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(許昌學(xué)院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學(xué)院，河南 許昌 461000)

近年來(lái)，隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)部分農(nóng)村地區(qū)的水環(huán)境污染不斷惡化.農(nóng)村地表污水排放量逐年增加，組成特征越來(lái)越復(fù)雜，加之缺乏完善的污水處理設(shè)施[1]，工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)田退水等直接排入河流、池塘和溝渠，造成農(nóng)村地表水污染日益加劇，嚴(yán)重影響農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和居民身體健康[2,3]，農(nóng)村水污染治理已成為美麗鄉(xiāng)村和小康社會(huì)建設(shè)面臨的迫切任務(wù).

當(dāng)前，農(nóng)村水環(huán)境污染研究主要關(guān)注農(nóng)村生活污水特征，如生活污水排放規(guī)律[4]、不同類型生活污水污染物濃度[5-7]和污水處理技術(shù)等[8].研究表明，農(nóng)村生活污水各污染物濃度在早、中和晚各有一峰值，反映了其與居民的生活習(xí)慣和生活作息的相關(guān)性.三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)村生活污水具有人均污水日產(chǎn)生量明顯低于城鎮(zhèn)生活污水產(chǎn)生量，而COD、總磷和總氮的濃度卻明顯高于城鎮(zhèn)生活污水的特點(diǎn)；同時(shí)，農(nóng)村生活污水COD、總磷和總氮濃度表現(xiàn)出夏季濃度較低，冬季濃度較高的規(guī)律，且 COD、總磷和總氮濃度之間具有顯著的正相關(guān)性[2].但對(duì)于農(nóng)村地區(qū)不同類型水體污染特征及影響因素的研究較少，由于區(qū)域水環(huán)境污染是各種污染綜合的結(jié)果，因此，開展不同類型水體污染特征研究十分必要.

淮河是我國(guó)的八大水系之一，隨著流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，淮河流域水體污染日趨嚴(yán)重.2015年淮河流域94個(gè)國(guó)控?cái)嗝嬷?，無(wú)Ⅰ類水質(zhì)斷面，Ⅱ類占6.4%，Ⅲ類占47.9%，Ⅳ類占22.3%，Ⅴ類占13.8%，劣Ⅴ類占9.6%，主要污染指標(biāo)為COD、BOD5(五日生化需氧量)和總磷.近年來(lái)有關(guān)淮河流域農(nóng)村水環(huán)境污染與癌癥高發(fā)的報(bào)道時(shí)常見諸報(bào)端[9]，表明淮河流域農(nóng)村水環(huán)境污染依然十分嚴(yán)重.本研究以河南省禹州市古城鎮(zhèn)桐樹張村為例，對(duì)研究區(qū)淀粉廠廢水、生活污水和地表水進(jìn)行取樣，分析三類水體的污染特征及其影響因素，為區(qū)域農(nóng)村水環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)概況

桐樹張村位于淮河上游(113°30′～113°31′E, 34°13′～34°14′N)，區(qū)域面積32.23 km2，地處伏牛山余脈，以丘陵地貌為主，海拔約為200 m，地勢(shì)北高南低，村內(nèi)河流自北向南注入潁河支流清潩河，最終匯入淮河.屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同期，熱量資源豐富，光照充足，冬季無(wú)霜期長(zhǎng)，適宜作物生長(zhǎng)，年平均氣溫14.7 ℃，年降水量579 mm.土壤類型以砂土為主，土層深厚，有機(jī)質(zhì)豐富，排水性能良好，紅薯為本地區(qū)的主要農(nóng)作物.紅薯淀粉加工是桐樹張村的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，目前村內(nèi)有三粉加工企業(yè)四十余家.

2 研究方法

于2017年3月采集水樣，其中地表水樣品5個(gè)(編號(hào)為1、2、3、4、5)，淀粉廠廢水樣品5個(gè)(編號(hào)為6、7、8、9、10)，生活污水樣品5個(gè)(編號(hào)為11、12、13、14、15)，共15個(gè)采樣點(diǎn).淀粉廠廢水樣品從工廠廢水直排口和總沉淀池采集；生活污水樣品從居民家庭的污水出水口采集；地表水樣品沿河道采集.采樣點(diǎn)分布如圖1所示.

水樣pH值采用比色法于現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)試.利用聚乙烯瓶收集水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，COD采用重鉻酸鉀微波消解法測(cè)定，總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，總磷采用鉬酸銨光度法測(cè)定.

圖1 桐樹張村水樣采樣點(diǎn)分布圖

3 結(jié)果與討論

3.1 淀粉廠廢水水質(zhì)特征

由表1可知，淀粉廠廢水的pH值為5.8～6.7，平均值為6.2.COD含量為150.86～1 209.6 mg·L-1，平均值為694.1 mg·L-1，為地表水環(huán)境質(zhì)量(V類)標(biāo)準(zhǔn)17.4倍，同時(shí)也超過(guò)淀粉工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 25461-2010)所規(guī)定的排放值(表2)6.9倍.總氮為1.69～20.47 mg·L-1，平均值為7.24 mg·L-1，是地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的3.6倍；總磷為0.11～0.49 mg·L-1，平均值為0.23 mg·L-1，不超標(biāo).由此可見，淀粉廠廢水的主要污染物為COD和總氮.淀粉廠廢水直接排入河流，將加重水體富營(yíng)養(yǎng)化，降低水體pH值，增加水體礦化度，影響地下水水質(zhì)，甚至對(duì)下游流域的生態(tài)環(huán)境造成破壞.紅薯淀粉加工產(chǎn)生的廢水主要包括洗滌廢水、黃漿廢水、蛋白質(zhì)水和冷卻水.洗滌廢水主要源于清洗紅薯表皮泥土所產(chǎn)生，此類廢水特點(diǎn)為排放量大，但污染物濃度較低，主要物質(zhì)為泥土.黃漿廢水為紅薯粉碎磨成漿液后，經(jīng)過(guò)過(guò)篩和離心機(jī)提取淀粉后產(chǎn)生的廢水，此類廢水的特點(diǎn)為排放量相對(duì)較小，但污染物濃度高，尤其是COD.蛋白質(zhì)水為淀粉精加工過(guò)程中再次沉淀洗滌以及粉條成型后的清水冷卻產(chǎn)生的廢水，此類廢水的特點(diǎn)為排放量較大，污染物濃度較低.冷卻水為生產(chǎn)中對(duì)真空干燥器進(jìn)行冷卻產(chǎn)生的廢水，此類廢水的特點(diǎn)為排放量大，幾乎不含有污染物.

表1 桐樹張村水體樣品數(shù)據(jù)

表2 水體污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

由表1可知，桐樹張村淀粉廠廢水各采樣點(diǎn)間COD濃度表現(xiàn)出較大差異.10號(hào)水樣為黃漿廢水，COD濃度高達(dá)1 209.6 mg·L-1，為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)的30.2倍，是淀粉工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定排放值的12.1倍，總氮含量高達(dá)20.47 mg·L-1，為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的10.2倍.7號(hào)和9號(hào)水樣COD濃度較低，分別為150.9和378.8 mg·L-1，可能是由于它們是從淀粉廠總沉淀池中采集，池內(nèi)廢水包括各個(gè)加工環(huán)節(jié)所排放的廢水，其中洗滌廢水和冷卻水的水量比例較大，稀釋了黃漿廢水和蛋白質(zhì)水較高的COD濃度.6號(hào)和8號(hào)水樣為蛋白質(zhì)水，COD濃度居中，分別為849.2和882.0 mg·L-1.淀粉廠廢水各采樣點(diǎn)間COD濃度差異反映了不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)廢水污染物含量的差異，與已有的相關(guān)研究結(jié)果一致.前人對(duì)馬鈴薯加工廢水的研究表明，馬鈴薯洗滌廢水占總廢水量的70%，COD濃度為1 500 mg·L-1，淀粉提取工段廢水占總廢水量的10%，COD濃度為35 000 mg·L-1，淀粉洗滌工段廢水占20%，COD濃度為2 500 mg·L-1.

3.2 生活污水水質(zhì)特征

由表1可知，桐樹張村生活污水的pH值在6.2～8.2之間，平均值為7.1.COD濃度范圍為655.20～1 443.12 mg·L-1，平均值為1 007.66 mg·L-1，超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)25.2倍；總磷為1.46～3.77 mg·L-1，平均值為2.62 mg·L-1，超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)6.6倍，總氮為15.86～23.1 mg·L-1，平均值為19.67 mg·L-1，超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)9.8倍.生活污水樣品中COD、總氮和總磷均污染嚴(yán)重.

研究所采集的生活污水樣品全部為灰水，即除沖廁用水以外的廚房用水、洗衣和洗浴用水等，不同生活污水的主要污染物濃度存在較大差別[10].13號(hào)和15號(hào)水樣分別為廚房用水和洗衣用水，COD和總磷濃度最高，COD含量分別為1 443.1和1 281.8 mg·L-1，總磷含量分別為3.35和3.77 mg·L-1，分別是地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)36.1、32.0、8.4和9.4倍.馮慶等研究表明，在各類生活污水中，廚房污水中COD的濃度普遍高于其他類型生活污水[11].廚房用水和洗衣用水中總磷超標(biāo)，反映了目前農(nóng)村地區(qū)洗滌用品質(zhì)量問(wèn)題.雖然我國(guó)近年來(lái)提倡和要求使用無(wú)磷洗滌產(chǎn)品，但含磷洗滌產(chǎn)品依然存在，尤其在我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)，劣質(zhì)含磷洗滌劑、洗衣粉等仍大量的使用，桐樹張村生活污水總磷數(shù)據(jù)也印證了這種現(xiàn)象.

3.3 地表水水質(zhì)特征

由表1可知，桐樹張村地表水的pH值在5.8～6.6之間，平均值為6.3.COD濃度范圍為88.20～799.68 mg·L-1，平均值為398.46 mg·L-1，超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)9.9倍；總氮濃度范圍為4.32～8.87 mg·L-1，平均值為6.99 mg·L-1，超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)3.5倍.總磷濃度范圍為0.03～0.57 mg·L-1，平均值為0.27 mg·L-1，除1號(hào)樣品外(0.57 mg·L-1)，均低于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)所規(guī)定的排放值.可見，地表水的主要污染物為COD和總氮，同時(shí)存在一定的總磷污染.

桐樹張村境內(nèi)河流的流向近似為自北向南，1號(hào)、2號(hào)水樣為沿河采集，COD、總氮含量相差不大，但1號(hào)上游有大量生活垃圾堆放，總磷含量明顯高于其他4個(gè)采樣點(diǎn).這與前人研究發(fā)現(xiàn)的有垃圾堆放的水樣中COD含量和總氮含量明顯高于其他水樣的結(jié)果一致[12].3號(hào)上游有淀粉廠廢水直接排放口，導(dǎo)致3號(hào)采樣點(diǎn)水樣的各項(xiàng)指標(biāo)明顯高于1、2號(hào)采樣點(diǎn)，尤其是COD含量.4號(hào)采樣點(diǎn)為區(qū)域匯水湖中采取，污染物通過(guò)水流匯入湖中，經(jīng)過(guò)稀釋污染物濃度有所下降，但COD仍然超標(biāo).5號(hào)采樣點(diǎn)于村內(nèi)溝渠采集，其中淀粉廠廢水比例大，生活污水排放量小，比例較小，水樣的COD、總氮含量偏高，總磷含量偏低.

3.4 三類水體污染特征對(duì)比

從圖2可以看出，桐樹張村三類水體的污染物濃度差異明顯，不同類型水體污染物濃度差異主要反映了各自主要污染源的差異.生活污水具有最高COD值、最高總氮值、最高總磷值和較高的pH的特征，超標(biāo)嚴(yán)重，這與前人對(duì)生活污水的水質(zhì)特征研究基本是一致的.淀粉廠廢水主要表現(xiàn)為高COD值、高總氮值、低總磷值和低pH的特征，COD和總氮含量均超標(biāo)嚴(yán)重，但均低于生活污水含量值.而作為各種污染水體最終受體的地表水，其各污染指標(biāo)主要反映了淀粉廠廢水、生活污水以及其他污染源等共同作用的結(jié)果，表現(xiàn)出具有高COD值、高總氮值和低總磷的特征.

研究表明，在我國(guó)農(nóng)村，即使是那些具有一定污水處理設(shè)備的江浙滬地區(qū)，仍有三到五成未經(jīng)任何處理的污水被排放到自然河道中[13]，對(duì)地表水造成嚴(yán)重的影響.以桐樹張村為代表的廣大中原農(nóng)村地區(qū)，并無(wú)江浙滬一帶較為完善的農(nóng)村污水處理系統(tǒng)，各種污水未經(jīng)任何處理直接排放至河流中的現(xiàn)象仍極為普遍.樣品采集期間，作者發(fā)現(xiàn)桐樹張村地表水體發(fā)黑發(fā)臭，而如此高的污染物含量也會(huì)對(duì)飲用水源和地下水安全造成極大的威脅，若不加以治理必將威脅到村民的身體健康.本區(qū)域處于淮河流域的上游，未經(jīng)處理的廢水排放至地表河流中，還會(huì)污染下游河段的水質(zhì)，影響流域的生態(tài)環(huán)境.因此，治理流域尺度生態(tài)環(huán)境，需高度重視小尺度范圍污染物的治理.就本研究而言，采取針對(duì)淀粉廠廢水、生活污水和固體廢棄物垃圾的治理措施是區(qū)域地表水污染治理的重要內(nèi)容.

圖2 桐樹張村水樣COD、總氮和總磷的含量特征

4 結(jié)論

桐樹張村水環(huán)境污染極其嚴(yán)重，主要污染物為COD、總氮和總磷.三類水體的污染物濃度差異明顯，反映了各自主要污染源的差異.

生活污水具有最高COD、高總氮、高總磷和較高的pH的特征.淀粉廠廢水表現(xiàn)為高COD、高總氮、低總磷和低pH的特征，各主要污染物指標(biāo)均低于生活污水，而作為各種污染水體最終受體的地表水，其各污染指標(biāo)主要反映了淀粉廠廢水、生活污水以及其他污染源等共同作用的結(jié)果，表現(xiàn)出具有高COD、高總氮和低總磷的特征.

采取有針對(duì)性的治理措施，尤其是針對(duì)淀粉廠廢水、生活污水和農(nóng)村固體廢棄物垃圾的措施是研究區(qū)地表水污染治理的重要內(nèi)容.