賴怡堃

（上海實(shí)樸檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司 上海 200335）

試論污水排放部分對(duì)天然水造成的化學(xué)影響

賴怡堃

（上海實(shí)樸檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司 上海 200335）

檢測(cè)污水排放部分化學(xué)指標(biāo)，可以更好的分析排放的污水有沒有達(dá)到規(guī)定要求，為環(huán)境監(jiān)督提供相應(yīng)的參考依據(jù)。本文以某湖泊為例，從樣品收集、樣品分析、樣品檢測(cè)等方面分析了污水排放部分化學(xué)指標(biāo)對(duì)湖水的化學(xué)指標(biāo)變化。

污水排放；化學(xué)指標(biāo)；檢測(cè)

1 案例介紹

某湖泊為大型淺水湖，水的平均深度為1.9m，流域水的面積為2321km2。此湖在2012年末的儲(chǔ)水量為52.1億m3，水的交換周期約為309d。該地區(qū)降雨量充足、氣候濕潤(rùn)溫暖，水系也比較發(fā)達(dá)，地區(qū)人口的平均密度為1550人/km2，為全國(guó)平均值的10倍左右，城市水化率為73%，在人口數(shù)量不斷增加的情況下，水的使用量也日益加劇，隨之產(chǎn)生的污水也越來(lái)越多，嚴(yán)重影響了水環(huán)境的健康。

2 樣品的采集

自2012年開始對(duì)湖泊周邊地區(qū)進(jìn)行樣品的采集工作，一共包括了18個(gè)點(diǎn)的主要入湖河水樣品的采集以及20個(gè)點(diǎn)的湖水采集。另外在2012年的2月和10月、2013年的11月、2014年的7月份分別對(duì)污水處理廠的進(jìn)出口水樣進(jìn)行了采集，由于這些污水處理廠主要在湖泊的西北部上游地區(qū)以及湖泊的北部上游地區(qū)，包括了七個(gè)最具代表性的污水進(jìn)水和出水、12個(gè)具有代表性的污水處理廠的進(jìn)水和出水，采樣圖如圖1所示。其中部分污水處理廠在運(yùn)行的過(guò)程中大約有20%和40%工業(yè)廢水混入，會(huì)影響計(jì)算效果。使用美國(guó)戴安公司生產(chǎn)的ICS-900型離子色譜儀測(cè)定水中的Na+、K+、Ca+、Cl-、SO42-、HCO3-，使用EDTA滴定法測(cè)試水的硬度。在進(jìn)行測(cè)試之前，先使用0.45μm醋酸纖維微孔濾膜進(jìn)行過(guò)濾，為了確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，對(duì)所有的樣品都做了平行樣，并反復(fù)進(jìn)行了測(cè)試，將相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差保持在20%以內(nèi)。

3 數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算

因?yàn)樵摵磳儆跍\水湖泊，風(fēng)浪對(duì)湖泊的影響比較大，并且交換水的周期比較長(zhǎng)，假設(shè)湖水和污水可以充分混合，并且在混合時(shí)，重要的離子不會(huì)出現(xiàn)損失。所以，排放污水對(duì)湖水造成的影響可以參考完全混合斷面污染物平均濃度的模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算[1]。在對(duì)污水的入湖系數(shù)進(jìn)行充分考慮后，對(duì)原來(lái)的計(jì)算方法進(jìn)行了修正，然后計(jì)算離子的平均濃度，在計(jì)算過(guò)程中，只有工業(yè)污水和生活污水兩種情況，計(jì)算公式如下：

圖1 湖水采樣圖

在人類活動(dòng)的影響下，湖泊湖水的變化過(guò)程比較慢，所以取2000～2006年湖水的化學(xué)數(shù)據(jù)分析計(jì)算湖水和污水混合之前的化學(xué)數(shù)據(jù)，并對(duì)比2012～2013年湖水實(shí)測(cè)水化學(xué)數(shù)據(jù)分析湖水模擬計(jì)算的結(jié)果以及湖水化學(xué)真實(shí)值。在公式中，湖水和生活污水混合后湖水主要離子的計(jì)算濃度為CS，單位為mmol/L。工業(yè)廢水、生活污水和湖水混合后的離子計(jì)算濃度為CS+G，生活污水中主要離子濃度為CSC，工業(yè)廢水中主要離子的濃度為CGC，湖水和污水混合之前的主要離子濃度為Ctake，工業(yè)污水的排放量為CGC，單位為m3，生活污水的排放量為VSC，單位為m3，湖泊每年的平均儲(chǔ)水量為Vtake，單位為m3。水的交換周期為T，約為309d。進(jìn)入湖泊中污水量和流域污水排放總量的百分比為80%。

4 結(jié)果分析

湖泊當(dāng)前水的化學(xué)指標(biāo)類型相較于50年代，水中離子的比例以及陰陽(yáng)離子之間的比例關(guān)系體系了水體的化學(xué)類型，并且利用水化學(xué)三角圖除了可以將地表水體優(yōu)勢(shì)離子和主要離子的組成情況表現(xiàn)出來(lái)，可以將水化學(xué)的成因反映出來(lái)。湖泊當(dāng)前水中陽(yáng)離子和陰離子的組成情況和50年代的情況對(duì)比如圖2所示。從圖2中可以看出，當(dāng)前的水樣點(diǎn)較50年代的水質(zhì)偏離比較明顯，并且在50年代的陽(yáng)離子構(gòu)成圖中，水樣點(diǎn)分散分布，但是都比較接近Mg2+和Ca2+單元，而當(dāng)前水樣點(diǎn)均集中分布，和Na+端元比較接近，根據(jù)圖2來(lái)看，當(dāng)前湖水中陰離子和陽(yáng)離子的組成成本變化明顯。通過(guò)計(jì)算湖水中的優(yōu)勢(shì)離子發(fā)現(xiàn)，湖泊水在50年代陰離子SO42-占23.1%、Cl-占18.56%、HCO3-占54.24%；陽(yáng)離子Mg2+約占23.54%、Ca2+約占18.9%、Na+約占19.56%；當(dāng)前湖泊中陰離子Cl-占41.98%、SO42-26.26%、HCO3-只占26.76%。陽(yáng)離子Mg2+占15.99%，Ca2+占37.92%，Na+占43.4%，很顯然湖泊的化學(xué)類型變化明顯，已經(jīng)從50年代的碳酸鹽鈣型水轉(zhuǎn)變成了氯化鈉型水。

圖2 湖泊水陽(yáng)離子和陰離子的組成三角圖

5 分析討論

5.1 湖泊水化學(xué)變化主要原因

根據(jù)水體離子的主要構(gòu)成可以分析水體化學(xué)變化的主要原因。通常，在自然演變的情況下，鉀離子和鈉離子多是由于硅酸鹽風(fēng)化以及蒸發(fā)巖溶解造成的。鈣離子和鎂離子也主要是由硅酸鹽、蒸發(fā)鹽和碳酸鹽巖溶解產(chǎn)生的。HCO3-則是來(lái)自碳酸鹽巖的溶解，而SO42-和Cl-主要是由于蒸發(fā)巖溶解產(chǎn)生的[2]。調(diào)查顯示，本湖泊的大多數(shù)湖水的化學(xué)特征以及流域的主要河流的Na+/ （Na++Ca2+）的比值以及Cl-/（Cl-+HCO3-）的比值都比較小，證明此流域湖水化學(xué)化和巖石風(fēng)化有關(guān)，如圖3所示。

圖3 不同來(lái)源下湖水陰離子和陽(yáng)離子Gibbs分布模式

在分析碳酸鹽溶解是否控制水體，可以分析水中HCO3-和水體中（Ca2++Mg2+）的比例是否接近1：1。本湖泊所處地區(qū)的碳酸鹽分布范圍較廣，在風(fēng)化影響下，水體水化學(xué)主要為碳酸鹽鈣型水，在50年代，湖水中（Ca2++Mg2+）/HCO3-處于平衡狀態(tài)，這些離子主要是由碳酸鹽溶解后產(chǎn)生的。而在現(xiàn)在，太湖湖水中的HCO3-和湖水中的Mg2+、Ca2+的濃度明顯變大，并且（Mg2++Ca2+）/ HCO3-小于1：1。

而水體中Cl-和Na+之間的比例是否接近1：1可以用來(lái)判斷蒸發(fā)巖溶解是否影響水體。在對(duì)湖泊的實(shí)際情況進(jìn)行分析后證明：50年代Na+-Cl-處于1：1線的兩側(cè)，如圖4所示。但是還有一些水樣點(diǎn)從1：1線的上側(cè)偏離，由于湖泊有些部分Na+最高，那么就可以說(shuō)（Na++K+）/Cl-處于平衡，即蒸發(fā)巖溶解是Cl-、Na+的主要來(lái)源[3]。和之前相比，Cl-、Na+的濃度顯著提升，（Na+-Cl-）都位于1：1線的上側(cè)，如圖4所示。證明水體中Cl-和Na+濃度產(chǎn)生變化主要是人類活動(dòng)造成的，而Cl-和Na+濃度的增加主要是由于污水的排放造成的，由此可知，污水排放是導(dǎo)致當(dāng)前湖水中Cl-和 Na+離子濃度升高的主要原因。

圖4 當(dāng)前Na+-Cl-的濃度情況

5.2 湖泊水硬度的變化

在對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，天然水體的總硬度是影響水質(zhì)的一個(gè)主要參考指標(biāo)。該湖泊從50年代的55.10mg/L已經(jīng)升到了155.77mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全球河流40～60mg/L的總硬度，硬度大約上升了2.82倍。根據(jù)我國(guó)對(duì)生活飲用水的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，要求總?cè)芙庑怨腆w為1000mg/L，總硬度限值450mg/L，由于總?cè)芙庑怨腆w的增長(zhǎng)和飲用水的質(zhì)量成正比，而該湖泊的各項(xiàng)指標(biāo)均嚴(yán)重超標(biāo)，表明人類活動(dòng)對(duì)湖水天然水化學(xué)影響比較大。如果任其發(fā)展，若干年后，湖水的飲用水水源的功能將喪失，所以，要重點(diǎn)對(duì)待該湖泊總?cè)芙庑怨腆w和湖水總硬度的增長(zhǎng)，采取相應(yīng)的保護(hù)措施，做好污水排放管理工作。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在人類活動(dòng)的影響下，工業(yè)生產(chǎn)和日常生活排放的污水對(duì)湖水造成了較大的影響，如果任其發(fā)展將不能作為飲水水源。為了保護(hù)飲水水源，要做好污水的排放管理，保證飲水環(huán)境健康。

[1]陳靜生，關(guān)文榮，夏星輝，等.長(zhǎng)江中上游水質(zhì)變化趨勢(shì)與環(huán)境酸化關(guān)系初探[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，18（3）：265～270.

[2]胡春華，周文斌，夏思奇.鄱陽(yáng)湖流域水化學(xué)主離子特征及其來(lái)源分析[J].環(huán)境化學(xué)，2011，30（9）：1620～1626.

[3]秦伯強(qiáng)，胡春華.中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)與研究數(shù)據(jù)集.湖泊濕地海灣生態(tài)系統(tǒng)卷.江蘇太湖站[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2010：157～270.

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1673-0038（2015）37-0263-02

2015-8-8

賴怡堃（1986-），男，江西贛州人，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境保護(hù)。