趙俊杰，周 斌，沈新強

（1.交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所水路交通環(huán)境保護技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，天津300456；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，上海200090）

20世紀至今，廢水海洋處置已廣泛為美、英、法、香港、臺灣等國家和地區(qū)濱海城市所采用，國內(nèi)上海已建成竹園、白龍港、星火、奉浦廢水外排系統(tǒng)和正在規(guī)劃建設(shè)中的金山尾水外排系統(tǒng)工程。排放時廢水中含有的COD、BOD5及氨氮等污染指標將會隨著水流的擴散對一定范圍海域內(nèi)的生態(tài)和漁業(yè)環(huán)境產(chǎn)生負面影響。如何較準確地定量計算受影響區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源的損失成為目前國內(nèi)研究的一個難題和重點，本文以南通污水排海工程為例，通過造紙廢水中特征污染物AOX指標對水生生物短期對比試驗研究成果并結(jié)合數(shù)模給出的混合區(qū)面積，計算出廢水排放造成混合區(qū)內(nèi)海洋生態(tài)和漁業(yè)資源的年直接損失，同時提出對廢水長期影響范圍區(qū)的控制管理，可為其他同類型項目提供技術(shù)參考。

1 工程概述

南通市工業(yè)達標尾水排海工程項目為王子造紙項目的尾水深海排放服務(wù)，主要處理高檔紙生產(chǎn)線和闊葉化學(xué)漿生產(chǎn)線所排放廢水，廢水經(jīng)絮凝沉淀和純氧曝氣活性污泥達標處理后排放入海，設(shè)計排放能力15萬t/d，污染物排放濃度分別為 COD：96 mg/L，BOD5：50 mg/L，SS：70 mg/L，AOX（可吸附有機鹵化物）：2.6 mg/L。

2 研究方法

對廢水特性的研究方法基本可以分為兩類，一類是理化方法，另一類是生物學(xué)方法，包括生態(tài)方法，毒理學(xué)方法。而水生生物毒性試驗是水毒理學(xué)的一個重要組成部分，用此方法直接測定廢水的毒性，是研究水體污染的一種重要手段，同時也為確定廢水的安全排放濃度提供科學(xué)根據(jù)［1］。

2.1 安全濃度推定方法

在化學(xué)物質(zhì)單質(zhì)毒性研究中，除半致死濃度（LC50）、最高無影響濃度（NOEC）等效應(yīng)指標外，還通常給出“安全濃度”，對于含有污染物質(zhì)的廢水的安全濃度，通常可由全廢水的毒性效應(yīng)指標來推定。對單質(zhì)難降解化學(xué)物質(zhì)，其處理方法是用最敏感物種的LC50值乘以系數(shù)0.001。

圖1 排?？谖恢脠DFig.1 Outfall location

對于廢水整體毒性數(shù)據(jù)的安全濃度推定，各個國家采用的方法不盡相同。美國EPA采用的是毒性單位（Toxicity Unit，TU）方法，用TU乘以一個統(tǒng)計系數(shù)來推定安全濃度，通常有0.3 TUa（a表示acute，急性毒性）和1.0 TUc（c表示chronic，慢性毒性）2種方式，前者是從受試生物急性致死保護角度提出急性致死安全濃度，1.0 TUc是對最敏感物種慢性毒性指標NOEC而言，提出廢水長期的安全濃度，1.0 TUc方法通常需要慢性毒性試驗的等比稀釋試驗數(shù)據(jù)，并采用統(tǒng)計方法推定［2-4］。

加拿大、澳大利亞、新西蘭和美國的一些州，通常采用敏感生物急性毒性數(shù)據(jù)乘以一個系數(shù)作為安全濃度，把廢水中污染物劃分為兩類：非持久性污染物（即可降解）和持久性污染物（難以降解或不可降解）。對非持久性污染物乘以0.05，對持久性污染物乘以0.01［5-6］。

2.2 本文采用的安全濃度推定方法

根據(jù)造紙廢水對水生生物短期對比試驗，得到了不同受試生物的半致死濃度（LC50）數(shù)據(jù)。參照USEPA的方法推定急性致死安全濃度，慢性長期安全濃度推定采用加拿大、澳大利亞的系數(shù)法，視造紙廢水中AOX為持久性污染物，推定系數(shù)取0.01。其中輪蟲、大型溞采用24 h的LC50數(shù)據(jù)，其余生物采用96 h的數(shù)據(jù)。LC50數(shù)據(jù)乘以0.3得到排海廢水在短時間內(nèi)不導(dǎo)致水生生物急性致死的安全濃度，乘以0.01為慢性長期安全濃度，為對排海廢水在海區(qū)的稀釋擴散進行分級管理，乘以0.02作為長期安全概率不低于50%的濃度（表1）。結(jié)果表明：達標廢水急、慢性致死安全濃度最高的受試生物類型為黑鯛卵，其LC50為0.345 mg/L（以AOX濃度表示），急性安全濃度為0.104 mg/L，水生生物在該濃度包絡(luò)范圍內(nèi)具有發(fā)生急性死亡的概率（96 h內(nèi)）；慢性安全濃度為0.003 45 mg/L，水生生物在0.003 45 mg/L（AOX濃度增量）的包絡(luò)區(qū)域外不會受到排海水的影響，長期安全概率不低于50%的濃度值為0.006 9 mg/L，水生生物在該濃度包絡(luò)范圍內(nèi)受到影響的概率超過50%。

表1 廢水急性致死安全濃度及慢性長期安全濃度（以AOX表示）Tab.1 Effluent acute and chronic lethal concentrations of long-term safety concentrations（expressed in AOX）mg/L

3 海域環(huán)境現(xiàn)狀

中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所2008年6月在工程海域的現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果顯示，調(diào)查海域平均水深7 m，浮游植物生物量平均值為42.33×104ind/m3，浮游動物生物量平均值為143 mg/m3，魚卵平均分布密度為3.00個/m3，仔魚平均分布密度為0.87尾/m3，現(xiàn)存魚類幼體平均密度26.376 5萬尾/km2，蝦類幼體平均密度1.756 7萬尾/km2，蟹類幼體平均密度0.736 0萬尾/km2。

4 排海廢水對海洋生態(tài)和漁業(yè)的影響

數(shù)模計算了15萬t/d排放量條件下廢水不同AOX濃度增量的稀釋擴散廢水最大包絡(luò)面積（表2）。

表2 不同濃度增量情況下AOX包絡(luò)面積Tab.2 Envelope area of AOX in different concentration increment

由上述分析可知，黑鯛卵長期安全概率不低于50%的AOX安全濃度為0.006 9 mg/L，對應(yīng)的AOX濃度增量為0.006 9 mg/L對應(yīng)的包絡(luò)面積為0.12 km2，在此面積范圍外，水生生態(tài)和漁業(yè)生物受到廢水長期排放影響的概率通常低于50%，AOX濃度增量為0.003 45 mg/L對應(yīng)的包絡(luò)面積為1.55 km2，在此面積范圍以外，水生生態(tài)和漁業(yè)生物受到廢水長期排放影響的概率極低，即水生生物和漁業(yè)生物不會受到漁業(yè)生物的影響。

4.1 運營期排海廢水對海洋生態(tài)和漁業(yè)資源的直接影響

直接影響主要考慮因廢水排放造成的浮游生物、魚卵、仔魚、幼魚和水產(chǎn)養(yǎng)殖的損失。從造紙廢水的特性和對生物的長期安全考慮，運營期排海廢水對海洋生態(tài)和漁業(yè)的直接影響選擇黑鯛卵長期安全概率不低于50%的AOX安全濃度為0.006 9 mg/L時影響范圍0.12 km2進行評價（即混合區(qū)［7］）。

一般認為超《海水水質(zhì)標準》四類海域認定為重污染影響區(qū)，該影響區(qū)內(nèi)生物死亡率在50%～100%，超《海水水質(zhì)標準》二、三類認定為中污染影響區(qū)，在中度污染影響區(qū)生物死亡率在10%～50%［8］。本文視該區(qū)域內(nèi)水質(zhì)超過二類海水水質(zhì)標準，屬中度污染影響區(qū)。

在混合區(qū)范圍內(nèi)，成魚可以回避，但浮游生物、魚卵、仔魚、幼魚回避能力差，會因曝露于較高風險的廢水稀釋擴散區(qū)而受到不同程度損害。其中，進入混合區(qū)內(nèi)的浮游生物、魚卵和仔魚最高損失率為25%，幼魚最高受損率為10%。

4.1.1 對海洋生態(tài)的影響

由廢水的毒性效應(yīng)分析，混合區(qū)內(nèi)的餌料生物因廢水的毒性而25%致死，根據(jù)調(diào)查水域浮游植物和浮游動物生物量現(xiàn)狀值，廢水排放將造成浮游植物日損失量為1.14×1011ind，浮游動物生物量日損失量為38.6 kg，由于廢水是長年排放，浮游生物還會進入混合區(qū)，平均以每天受損為日損失量的10%估算，浮游植物年損失量為4.27×1012ind，浮游動物年損失量為1 444 kg。

4.1.2 對漁業(yè)資源的影響

污染物擴散對漁業(yè)資源的影響采用農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《建設(shè)項目對海洋生物資源影響評價技術(shù)規(guī)程》（SC/T9110-2007）的 6.4.2節(jié)的評估方法［9］。

本方法適用于污染物（包括溫排水和冷排水）擴散范圍內(nèi)對海洋生物資源的損害評估，分一次性損害和持續(xù)性損害。

一次性損害指污染物濃度增量區(qū)域存在時間少于15 d（不含15 d）；持續(xù)性損害指污染物濃度增量區(qū)域存在時間超過15 d（含15 d）。

（1）一次性平均受損量評估。某種污染物濃度增量超過GB 11607或GB 3097中II類標準值（GB 11607或GB 3097中未列入的污染物，其標準值按照毒性試驗結(jié)果類推）對海洋生物資源損害，按式（1）計算

式中：Wi為第i種類生物資源一次性平均損失量，尾、個、kg；Dij為某一污染物第j類濃度增量區(qū)第i種類生物資源密度，尾/km2、個/km2、kg/km2；Sj為某一污染物第 j類濃度增量區(qū)面積，km2；Kij為某一污染物第 j類濃度增量區(qū)第i種類生物資源損失率，%；n為某一污染物濃度增量分區(qū)總數(shù)。

（2）持續(xù)性損害受損量評估。當污染物濃度增量區(qū)域存在時間超過15 d時，應(yīng)計算生物資源的累計損害量。計算以年為單位的生物資源的累計損害量按式（2）計算

式中：Mi為第i種類生物資源累計損害量，尾、個、kg；Wi為第i種類生物資源一次平均損害量，尾、個、kg；T為污染物濃度增量影響的持續(xù)周期數(shù)（以年實際影響天數(shù)除以15），個。

本項目廢水是長年排放，對漁業(yè)資源屬持續(xù)性損害，按15 d為1個周期，以該區(qū)域魚卵、仔魚、幼魚僅在夏半年出現(xiàn)來推算，應(yīng)有12個周期，則年漁業(yè)資源損失數(shù)量為魚卵：3.00個/m3×0.12 km2×7 m×25%×12=7.56×106個；仔魚：0.87 尾/m3×0.12 km2×7 m×25%×12=2.19×106尾；幼體：（26.376 5+1.756 7+0.736 0）萬尾/km2×0.12 km2×10%×12=4.16×104尾。

4.2 運營期排海廢水對海洋生態(tài)、漁業(yè)資源的長期潛在影響

本排海工程處于重要的漁業(yè)水域，除在0.12 km2的混合區(qū)內(nèi)對海洋生態(tài)、漁業(yè)資源造成直接影響外，還應(yīng)考慮對0.12～0.84 km2長期影響范圍區(qū)的控制管理。長期潛在影響區(qū)控制范圍則考慮從廢水排放角度開展分級分析。

（1）根據(jù)數(shù)模結(jié)果，AOX濃度增量0.104 mg/L的面積不超過0.01 km2，在該范圍內(nèi)，水生生物存在著急性致死的風險。

（2）在0.01～0.12 km2的范圍內(nèi)，一般不會造成水生生物急性致死，但從長期影響角度，水生生物的生長、繁育受到影響的概率大于50%。

（3）在0.12～0.84 km2的范圍內(nèi)，從長期影響角度，水生生物的生長、繁育受到影響的概率已大大降低，從100%的安全角度出發(fā)，該區(qū)域依舊存在一定的風險。

（4）在0.84 km2外，正常情況下，一般不會對水生生物的生長、繁育構(gòu)成威脅。

5 結(jié)果與討論

通過造紙廢水中AOX指標對水生生物短期對比試驗，確定廢水急、慢性致死安全濃度最高的受試生物類型為黑鯛卵，并以黑鯛卵的廢水長期安全概率不低于50%的濃度值0.006 9 mg/L的包絡(luò)區(qū)域確定為污水排放的混合區(qū)，依據(jù)數(shù)模計算出的混合區(qū)面積0.12 km2，結(jié)合各種海洋生物的損失率，計算出造紙污水排海造成混合區(qū)范圍內(nèi)海洋生態(tài)和漁業(yè)資源直接損失，其中浮游植物年損失4.27×1012ind，浮游動物年損失1 444 kg，魚卵年損失7.56×106個，仔魚年損失2.19×106尾，魚蝦蟹幼體年損失4.16×104尾。此外，還應(yīng)考慮對影響預(yù)測中0.12～0.84 km2長期影響范圍區(qū)的控制管理，長期潛在影響區(qū)控制范圍應(yīng)考慮從廢水排放角度開展分級分析，認為在0.84 km2外，造紙廢水正常排海情況下，一般不會對水生生物的生長、繁育構(gòu)成威脅。

本文可作為同類型排海項目定量計算受影響區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源的參考，同時提出的廢水長期影響范圍區(qū)的控制管理可為海洋主管部門對排海項目周邊環(huán)境的長期監(jiān)測與監(jiān)控提供技術(shù)依據(jù)。下一步研究中可考慮增加其他污染指標（例如COD、氨氮、BOD5等）對水生生物的毒性研究，延伸到一般類工業(yè)廢水深海排放項目中。

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［9］SC/T9110-2007，建設(shè)項目對海洋生物資源影響評價技術(shù)規(guī)程［S］.