生态环境中心揭示污水氮磷排放及其干预效应的全球热区和关键因子

近日，由中国科学院生态环境研究中心牵头，英国埃克塞特大学、美国密歇根大学、荷兰瓦赫宁根大学参与的研究团队在污水氮磷排放管理。该研究从全球视角揭示了生活污水氮磷减排措施的时空异质性及其对环境的影响，为不同国家和地区的个体消费者、管理者和决策者充分参与全球治理提供科学的量化数据。氮、磷点源污染控制与治理。为社会经济与生态环境协调发展提供科学支撑的关键信息。该成果于6月14日以《用与传播改变地球》为题发表在国际著名期刊《自然》上。

半个多世纪以来，随着人口和社会经济的快速发展，污水排放已成为水体富营养化、水生生态退化的关键因素。目前，各国主要通过改进污水收集和处理、提高污水排放标准来控制氮、磷点源排放。然而，很少有科学家和管理者关注氮磷排放干预措施对环境的影响。一些研究指出，污水中强化脱氮除磷所造成的高能耗、高化学物质和衍生污染很可能对大气或陆地系统产生看似无关的负面影响。水、大气和陆地生态系统是一个相互联系、相互作用的系统；在一定条件下，当大气和陆地生态系统受到一定程度的破坏时，也会诱发水污染。废水氮磷管理及其减排措施对生物地球化学过程和环境系统可持续性的影响亟待阐明。然而，解决这一关键科学问题，目前还缺乏能够从系统集成角度出发、基于技术、空间和时间维度相互反馈的科学评价方法。

对此，研究团队开发了综合评估模型（IDEAS），可以深度整合人口发展、城镇化、饮食习惯、水和卫生基础设施发展水平等关键社会、经济、技术和环境数据；在此基础上，研究团队利用IDEAS模拟了1990年至2050年五大洲173个国家污水收集和处理设施的发展对减少氮磷点源排放的环境影响和效果。研究表明，建设污水处理设施的技术升级可以有效减少氮、磷进入淡水和近岸水域。但污水氮磷排放贡献呈现出显着的时空异质性（图1），这主要是由人口基数和人均氮磷排放水平的时空差异决定的；其中，人均氮磷排放水平高与地区（或时期）密切相关，与人均膳食蛋白质摄入量高、卫生设施覆盖率低、污水处理系统不完善等因素有关。

文章还结合全球环境容量阈值（）对污水基础设施发展的宏观环境影响和驱动因素进行了系统评估（图2）。研究结果表明，20世纪末至21世纪中叶，全球生活污水氮磷排放重点区域正从东亚、中亚国家向西非等以人口增长为代表的欠发达国家转移，饮食摄入量增加，供水和卫生设施较差。发达地区和国家。同时，污水集中化、集约化处理带来的能源消耗、化学品及衍生污染，将导致污水氮磷排放的环境影响热点从水体富营养化转向温室气体排放、气溶胶负荷增加、化学污染等。污染、水资源枯竭、平流层臭氧消耗和生物多样性丧失，其中人口基数和分布以及消费者饮食习惯是关键驱动因素。

文章认为，污水氮磷排放格局的演变以及氮磷减排措施的效果传递将深刻影响污水处理行业的未来发展。目前，有效减少污水中氮磷排放、避免效应转移的可行方法是重构污水处理管理体系，发展以氮磷循环利用为导向的绿色污水处理技术，建设能够有效减少污水氮磷排放的污水处理设施。减少衍生污染，减少对环境的影响。全系统控制策略。同时，文章呼吁通过多渠道引导消费者养成环保的饮食习惯和膳食结构。

中国科学院生态环境研究中心王旭副研究员为该论文的第一作者和通讯作者。该研究工作得到了英国皇家学会牛顿学者基金、国家自然科学基金、北京科技之星、北京市高技术创新计划青年拔尖人才、中国科学院青年创新促进会的资助。

图1 生活污水氮磷排放时空格局： (a) 全球排放总量； (b) 五大洲 173 个国家的氮和磷排放量； (c) 典型地区和国家人均生活污水氮排放水平

图2 基于全球环境容量阈值的废水氮磷减排量及其环境影响：

(a) 全球规模； (b) 洲际规模

论文信息：

王旭*、Glen、Wim de Vries、杨敏、任南琪、刘、大卫。的和改变地球。，2019，10：2627。DOI：10.1038/-019-10445-0

全文链接：

水污染控制实验室

环境水质国家重点实验室

2019 年 6 月 14 日