面源污染,也称非点源污染,主要指大气、地表和土壤中非特定地点不确定数量的污染物在不确定的时间进入江河、湖泊、水库等所引起的水体污染[1]。最早关注面源治理的是美国,美国于1972年将面源治理的相关内容写入到《清洁水法》中,提出了最佳管理措施(Best Management Practices,BMPs),并对概念进行了定义和解释,同时提出了多个实用模型,用来估测措施的实施效果[2]。国内外关于BMPs的研究多集中于BMPs方案设计及评估择优,而对于多个BMPs的优化集成研究较少。除采用模型的方法进行情景分析,国内也有学者采用层次分析法对减排方案进行优化和选择[3]。就目前研究现状来看,我国措施的优化方法案例较少,而且多关注技术层面,从环境、经济和社会效益等方面对面源污染减排方案进行优选和效果评估,将是今后的研究方向。国内外关于减排潜力的评估大多采用模型模拟的方法,通过设定不同情境来分析计算,或者基于现状减排条件来计算排放量,采用对措施进行优化集成后评估减排潜力的研究较少。本研究以常州市为案例分析面源污染的减排潜力,对减排工程方案进行优化研究,并进行实证分析,计算应用最优减排措施的削减量和投资成本。传统优化方法有灵敏度分析法、遗传算法等,这些优化算法过程复杂繁琐,寻优结果受主观影响大。本文采用能同时进行定量和定性分析的层次分析法对减排方案进行多目标优化,从量的层面对减排方案进行效益评估,并对各个方案从技术可行性、经济合理性以及可操作性三方面进行综合评价,以期为农业非点源污染的控源减排工作提供参考。

1 研究区概况

常州位于江苏省南部的太湖流域水网平原,是长江三角洲中心地带,常州四季分明、雨量充沛、日照丰富,为农业生产提供了优越的自然条件[4]:全市水资源丰富,水面约占土地总面积的1/5,水资源总量为16.3亿m3,其中可利用养殖水面面积约3.3万hm2;常州市耕地面积广阔,种植类型以水稻-小麦轮作为主,面积4 257 hm2,旱地种植面积较小,约346 hm2,农民大量施用化肥和农药,造成大量氮素和磷素进入水体,加速了流域水体的污染和富营养化。常州市畜禽养殖业规模较大,养殖污染物的排放是影响水质的一项重要污染来源。此外,常州市水产养殖业发达,以池塘养殖为主,养殖中投放过量饵料,加之鱼药的使用、水生动植物残体分解等均对水体产生污染,养殖户在换水时,直接将污水排入就近河道,影响水质,造成养殖区附近水域的污染。一些农户家庭经济条件差,又保留传统的生活习惯,肆意排放生活污水,将污水直接倒在农田边或者附近的水渠里,这些污水经过沟渠或者汇集到水体里引起污染。

2 常州面源污染减排措施优化集成

2.1 减排措施决策指标

按照预防和源头控制、迁移控制和末端治理3大类,整理了常州市面源污染适用控制技术。其中种植业污染控制技术主要有13种[5-10],畜禽养殖业污染控制技术主要有17种[11-15],水产养殖业污染控制技术主要有16种[16-21],农村生活污染控制技术主要有 13种[22-23]。

从以上控制技术里挑选工程措施为对象进行方案比选,主要是因为工程措施有比较完整的污染物削减率指标和成本指标,能够比较直观的得到环境效益和经济成本,从而兼顾环境效益和经济成本,进行费用效益分析,选取总氮、氨氮、总磷和COD的削减率以及建设成本和运行成本作为评价指标,整理各项措施的污染物削减率和经济指标值,具体值见表1至表4。

 

表1 畜禽养殖污染减排措施决策指标值Tab.1 Decision-making index values of emission reduction measures for livestock and poultry breeding pollution

  

方案 处理技术污染物削减率(%)总氮总磷氨氮COD建设成本/(元·m-2)运行成本/(元·t-1)C1 土地渗滤处理系统 90 99 94 95 3 300 4.07 C2厌氧水解池/组合式人工湿地处理工艺76 77 81 64 5 983 0.13 C3 组合式稳定塘处理工艺 94 90 93 99 3 960 0.99 C4厌氧发酵/生物膜法/人工湿地组合处理工艺79 86 89 97 3 297 1.27

 

表2 农田种植污染减排措施决策指标值T ab.2 Decision-making index values of emission reduction measures for farmland planting pollution

  

方案 处理技术污染物削减率(%)总氮总磷氨氮COD建设成本/(元·m-2)运行成本/(元·t-1)D1 生态拦截沟渠 42 50 45 47 151 0.07 D2人工强化生物滤床 50 50 77 47 395 1.31 D3水生植物-菌藻-生物膜复合生态系统82 93 91 76 451 0.53 D4 生态浮床-湿地组合系统 54 74 56 62 255 0.49

 

表3 水产养殖污染减排措施决策指标值Tab.3 Decision-making index values of emission measures for aquaculture pollution

  

方案 处理技术污染物削减率(%)总氮总磷氨氮COD建设成本/(元·m-2)运行成本/(元·t-1)E1 多级土壤渗滤系统 41 68 43 80 4 780 0.20 E2 人工湿地 49 76 45 75 3 346 0.30 E3序批式生物膜法 76 90 85 91 7 550 0.88 E4 沼气池/生态塘处理工艺 77 82 62 70 5 000 2.20

 

表4 村生活污染减排措施决策指标值Tab.4 Decision-making index values of emission reduction measures for rural domestic pollution

  

方案 处理技术污染物削减率(%)总氮总磷氨氮COD建设成本/(元·m-2)运行成本/(元·t-1)F1 塔式生态滤池-人工湿地系统 85 95 85 80 3 000 0.25 F2 复合塘-生态系统组合净化技术 87 90 90 75 2 500 0.15 F3 户用生态滤池 90 90 84 92 1 800 0.11 F4生物接触氧化-生态沟渠 80 65 80 84 2 000 0.20

2.2 层次分析法优选模型构建

2.2.1 层次结构模型的建立

（25）今宜再顯：昊天宜命，太玄悖與。（《太上說玄天大聖真武本傳神呪妙經註》卷三，《中华道藏》30/554）

本研究通过将接受过RP手术的患者，根据术后5年不同的生存预后状态分成生存组与死亡组，对可能与预后有影响的因素进行组间比较，发现CCI、年龄、临床分期、病理分级等4项指标存在统计学差异，提示CCI越高，年龄越大，临床分期越晚，病理分级越高对术后预后不利。进一步将CCI、年龄、临床分期、病理分级等4项指标结合起来评价RP术后患者的预后，发现经过Logistic方程回归的ROC曲线AUC值提升至0.814(0.730-0.898)，均大于单独使用CCI、年龄、临床分期、病理分级的ROC曲线的AUC值，能显著提高对RP术后预后预测的准确性。

  

图1 减排措施优选层次结构模型Fig.1 The optimal hierarchical model of emission reduction measures

2.2.2 构造判断矩阵并计算权重

建立层次结构模型后,需要对每一层次中的因素进行两两比较[27]。

根据常州市面源污染治理情况以及现有文献中相关工程措施的信息完整性[24-26],本文从环境效益和经济成本两方面选择评价指标。其中,以总氮削减率、总磷削减率、氨氮削减率和化学需氧量削减率作为环境效益指标,以建设成本和运行成本作为经济成本指标。所构建的评价指标体系见图1。

(3)计算一致性比例CR。

On october 22nd, the well-known australian wine brand: Penfolds launched its new vintage collection which is the Collection Series by Glansch in Happo-en, Tokyo, Japan.

根据常州市面源污染现状和减排目标,综合分析准则层各评价指标,采取专家打分法对准则层各影响因素的重要性进行评判,构造判断矩阵A。其中,本文设定面源污染控制技术方案的多目标决策是从n个方案中选出最优者,准则层由6个评价指标组成,记为ai(i=1,2,…,6),分别代表总氮、总磷、氨氮和COD削减率、建设成本、运行成本

 

(2)构造准则层每个评价因子对方案层的判断矩阵 B-C。

 

(3)几何平均法(方根法)计算权重[28]。

1.初始化。设置迭代次数t=1；初始化蝙蝠种群的位置Xi、速度vi、频率F、频度α及响度A；设置放大系数F*。

 

2.3.1 畜禽养殖污染工程方案优选

但是标准k-ε模型假定湍流为各向同性的均匀湍流，所以在旋流(swirl flow)等非均匀湍流问题的计算中存在较大误差。RNG k-ε模型在形式上类似于标准k-ε模型，但考虑了旋转效应，提高了对强旋转流动的计算精度；在ε方程中增加了一个附加项，使得在计算速度梯度较大的流场时精度更高[8- 9]。

2.2.3 层次单排序及其一致性检验

(1)计算一致性指标CI。

 

技术方案评价因子判断矩阵A,总氮削减率、总磷削减率、氨氮削减率、COD削减率、建设成本和运行成本判断矩阵 B1、B2、B3、B4、B5、B6 分别为:

(2)查找随机一致性指标RI(见表5)。

魏的憧憬撩动了迟恒的想象，年轻时，他读过《沸腾的群山》，书中热火朝天的矿山景象他至今天还留有印象，很多的事他要问，甚至有点冲动想马上找个地方去写。

 

表5 平均随机一致性指标[29]Tab.5 T he mean random consistency index

  

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 RI 0 0 0.52 0.89 1.12 1.24 1.36 1.41 1.46 1.49 1.52 1.54 1.56 1.58

(1)构造准则层对目标层的判断矩阵A-B。

 

当CR＜0.10时,认为判断矩阵的一致性是可以接受的,否则应对判断矩阵作适当修正。

2.2.4 层次总排序及其一致性检验

最终要得到方案层对目标层的权重,从而得到方案的优劣顺序,进行方案选择,需要计算各层要素对总目标的合成权重,并按照下列公式对层次总排序进行一致性检验。

 

 

式中:bi为B层(准则层)中各指标的层次权重;CI为层次总排序的一致性指标;CIi为与bi对应的该层次中判断矩阵的一致性指标;RI为层次总排序的随机一致性指标;RIi为与bi对应的该层次中判断矩阵的随机一致性指标;CR为层次总排序的随机一致性比例。

2.3 常州市面源污染减排工程方案优选

计算方法:¹将判断矩阵的元素按行相乘,得到新向量;°将新向量的每个分量开n次方;»将所得向量归一化即为权重向量。

按照污染源的不同,从畜禽养殖、农田种植、水产养殖和农村生活4个方面分别进行方案优选。以畜禽养殖污染工程方案的决策为例,具体过程如下。

其中,λmax为判断矩阵的最大特征值。

1.2.5 克隆形成实验检测过表达miR-454-3p对SW480细胞增殖能力的影响 取对数生长期的两组细胞，用0.25%胰蛋白酶消化并吹打成单个细胞，将细胞在6孔板中以每孔200个细胞的密度分别接种含10%胎牛血清的完全培养基中，置于37℃5%CO2及饱和湿度的细胞培养箱中培养1周。当培养皿中出现肉眼可见的克隆时，弃去细胞培养上清液，用PBS小心浸洗2遍后，加入4%多聚甲醛固定15 min。用PBS小心浸洗2遍后加适量结晶紫染色液（武汉谷歌生物有限公司）染10 min，然后用流水缓慢洗去染色液。孔板干燥后，用肉眼直接计数克隆数。

 

 

以矩阵A计算为例,计算各项指标的权重,见表6。

 

表6 矩阵A的各项指标权重计算T ab.6 T he calculation of the weight of each index of matrix A

  

指标 a1 a2 a3 a4 a5 a6 ∏6 j=1 aij Wi Wi a1 1 3 2 1/2 3 3 27.0000 1.7321 0.2520 a2 1/3 1 1/2 1/4 1/2 1/2 0.0104 0.4673 0.0680 a3 1/2 2 1 1/3 2 2 1.3333 1.0491 0.1527 a4 2 4 3 1 2 2 96.0000 2.1398 0.3114 a5 1/3 2 1/2 1/2 1 1 0.1667 0.7418 0.1080 a6 1/3 2 1/2 1/2 1 1 0.1667 0.7418 0.1080∑i aij 5 14 8 3 10 10

计算最大特征值λmax=0.2520×5+0.0680×14+0.1527×8+0.3114×3+0.1080×10+0.1080×10=6.2424。

对矩阵A进行一致性检验:

根据广泛地收集和整理湖北省有关的苔类文献，以及根据《中国生物物种名录（第一卷）·植物：苔藓植物》［32］同种异名整理归纳总结，得出湖北省苔类植物共35科61属200种（包含两个问题物种：Plagiochasma sp.这个物种在李粉霞等［24］一文中，并没有明确具体物种；Metzgeria temperata Kuwah.这个物种目前存疑，没有对应中文名），本名录采用的排列系统根据文献［32］排列；希望未来会有更多苔类植物的新纪录种丰富这份湖北省苔类名录。

 

根据计算结果确定矩阵A满足一致性条件,得到总氮削减率、总磷削减率、氨氮削减率、COD削减率、建设成本和运行成本6个指标的权重是(0.2520,0.0680,0.1527,0.3114,0.1080,0.1080)。

2.3.2 其他源污染工程方案优选

 

表7 畜禽养殖业减排措施判断矩阵指标权重及一致性指标Tab.7 Index weight and consistency index of the judgment matrix for livestock and poultry breeding emission reduction measures

  

W1 W2 W3 W4 λmax CIj CRj B1 0.3308 0.0700 0.4946 0.1046 4.0888 0.0296 0.0333 B2 0.5479 0.0646 0.2404 0.1472 4.0838 0.0279 0.0314 B3 0.4892 0.0452 0.3219 0.1437 4.1272 0.0424 0.0476 B4 0.2138 0.0418 0.4421 0.3023 4.1011 0.0337 0.0379 B5 0.0813 0.6396 0.2174 0.0617 4.2665 0.0888 0.0998 B6 0.5718 0.0464 0.1374 0.2443 4.1040 0.0347 0.0390

由表 7 的结果可知,判断矩阵 B1、B2、B3、B4、B5、B6的一致性检验合格,各个判断结果是有效的,由此可以计算层次总排序的权值。具体结果如下:

 

根据一致性检验公式进行层次总排序的一致性检验,结果如下:

 

 

层次总排序的一致性检验合格,方案层四个方案的总权重是(0.3324,0.1160,0.3661,0.1855),即C3＞ C1＞ C4＞ C2。

根据以上方法计算其他判断矩阵的指标权重及一致性指标,得到表7。

按照畜禽养殖业工程方案的优选过程,分别对农田种植业、水产养殖业和农村生活污染工程方案进行优选,计算结果参见表8-表10。

 

表8 农田种植减排措施判断矩阵指标权重及一致性指标Tab.8 Index weight and consistency index of the judgment matrix for farmland planting emission reduction measures

  

W1 W2 W3 W4 λmax CIj CRj B1 0.0731 0.1244 0.6399 0.2059 4.2274 0.0758 0.0852 B2 0.0956 0.0956 0.5535 0.2475 4.0261 0.0087 0.0098 B3 0.0679 0.2127 0.5919 0.1196 4.0795 0.0265 0.0298 B4 0.0902 0.0902 0.5992 0.2446 4.1256 0.0419 0.0470 B5 0.0485 0.2543 0.5590 0.1011 4.1378 0.0459 0.0516 B6 0.0552 0.6577 0.1943 0.1222 4.2609 0.0870 0.0977

 

表9 水产养殖业减排措施判断矩阵指标权重及一致性指标Tab.9 Index weight and consistency index of the judgment matrix for aquaculture emission reduction measures

  

W1 W2 W3 W4 λmax CIj CRj B1 0.0577 0.1095 0.4353 0.4353 4.2247 0.0749 0.0842 B2 0.0748 0.1118 0.5235 0.2858 4.1797 0.0599 0.0673 B3 0.0654 0.1032 0.5992 0.2529 4.1428 0.0476 0.0535 B4 0.2057 0.1243 0.5878 0.0794 4.1001 0.0334 0.0375 B5 0.1087 0.0558 0.5687 0.2023 4.0180 0.0060 0.0068 B6 0.0632 0.0998 0.2274 0.6220 4.1712 0.0571 0.0641

从表11计算结果可以看出,对于农田尾水处理,水生植物-菌藻-生物膜复合生态系统为兼顾环境效益和投资成本的最优工程方案,人工强化生物滤床次之;对于畜禽养殖污水处理,组合式稳定塘处理工艺最佳,土地渗滤处理系统次之;对于水产养殖业污染,序批式生物膜法处理养殖废水为最佳工程方案,沼气池/生态塘处理工艺次之;对于农村生活污水处理,塔式生态滤池-人工湿地系统最佳,户用生态滤池次之。

 

表10 农村生活减排措施判断矩阵指标权重及一致性指标Tab.10 Index weight and consistency index of the judgment matrix for rural domestic emission reduction measures

  

W1 W2 W3 W4 λmax CIj CRj B1 0.3832 0.0718 0.3832 0.1136 4.2766 0.0922 0.0936 B2 0.5299 0.2137 0.2137 0.0517 4.1123 0.0374 0.0421 B3 0.3328 0.4892 0.1177 0.0534 4.0689 0.0230 0.0258 B4 0.3219 0.0516 0.4732 0.1518 4.0916 0.0305 0.0343 B5 0.5851 0.2261 0.0795 0.0663 4.0326 0.0109 0.0122 B0.5570 0.1104 0.0561 0.2584 4.0817 0.0272 0.0306 6

 

表11 面源污染类型的4类控制方案总权重Tab.11 T otal weight of the four kinds of control schemes for non-point source pollution types

  

说明:表中每列数值分别代表农田种植、畜禽养殖、水产养殖、农村生活在其相对应的4类控制方案下(表1到表4)的总权重。

 

总权重控制方案C D E F农田种植 畜禽养殖 水产养殖 农村生活1 0.0746 0.3324 0.1122 0.4070 2 0.1969 0.1160 0.1065 0.1598 3 0.5572 0.3661 0.5058 0.2910 4 0.1873 0.1855 0.2815 0.1226

3 常州面源污染减排潜力计算

常州市面源污染减排潜力的评估,是基于预防和源头控制措施等,都按照相关政府和规范的治理要求,并得到了较好地实施和执行,因此主要针对后续末端治理的措施来计算最大削减量,评估减排潜力。

以2014年为基准年,根据排污系数法得到常州市农田种植、畜禽养殖、水产养殖和农村生活污染物排放总量(表12),将优选出的4项工程措施分别应用于各类污染的末端治理,结合常州市污染和减排现状拟定工程个数,计算污染物削减量,并根据工程个数和经济指标计算建设成本和运行成本(表13)。

不同采收期承德产黄芩比较，以年限为主因素，月份为副因素时，黄芩中黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素、千层纸素A成分含量在5～7月间最高，2年生与3年生黄芩从成分变化相近，且3年生黄芩成分含量并未较2年生出现明显提高[42]。而陕西商洛产黄芩中黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素成分含量于黄芩生长第2年10月下旬达到最高[43]，基于2015版《中华人民共和国药典》载[19]，黄芩与春、秋2季采挖，故应选择黄芩生长第2年进行采收，季节视当地气候条件与黄芩有效成分积累而定。

 

表12 2014年常州市面源污染各污染物排放量Tab.12 Emission of each non-point source pollutant in Changzhou city in 2014

  

污染源类别 T N/t TP/t NH+4-N/t COD/t农田种植 1 072 25 110 793畜禽养殖 5 659 1 914 4 179 61 189水产养殖 717 132 181 6 864农村生活 2 874 245 2 417 10 419合计 10 322 2 316 6 887 79 265

 

表13 常州市面源污染减排优化技术方案费用-效益分析Tab.13 Cost-benefit analysis of optimization technical schemes for non-point source pollution reduction in Changzhou city

  

污染源类别 处理工艺 工程数量污染物削减量/(t·a-1)TN TP NH+4-N COD建设成本/万元运行成本/(万元·a-1)农田种植 水生植物-菌藻-生物膜复合生态系统 218 879 23 100 603 8 280 173畜禽养殖 组合式稳定塘处理工艺 5 865 5 319 1 723 3 886 55 070 6 540 119水产养殖 序批式生物膜法 2 488 545 119 154 6 246 13 590 1 743农村生活 塔式生态滤池-人工湿地系统 9 261 2 443 233 2 054 8 335 7 464 2 615合计 17 832 9 186 2098 6 194 70 254 35 874 4 650

农田种植:最优措施为水生植物-菌藻-生物膜复合生态系统处理工艺,该工程是一种纳污河道原位处理技术,属于表面流人工湿地的一种,利用水生植物-菌藻共生系统,配合人工填料等,对入河污水进行处理。该技术措施具有因地制宜、就地处理、处理系统灵活多样的特点,治理目标兼容了水环境的整治和水生态建设,可大量减少管网建设、投资运营费用等。在平原河网地区,水系发达,根据肥料流失系数计算的污染负荷量与农田径流污染的入河量相当,因此,在进行潜力计算时,直接根据污染物排放量和工程措施的削减率进行计算。

畜禽养殖:最优措施为组合式稳定塘处理工艺,该工艺主要利用不同类型的稳定塘来净化污水。稳定塘是通过改造天然坑塘或者人工修建池塘,依靠塘内的微生物来处理污水,其净化过程与自然水体的自净过程相似。养殖污水经过固液分离、自然塘、好氧塘、高效氧化塘、藻类沉降塘、生态塘等联合作用后,实现多级净化效果。依据该工艺进行削减量计算时,假定养殖废水在管网收集过程中无流失,能够全部进入到该工艺进行处理。

水产养殖:最优措施为序批式生物膜法处理工艺,该工艺通过在传统生物膜反应器内填装不同的填料,为微生物提供良好的生长环境。在纵向上微生物构成一个由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物等多个营养级组成的复杂生态系统,横向上构成具有多种不同活动能力、呼吸类型、营养类型的微生物系统。该工艺占地面积小,节省基建费用,易于运行管理。常州市针对百亩连片的池塘推进循环水养殖技术,在2020年实现100%推广比例,因此,该工艺仅针对非百亩连片的池塘废水进行处理并计算削减量。

农村生活:最优措施为塔式生态滤池-人工湿地系统,该工艺组合了厌氧、好氧和兼氧单元,在塔式生态滤池中,利用蚯蚓吞食有机物、提高土壤渗透性能和蚯蚓与微生物的协同作用等生态学功能实现污水的生态处理,后续根据土地现状增加适当规模的湿地处理单元,提高出水水质。该工艺基建和运行管理费用较低,氮磷的去除能力强,蚯蚓生态滤池占地面积较小,也可根据地形调节装置。进行削减量计算时,假定生活污水经管网集中收集过程中没有流失,全部进入到污水处理单元。

近年来，胶质-免疫机制在Nep中的作用日益引发关注，有学者认为[2]，神经受损后，会释放出P物质、兴奋性氨基酸使得初级传入神经纤维，释放NO、PGs、肿瘤坏死因子α使次级传入神经纤维。胶质细胞被激活以后，一方面可以将有神经保护作用的胶质细胞源性神经营养因子减少，另一方面还会持续对炎性因子、NO、ATP释放。这些受到伤害的细胞因子，会进一步释放出更多伤害性因子，从而将神经损伤作用放大，还会将周围巨噬细胞等免疫细胞神经免疫激活，成为疼痛增强的一个重要诱因。

结合资料和已有示范工程,确定表中工程个数:(1)农田种植:农田种植总面积为4 603 hm2,以6.67 hm2为一个单位,对应建设一项减排工程;(2)畜禽养殖:将常州市畜禽养殖总量折算成猪当量[30],养殖总量为218万头猪,以10 000头为一个单位,对应建设一项减排工程;(3)水产养殖:养殖总面积为3.9万hm2,以6.67 hm2为一个单位,对应建设一项减排工程;(4)农村生活:乡村总户数为74.65万户,以300户为一个单位,对应建设一项减排工程。

4 结论和不足

4.1 结论

本研究通过实地调研和总结国内外相关文献,从管理性措施和工程性措施两方面,总结了目前常用的面源污染减排措施。以常州市的情况为例,以2014年为基准年,根据农田化肥施用量、畜禽养猪当量、水产养殖品种和养殖总量、农村人口状况等,通过排污系数法估算排污量。通过计算分别得到TN、TP、NH+4-N和COD的排放总量,其中畜禽养殖污染排放量所占比重均是4类污染物排放总量的最大。其中畜禽养殖排放占得比值最大;因此,畜禽养殖污染对面源污染的贡献率最高,应作为首要减排对象。然后针对不同类型的污染,各选取4项工程措施,以总氮削减率、总磷削减率、氨氮削减率、COD削减率、建设成本和运行成本作为评价指标,采用层次分析法进行优选,得出不同污染类型的最优治理方案。对于农田尾水处理,水生植物-菌藻-生物膜复合生态系统最优;对于畜禽养殖污水处理,组合式稳定塘处理工艺最优;对于水产养殖业污染,序批式生物膜法处理养殖废水最优;对于农村生活污水处理,塔式生态滤池-人工湿地系统最优。最后将最优工程方案应用于常州市面源污染治理,估算减排潜力并计算经济成本。T N、TP、NH+4-N和COD 的减排潜力分别为 9 186 t、2 098 t、6 194 t、70 254 t,从各项污染指标的潜力来看,畜禽养殖业污染治理潜力最大;4类不同污染类型的治理投资中,水产养殖业污染治理成本最高,为15 333万元,畜禽养殖业污染治理成本最低,为6 659万元。

4.2 不足

研究中进行技术优选的技术方案,经济成本中以建设成本和投资成本为指标,实际中应该考虑土地成本,但鉴于土地成本受到当地实际情况的限制,无法统一量化标准,没有作为评价指标。另外,优选的工程措施是基于现有工程的相关指标进行削减量和成本估算,在实际应用中要因地制宜,根据污染治理需要和实地情况对工程方案进行调整和改进。后续研究应该基于工程方案的各项指标进行更加全面的评价和优选,并将管理性措施也纳入到优选工作中,进行定性和定量的双重评价。

参考文献(References):

[1] 王淑莹,代晋国,李利生,等.水环境中非点源污染的研究[J].北京工业大学学报,2003,29(4):486-490.(WANG S R,DAI J G,LI L S,et al.Study on non-point source pollution of water environmental[J].Journal of Beijing U niverstiy of T echnology,2003,29(4):486-490.(in Chinese))DOI:10.3969/j.issn.0254-0037.2003.04.023.

[2] US Environmental Protection Ageney.2006.BMP Modeling Concepts and Simulation[EB/OL].http://nepis.epa.gov/Adobe/PDF/P10089G6.pdf.

[3] T L SAATY.Axiomatic foundation of the analytic hierarchy process.management science[J].1986,32:841-855.DOI:10.1287/mnsc.32.7.841.

[4] 常州市统计局.2015年常州市统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2016.(Changzhou City Bureau of Statistics.2015 Changzhou City Statistical Yearbook[M].Beijing:China Statistics Press,2016.(in Chinese))

[5] 战丽如,胡绵好,袁菊红,等.生态浮床-简易湿地组合系统对富营养化水体净化效果研究[J].安徽农业科学,2009,37(16):7642-7644,7647.(ZHAN L R,HU M H,YU AN J H,et al.Research on the efficiency of the integrated system of ecological floating bed and facility wetland on the purification to eutrophic water Body[J]Journal of Anhui Agricultural Sciences,2009,37(16):7642-7644,647.(in Chinese))DOI:10.3969/j.issn.0517-6611.2009.16.131.

[6] 蒋斌,王永浩.组合生态浮床对富营养化水体水质改善效果的研究[J].环境科技,2011,24(6):11-14.(JIANG B,WANG Y H.Study on improvement effect?eutrophication water quality by combined ecological floating bed[J].Environmental Science and T echnology,2011,24(6):11-14.(in Chinese))DOI:10.3969/j.issn.1674-4829.2011.06.004.

[7] 张文艺,冯国勇.水生植物-菌藻-生物膜复合生态系统污染物去除特性[J].环境化学,2013,32(11):2193-2201.(ZHANG W Y,FENG G Y.Pollutant removal characteristics in aquatic plants-algae-bacteria-biofilm complex ecosystem[J].Environmental Chemistry,2013,32(11):2193-2201.(in Chinese))DOI:10.7524/j.issn.0254-6108.2013.11.025.

[8] 王忠敏,梅凯.氮磷生态拦截技术在治理太湖流域农业面源污染中的应用[J].江苏农业科学,2012,40(8):336-339.(WANG Z M,MEI K.Application of nitrogen and phosphorus interference technology in controlling non-point source pollution in Taihu Lake Basin[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2012,40(8):336-339.(in Chinese))DOI:10.3969/j.issn.1002-1302.2012.08.131.

[9] 杨雪,梅凯,吴昊.太湖流域农业面源氮磷流失生态拦截工程技术[J]中国给水排水,2012,(28)22:35-37.(YANG X,M EI K,WU H.Technologies for ecological interception of nitrogen and phosphorus loss from ag ricultural non-point source in Taihu Lake Basin[J].China Water and Wastewater,2012,(28)22:35-37.(in Chinese))DOI:10.3969/j.issn.1000-4602.2012.22.009.

[10] 刘莉,胡正义.基于污染物削减效果和成本的农业面源污染控制技术优选—以太湖地区为例[J].生态与农村环境学报,2015,31(4):608-616.(LIU L,HU Z Y.Selection of optimal agricultural non-point source pollution prevention and control techniques based on effect and cost of their pollution reduction:A case study of the Taihu Region[J].Journal of Ecology and Rural Environment,2015,31(4):608-616.(in Chinese))DOI:10.11934/j.issn.1673-4831.2015.04.026.

[11] 谢胜.上海市农村生活污水处理工艺适用性评估与分类体系研究[D].上海:华东师范大学,2013.(XIE S.Shanghai rural sewage treatment process applicability assessment and classi-fication system[D].Shanghai:East China Normal University,2013.(in Chinese))

[12] 林克明.化粪池出水的土地渗滤处理技术研究[D].上海:上海交通大学,2009.(LIN K M.Study on land infiltration treatment technology for septic tank effluent[D].Shanghai:Shanghai Jiaotong U niversity,2009.(in Chinese))

[13] 冯间开.广州市茅岗村人工湿地处理农村污水的工程实践[D].广州:华南理工大学,2012.(FENG J K.Guangzhou Mao Gangcun artificial wetland treatment of rural sewag e engineering practice[D].Guangzhou:South China University of T echnology,2012.(in Chinese))

[14] 彭军,吴分苗,唐耀武.组合式稳定塘工艺处理养猪废水设计[J].工业用水与废水,2003,3(3):44-46.(PENG J,WU F M,T ANG Y W.Design of treatment of sewage from piggery by a composite,stabilization-pond process[J].Industrial Water and Wastewater,2003,3(3):44-46.(in Chinese))DOI:10.3969/j.issn.1009-2455.2003.03.014.

[15] 朱立安,王继增,胡耀国.畜禽养殖非点源污染及其生态控制[J].水土保持通报,2005,25(2):40-43.(ZHU L A,WANG J Z,HU Y G.Non-point sources pollution from livestock and poultry and ecological control[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2005,25(2):40-43.(in Chinese))DOI:10.3969/j.issn.1000-288X.2005.02.010.

[16] 封红.序批式生物膜法处理水产养殖废水研究[D].北京:北京化工大学,2014.(FENG H.Research of aquaculture wastewater treatment by sequencing batch reactor of submerged biofilm process[D].Beijing:Beijing University of Chemical T echnology,2014.(in Chinese))

[17] 万红,宋碧玉.序批式生物膜法处理水产养殖废水的研究[J].水生态学杂志,2008,11(2):81-84.(WAN H,SONG B Y.Study on aquacultural wastewater treatment by sequencing batch biofilm reactor[J].Journal of Hydroecology,2008,11(2):81-84.(in Chinese))

[18] 张浩.集约化海水养殖废水多介质土壤滤层(M SL)与人工湿地技术处理效能的对比研究[D].杭州:浙江大学,2013.(ZHANG H.A comparative study on the effectiveness of multi-media soil filter layer(M SL)and artificial wetland technology in intensive marine aquaculture wastewater[D].Hangzhou:Zhejiang University,2013.(in Chinese))

[19] 魏才倢,吴为中,杨逢乐等.多级土壤渗滤系统技术研究现状及发展[J].环境科学学报,2009,29(7):1351-1357.(WEI C J,WU W Z,YANG Fengle et al.M ulti-soil-layer treatment technology:Current status and future perspectives[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2009,29(7):1351-1357.(in Chinese))DOI:10.3321/j.issn:0253-2468.2009.07.002.

[20] 吴海洋.可移动式曝气生物滤池处理养殖废水工艺及其动力学原理的研究[D].广州:华南理工大学,2012.(WU H Y.Study on the process and kinetics of aquaculture wastewater treated by movable aerated biological filter[D].Guangzhou:South China University of T echnology,2012.(in Chinese))

[21] 麻泽龙,周芸,王朝勇,等.养殖废水处理与高效再利用系统的设计[J].中国给水排水,2009,25(6):44-51.(MA Z L,ZHOU Y,WANG C Y,et al.Design and application of breeding wastewater treatment and efficient reuse system[J].China Water and Wastewater,2009,25(6):44-51.(in Chinese))DOI:10.3321/j.issn:1000-4602.2009.06.011.

[22] 沈丰菊,张克强,李军幸.基于模糊积分模型的农村生活污水处理模式综合评价方法[J].农业工程学报,2014,30(15):272-280.(SHEN F J,ZHANG K Q,LI J X.Evaluation method for engineering technology of rural domestic sewag e treatment based on fuzzy integral model[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2014,30(15):272-280.(in Chinese))DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2014.15.035.

[23] 张后虎,祝栋林.农村生活污水处理技术及太湖流域示范工程案例分析[M].北京:中国环境科学出版社,2011.(ZHANG H H,ZHU D L.Analysis on rural domestic sewage treatment technology and demonstration project of T aihu Lake Basin[M].Beijing:China Environmental Science Press,2011.(in Chinese))

[24] 万金宝,侯得印.层次分析法在环境工程方案优选中的应用[J].上海环境科学,2005(5):209-213.(WAN J B,HOU D Y,An application of analytical hierarchy process method in environmental engineering scheme optimization[J].Shang hai Environmental Sciences,2005(5):209-213.(in Chinese))

[25] 慕金波.层次分析法在评定最优环境工程方案中的应用[J].环境科学进展,1997(4):33-40.(MU J B.Application of analytic hierarchy process in evaluating optimal environmental engineering[J].Advances in Environmental Science,1997(4):33-40.(in Chinese))

[26] 胡天觉,陈维平.运用层次分析法对株洲霞湾污水处理厂污水处理工艺方案择优[J].环境工程.2000,18(1),61-63.(HU T J,CHEN W P.Choosing optimum technological scheme of disposal sewage of Zhuzhou Xiawan Sewage disposal plant by analytical gradation method[J].Environmental Engineering.2000,18(1),61-63.(in Chinese))

[27] 张炳江.层次分析法及其应用案例[M].电子工业出版社,2014,22-23.(ZHA NG B J.Analytic hierarchy process and its application case[M].Electronics Industry Press:2014,22-23.(in Chinese))

[28] 邓雪,李家铭,曾浩健,等.层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J].数学的实践与认识,2012,42(7):93-100.(DENG X,LI J M,ZENG H J,et al.Research on computation methods of ahp wight vector and its applications[J].Mathematics in Practice and Theory 2012,42(7):93-100.(in Chinese))DOI:10.3969/j.issn.1000-0984.2012.07.012.

[29] 汪应洛.系统工程[M].第二版.北京:机械工业出版社,2003,130-140.(WANG Y L.Systems Engineering[M].Second Edition.Beijing:M achinery Industry Press,2003,130-140.(in Chinese))

[30] 环境保护部.农村小型畜禽养殖污染防治项目建设与投资指南[S].2013.(Ministry of Environmental Protection.Rural small livestock and poultry breeding pollution prevention project construction and investment guide[S].2013.(in Chinese))