造纸废水排放对海洋生态环境和渔业资源的影响

赵俊杰，周 斌，沈新强

（1.交通运输部天津水运工程科学研究所水路交通环境保护技术交通行业重点实验室，天津300456；2.中国水产科学研究院东海水产研究所，上海200090）

20世纪至今，废水海洋处置已广泛为美、英、法、香港、台湾等国家和地区滨海城市所采用，国内上海已建成竹园、白龙港、星火、奉浦废水外排系统和正在规划建设中的金山尾水外排系统工程。排放时废水中含有的COD、BOD5及氨氮等污染指标将会随着水流的扩散对一定范围海域内的生态和渔业环境产生负面影响。如何较准确地定量计算受影响区域的生态环境和渔业资源的损失成为目前国内研究的一个难题和重点，本文以南通污水排海工程为例，通过造纸废水中特征污染物AOX指标对水生生物短期对比试验研究成果并结合数模给出的混合区面积，计算出废水排放造成混合区内海洋生态和渔业资源的年直接损失，同时提出对废水长期影响范围区的控制管理，可为其他同类型项目提供技术参考。

1 工程概述

南通市工业达标尾水排海工程项目为王子造纸项目的尾水深海排放服务，主要处理高档纸生产线和阔叶化学浆生产线所排放废水，废水经絮凝沉淀和纯氧曝气活性污泥达标处理后排放入海，设计排放能力15万t/d，污染物排放浓度分别为 COD：96 mg/L，BOD5：50 mg/L，SS：70 mg/L，AOX（可吸附有机卤化物）：2.6 mg/L。

2 研究方法

对废水特性的研究方法基本可以分为两类，一类是理化方法，另一类是生物学方法，包括生态方法，毒理学方法。而水生生物毒性试验是水毒理学的一个重要组成部分，用此方法直接测定废水的毒性，是研究水体污染的一种重要手段，同时也为确定废水的安全排放浓度提供科学根据［1］。

2.1 安全浓度推定方法

在化学物质单质毒性研究中，除半致死浓度（LC50）、最高无影响浓度（NOEC）等效应指标外，还通常给出“安全浓度”，对于含有污染物质的废水的安全浓度，通常可由全废水的毒性效应指标来推定。对单质难降解化学物质，其处理方法是用最敏感物种的LC50值乘以系数0.001。

图1 排海口位置图Fig.1 Outfall location

对于废水整体毒性数据的安全浓度推定，各个国家采用的方法不尽相同。美国EPA采用的是毒性单位（Toxicity Unit，TU）方法，用TU乘以一个统计系数来推定安全浓度，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种方式，前者是从受试生物急性致死保护角度提出急性致死安全浓度，1.0 TUc是对最敏感物种慢性毒性指标NOEC而言，提出废水长期的安全浓度，1.0 TUc方法通常需要慢性毒性试验的等比稀释试验数据，并采用统计方法推定［2-4］。

加拿大、澳大利亚、新西兰和美国的一些州，通常采用敏感生物急性毒性数据乘以一个系数作为安全浓度，把废水中污染物划分为两类：非持久性污染物（即可降解）和持久性污染物（难以降解或不可降解）。对非持久性污染物乘以0.05，对持久性污染物乘以0.01［5-6］。

2.2 本文采用的安全浓度推定方法

根据造纸废水对水生生物短期对比试验，得到了不同受试生物的半致死浓度（LC50）数据。参照USEPA的方法推定急性致死安全浓度，慢性长期安全浓度推定采用加拿大、澳大利亚的系数法，视造纸废水中AOX为持久性污染物，推定系数取0.01。其中轮虫、大型溞采用24 h的LC50数据，其余生物采用96 h的数据。LC50数据乘以0.3得到排海废水在短时间内不导致水生生物急性致死的安全浓度，乘以0.01为慢性长期安全浓度，为对排海废水在海区的稀释扩散进行分级管理，乘以0.02作为长期安全概率不低于50%的浓度（表1）。结果表明：达标废水急、慢性致死安全浓度最高的受试生物类型为黑鲷卵，其LC50为0.345 mg/L（以AOX浓度表示），急性安全浓度为0.104 mg/L，水生生物在该浓度包络范围内具有发生急性死亡的概率（96 h内）；慢性安全浓度为0.003 45 mg/L，水生生物在0.003 45 mg/L（AOX浓度增量）的包络区域外不会受到排海水的影响，长期安全概率不低于50%的浓度值为0.006 9 mg/L，水生生物在该浓度包络范围内受到影响的概率超过50%。

表1 废水急性致死安全浓度及慢性长期安全浓度（以AOX表示）Tab.1 Effluent acute and chronic lethal concentrations of long-term safety concentrations（expressed in AOX）mg/L

3 海域环境现状

中国水产科学研究院东海水产研究所2008年6月在工程海域的现状调查结果显示，调查海域平均水深7 m，浮游植物生物量平均值为42.33×104ind/m3，浮游动物生物量平均值为143 mg/m3，鱼卵平均分布密度为3.00个/m3，仔鱼平均分布密度为0.87尾/m3，现存鱼类幼体平均密度26.376 5万尾/km2，虾类幼体平均密度1.756 7万尾/km2，蟹类幼体平均密度0.736 0万尾/km2。

4 排海废水对海洋生态和渔业的影响

数模计算了15万t/d排放量条件下废水不同AOX浓度增量的稀释扩散废水最大包络面积（表2）。

表2 不同浓度增量情况下AOX包络面积Tab.2 Envelope area of AOX in different concentration increment

由上述分析可知，黑鲷卵长期安全概率不低于50%的AOX安全浓度为0.006 9 mg/L，对应的AOX浓度增量为0.006 9 mg/L对应的包络面积为0.12 km2，在此面积范围外，水生生态和渔业生物受到废水长期排放影响的概率通常低于50%，AOX浓度增量为0.003 45 mg/L对应的包络面积为1.55 km2，在此面积范围以外，水生生态和渔业生物受到废水长期排放影响的概率极低，即水生生物和渔业生物不会受到渔业生物的影响。

4.1 运营期排海废水对海洋生态和渔业资源的直接影响

直接影响主要考虑因废水排放造成的浮游生物、鱼卵、仔鱼、幼鱼和水产养殖的损失。从造纸废水的特性和对生物的长期安全考虑，运营期排海废水对海洋生态和渔业的直接影响选择黑鲷卵长期安全概率不低于50%的AOX安全浓度为0.006 9 mg/L时影响范围0.12 km2进行评价（即混合区［7］）。

一般认为超《海水水质标准》四类海域认定为重污染影响区，该影响区内生物死亡率在50%～100%，超《海水水质标准》二、三类认定为中污染影响区，在中度污染影响区生物死亡率在10%～50%［8］。本文视该区域内水质超过二类海水水质标准，属中度污染影响区。

在混合区范围内，成鱼可以回避，但浮游生物、鱼卵、仔鱼、幼鱼回避能力差，会因曝露于较高风险的废水稀释扩散区而受到不同程度损害。其中，进入混合区内的浮游生物、鱼卵和仔鱼最高损失率为25%，幼鱼最高受损率为10%。

4.1.1 对海洋生态的影响

由废水的毒性效应分析，混合区内的饵料生物因废水的毒性而25%致死，根据调查水域浮游植物和浮游动物生物量现状值，废水排放将造成浮游植物日损失量为1.14×1011ind，浮游动物生物量日损失量为38.6 kg，由于废水是长年排放，浮游生物还会进入混合区，平均以每天受损为日损失量的10%估算，浮游植物年损失量为4.27×1012ind，浮游动物年损失量为1 444 kg。

4.1.2 对渔业资源的影响

污染物扩散对渔业资源的影响采用农业部发布的《建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程》（SC/T9110-2007）的 6.4.2节的评估方法［9］。

本方法适用于污染物（包括温排水和冷排水）扩散范围内对海洋生物资源的损害评估，分一次性损害和持续性损害。

一次性损害指污染物浓度增量区域存在时间少于15 d（不含15 d）；持续性损害指污染物浓度增量区域存在时间超过15 d（含15 d）。

（1）一次性平均受损量评估。某种污染物浓度增量超过GB 11607或GB 3097中II类标准值（GB 11607或GB 3097中未列入的污染物，其标准值按照毒性试验结果类推）对海洋生物资源损害，按式（1）计算

式中：Wi为第i种类生物资源一次性平均损失量，尾、个、kg；Dij为某一污染物第j类浓度增量区第i种类生物资源密度，尾/km2、个/km2、kg/km2；Sj为某一污染物第 j类浓度增量区面积，km2；Kij为某一污染物第 j类浓度增量区第i种类生物资源损失率，%；n为某一污染物浓度增量分区总数。

（2）持续性损害受损量评估。当污染物浓度增量区域存在时间超过15 d时，应计算生物资源的累计损害量。计算以年为单位的生物资源的累计损害量按式（2）计算

式中：Mi为第i种类生物资源累计损害量，尾、个、kg；Wi为第i种类生物资源一次平均损害量，尾、个、kg；T为污染物浓度增量影响的持续周期数（以年实际影响天数除以15），个。

本项目废水是长年排放，对渔业资源属持续性损害，按15 d为1个周期，以该区域鱼卵、仔鱼、幼鱼仅在夏半年出现来推算，应有12个周期，则年渔业资源损失数量为鱼卵：3.00个/m3×0.12 km2×7 m×25%×12=7.56×106个；仔鱼：0.87 尾/m3×0.12 km2×7 m×25%×12=2.19×106尾；幼体：（26.376 5+1.756 7+0.736 0）万尾/km2×0.12 km2×10%×12=4.16×104尾。

4.2 运营期排海废水对海洋生态、渔业资源的长期潜在影响

本排海工程处于重要的渔业水域，除在0.12 km2的混合区内对海洋生态、渔业资源造成直接影响外，还应考虑对0.12～0.84 km2长期影响范围区的控制管理。长期潜在影响区控制范围则考虑从废水排放角度开展分级分析。

（1）根据数模结果，AOX浓度增量0.104 mg/L的面积不超过0.01 km2，在该范围内，水生生物存在着急性致死的风险。

（2）在0.01～0.12 km2的范围内，一般不会造成水生生物急性致死，但从长期影响角度，水生生物的生长、繁育受到影响的概率大于50%。

（3）在0.12～0.84 km2的范围内，从长期影响角度，水生生物的生长、繁育受到影响的概率已大大降低，从100%的安全角度出发，该区域依旧存在一定的风险。

（4）在0.84 km2外，正常情况下，一般不会对水生生物的生长、繁育构成威胁。

5 结果与讨论

通过造纸废水中AOX指标对水生生物短期对比试验，确定废水急、慢性致死安全浓度最高的受试生物类型为黑鲷卵，并以黑鲷卵的废水长期安全概率不低于50%的浓度值0.006 9 mg/L的包络区域确定为污水排放的混合区，依据数模计算出的混合区面积0.12 km2，结合各种海洋生物的损失率，计算出造纸污水排海造成混合区范围内海洋生态和渔业资源直接损失，其中浮游植物年损失4.27×1012ind，浮游动物年损失1 444 kg，鱼卵年损失7.56×106个，仔鱼年损失2.19×106尾，鱼虾蟹幼体年损失4.16×104尾。此外，还应考虑对影响预测中0.12～0.84 km2长期影响范围区的控制管理，长期潜在影响区控制范围应考虑从废水排放角度开展分级分析，认为在0.84 km2外，造纸废水正常排海情况下，一般不会对水生生物的生长、繁育构成威胁。

本文可作为同类型排海项目定量计算受影响区域的生态环境和渔业资源的参考，同时提出的废水长期影响范围区的控制管理可为海洋主管部门对排海项目周边环境的长期监测与监控提供技术依据。下一步研究中可考虑增加其他污染指标（例如COD、氨氮、BOD5等）对水生生物的毒性研究，延伸到一般类工业废水深海排放项目中。

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［7］GB18486-2001，污水海洋处置工程污染控制标准［S］.

［8］沈新强，张淳良，蒋玫.非急性水污染对渔业影响的定量估算方法的探讨［J］.水产学报，2001，25（3）：283-285.SHENG X Q，ZHANG C L，JIANG M.Approaching of quantitative estimation of the effect of non-acute water pollution on fishery［J］.Journal of Fisheries of China，2001，25（3）：283-285.

［9］SC/T9110-2007，建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程［S］.