建省工业废水污染的首要污染物为总氮。

表1 福建省主要工业废水污染物等标污染负荷Table 1 Equal standard pollution load of major industrial wastewater pollutants in Fujian Province

2.2 区域特征分析

福建省重点工业企业废水污染物排放的地区特征主要是以福建省“九市一区”的行政分布进行分析。2020年福建省工业废水四种主要污染物在地区的分布特征如表2和图1所示。福建省工业废水污染物等标污染负荷主要集中在漳州市、泉州市、南平市、福州市、莆田市这5个城市，其累计负荷比达77.2%，而厦门市、三明市、宁德市、龙岩市、平潭综合实验区的等标污染负荷较小。漳州市废水污染负荷最大，占福建省的19.3%，其次是泉州市，占比18.7%。由此得知，全省工业源废水污染的首要地区是漳州市，是防治的重点地区。

图1 福建省工业废水主要污染物等标污染负荷地区分布特征Figure 1 Regional distribution characteristics of Equal standard pollution loads of major pollutants in industrial wastewater in Fujian Province

表2 福建省各地区重点工业污染源废水污染物等标污染负荷Table 2 Equal standard pollution load of wastewater pollutants from major industrial pollution sources in various regions of Fujian Province

从各地区工业废水的各污染物等标污染负荷来看，福建省化学需氧量的排放主要集中在漳州市、泉州市、莆田市和三明市，其累计负荷比达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，其累计负荷比达76.6%；
总氮的排放主要集中在泉州市、福州市、漳州市和南平市，其累计负荷比达69.7%;总磷的排放主要集中在南平市、漳州市、莆田市和宁德市，其累计负荷比达74.4%。这四种污染物的重点贡献地区都有漳州市。

而从单位产值等标污染负荷的计算结果来看，地区的污染负荷排序发生了一定变化，单位产值等标污染负荷排在前5位的是平潭综合实验区、南平市、莆田市、泉州市和漳州市这5个城市。其中平潭综合实验区和莆田市变化最为明显,平潭综合实验区因工业产值较低，由第十位上升为第一位；
南平市等标污染负荷由第三位上升到第二位；
莆田市的等标污染负荷由第五位上升至第三位。主要是其单位产值等标负荷较高，这就反映出这三个地区的污染治理相对于工业生产效率的水平低，单位污染强度大，应加大对这些地区的环境污染的治理管控。

2.3 行业特征分析

2020年福建省各行业重点工业污染源废水污染物等标污染负荷如表3所示。农副食品加工业、纺织业、食品制造业、化学原料和化学制品制造业、造纸和纸制品业以及计算机、通信和其他电子设备制造业是福建省工业废水污染物排放的主体，这六个行业的累计负荷比占74.5%，其中农副食品加工业占22.6%。因此，福建省工业源废水污染等标污染负荷的首要行业是农副食品加工业。化学需氧量排放的重点行业首先是纺织业，其次是造纸和纸制品业以及农副食品加工业，三者累计负荷比达52.8%。氨氮排放的重点行业首先是农副食品加工业，其次是纺织业以及食品制造业，三者累计负荷比达61.6%。总氮排放的重点行业首先是纺织业，其次是农副食品加工业以及化学原料和化学制品制造业，三者累计负荷比达47.2%。总磷排放的重点行业首先是农副食品加工业，其次是食品制造业以及纺织业，三者累计负荷比达74.7%。化学需氧量和总氮的首要贡献行业都是纺织业，而氨氮和总磷的首要贡献行业都是农副食品加工业。因此这两大行业是可作为后续废水污染治理的主要行业。

表3 福建省各行业重点工业污染源废水污染物等标污染负荷Table 3 Equal standard pollution load of wastewater pollutants from major industrial pollution sources in various industries in Fujian Province

单位产值等标污染负荷排在前5位的是水务、食品制造业、纺织业、黑色金属矿采选业以及农副食品加工业，累计负荷比达59.1%。其中水的生产和供应业、黑色金属矿采选业废水污染等标负荷与工业产值不呈线性正相关关系，从而使单位的等标负荷比强度大，行业的污染物排放特性突出。除了上述5大行业外，全省的造纸和纸制品业、化学原料和化学制品制造业、酒、饮料和精制茶制造业、医药制造业、有色金属矿采选业、非金属矿采选业、废弃资源综合利用业以及开采专业及辅助性活动，单位产值等标污染负荷也超过平均水平，单位产值废水污染物排放强度偏大。

近年来，热图被广泛应用于数据的深度分析与挖掘方法中，主要是基于大量的统计数据，以一种渐进的白红色带直观地将结果展现出来,由此可以看出数据的强弱和频率高低程度，以及研究对象所在的地区差异变化。本研究通过福建省各地区4项主要工业废水污染物等标污染负荷的归一化值，利用OriginPro及SPSS制作热图和聚类谱系图(图2和图3)。由图2可知，不同地区4项主要污染物等标污染负荷呈现出一定的区域分布特征。化学需氧量、氨氮和总氮颜色较深的区域相对集中在漳州市和泉州市，这两个地区是福建省纳入生态环境统计调查工业企业数量最多的城市，龙岩市和平潭综合实验区的颜色较浅，这两个地区分别是山区工业数较少和沿海旅游服务居多的城市，因此废水污染负荷相对较低。

图2 福建省各地区各废水污染物等标污染负荷热图Figure 2 Heat map of equal standard pollution load of various wastewater pollutants in various regions of Fujian Province

图3 福建省各地区各废水污染物等标污染负荷谱系图Figure 3 The equal standard pollution load spectrum of various wastewater pollutants in various regions of Fujian Province

南平市排放的总磷在福建省是最高的。南平市的农副食品加工业发达，福建圣农集团旗下的肉类加工厂，所产生的总磷排放负荷位居全省前列，具有行业特殊性。

图3利用SPSS中聚类方法为组间联接法，并设置度量标准为欧式距离计算，得到谱系图结果显示：福建省10个地区可以按主要工业废水等标污染负荷强弱程度的相似性，分为3个类型：漳州市和泉州市的工业废水等标污染负荷程度较为严重；
南平市为总磷高的单项污染物突出类；
其他区域如福州市、莆田市、厦门市、三明市、宁德市、龙岩市和平潭综合实验区为污染中等区，因为这些区域的工业产业较均衡，废水污染物等标负荷相近。

4.1 福建省工业主要废水污染排放量特征

2020年福建省工业废水主要污染物等标污染负荷比，总氮为3 385.8×106m3/a，化学需氧量为949.0×106m3/a，总磷为899.3×106m3/a，氨氮为745.2×106m3/a，其中总氮的等标污染负荷比最大，负荷比达到56.6%。结合行业等标污染负荷来看，前三位的是农副食品加工业1 351.0×106m3/a，纺织业1 087.1×106m3/a，造纸和纸制品业481.7×106m3/a，其中农副食品加工业的占比最大，达22.6%。从地区来看，前三位的地区是漳州市1 153.6×106m3/a、泉州市1 118.0×106m3/a和南平市921.6×106m3/a，其中漳州市废水污染负荷最大，占福建省的19.3%。可以看出各地区的工业废水主要污染物有差距，说明是福建省各地工业产业发展状况有较大差异。

4.2 等标污染负荷的聚类分析特征

聚类分析作为统计数据的一种常规分析方法，其主要是根据掌握的基础数据的特征，对研究对象中相近的数据进行归类。通过对以上的等标污染负荷估算结果进行聚类分析，对有针对性的地区进行环境管理和规划。福建省10个地区可划分为三个类型，程度较重地区、单项污染物突出类和中等地区，程度较重地区的等标污染负荷特征是工业企业多，如沿海7座城市调查的工业企业数为3 965家，占全省的比75.5%，山区的3座城市调查数为1 290家，占比24.5%，沿海的数量是山区的三倍多；
从单个城市看，沿海的泉州市的数量是1 332家，比山区城市数量最多的三明市460家，高出近三倍；
污染重的沿海发达区域，单项污染突出类似福建省山区的部分农业产业发展集中区域，中等地区的特点是工业产业较均衡，废水污染物等标负荷相近。从以上可得知福建省的污染治理应从污染物种类、地区和行业等深入精准的进行管理或治理，达到水环境乃至整体生态的全面提高。

(1)2020年福建省工业主要废水污染物中首要的污染物是总氮，需列为重点污染物进行治理。

(2)2020年福建省工业废水污染物等标污染负荷主要分布在漳州市、泉州市、南平市、福州市、莆田市这5个地区，其中漳州市和泉州市的等标污染负荷和单位产值等标污染负荷都位居全省前列，反映其排放强度大。

(3)对比2020年福建省各行业工业废水污染物等标污染负荷，其中较大的行业是纺织业、造纸和纸制品业、农副食品加工业、化学原料和化学制品制造业、食品制造业以及计算机、通信和其他电子设备制造业，其中福建省工业源废水污染等标污染负荷的首要行业是农副食品加工业。分污染物来看，化学需氧量和总氮的首要贡献行业都是纺织业，而氨氮和总磷的首要贡献行业都是农副食品加工业。

(4)2020年福建省单位产值等标污染负荷较大的行业是水的生产和供应业、食品制造业、纺织业、黑色金属矿采选业以及农副食品加工业。

(5)福建省地市可根据主要工业废水污染物等标污染负荷分为三类：第一类为污染程度较重地区——漳州市、泉州市；
第二类为单项污染突出地区——南平市；
第三类为污染中等地区——福州市、莆田市、厦门市、三明市、宁德市、龙岩市和平潭综合实验区。

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