劉 浩，牟潤(rùn)芝，王麗艷，李琳琳，劉長(zhǎng)青(.青島張村河水務(wù)有限公司，青島 6600；.青島理工大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，青島 66033)

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，居民用水量日益增加，污水的排放量也呈大幅上升趨勢(shì).為保護(hù)水環(huán)境，保障居民的用水安全，新建城鎮(zhèn)水質(zhì)凈化廠(chǎng)成為主流，尾水排放也成為影響自然水體的一大重要因素[1-2].雖然城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)尾水排放做出了一定的限制，然而，即使是一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)污染物指標(biāo)還是超過(guò)了地表水Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，過(guò)高的氮、磷含量還是會(huì)對(duì)自然水體尤其是最終匯入海洋的河流的自?xún)裟芰υ斐蓢?yán)重的影響[3-4].

2015年4月，國(guó)務(wù)院正式發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(“水十條”)，明確指出“到2020年，沿海省(區(qū)、市)入海河流基本消除劣于V類(lèi)的水體”.由于青島市某河為季節(jié)性河流，旱季基本沒(méi)有徑流，某水質(zhì)凈化廠(chǎng)正式運(yùn)行通水后，運(yùn)行負(fù)荷可達(dá)4萬(wàn)m3/d，外排水將成為該河的主要徑流來(lái)源.因此，污水處理廠(chǎng)運(yùn)行后對(duì)該河水環(huán)境質(zhì)量以及生態(tài)環(huán)境會(huì)造成極為重要的影響.

本研究通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)該河河道上覆水及底泥間隙水的COD、總氮(TN)、氨氮、總磷(TP)等污染指標(biāo)，比較河道水體的水質(zhì)在水質(zhì)凈化廠(chǎng)運(yùn)行通水前后的變化，明確水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水運(yùn)行前后對(duì)河道內(nèi)源污染物釋放的影響及其對(duì)河道水質(zhì)短期及長(zhǎng)期的影響，為后期河道治理模式的選擇提供有力的數(shù)據(jù)支撐.

1 材料與方法

1.1 斷面設(shè)置

根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》(HT/T 2.3—93)及《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91—2002)要求，取樣點(diǎn)主要分布在某水質(zhì)凈化廠(chǎng)規(guī)劃排水口上下游特征斷面.考慮到河道現(xiàn)狀特征，在水質(zhì)凈化廠(chǎng)的規(guī)劃排水口(P)上游設(shè)置2個(gè)取樣斷面，分別為上游漫水橋斷面(斷面Q)以及上游迷宮堰斷面(斷面M)；排水口下游設(shè)置4個(gè)取樣斷面，分別為橡膠壩斷面(斷面X)、深圳路橋下斷面(斷面S)、海爾路橋下斷面(斷面H)、河流交匯處斷面(斷面J).為了使取樣具有代表性，每個(gè)斷面在北岸坡、河道中心、南岸坡的位置各設(shè)置3個(gè)取樣點(diǎn).

通水前河道上覆水污染物的檢測(cè)，在第1個(gè)月只取了該河最具有代表性的斷面Q、斷面M和斷面X，后來(lái)又加入斷面J，作為通水前河道上覆水的整體代表.為了更好地說(shuō)明水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水后對(duì)河道上覆水的影響，通水后追蹤檢測(cè)了所有斷面和排水口P 1年內(nèi)的污染物變化的情況.而對(duì)河道底泥間隙水的檢測(cè)，通水前選取了上游斷面Q和斷面M 2個(gè)斷面及下游斷面X和斷面J 2個(gè)斷面進(jìn)行檢測(cè)，通水后，除對(duì)下游的斷面X和斷面J進(jìn)行追蹤檢測(cè)外，又增加了下游的斷面S和斷面H 2個(gè)斷面的檢測(cè).

1.2 樣品采集及檢測(cè)方法

水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水前3個(gè)月，按照每個(gè)月1次的頻率采集河道上覆水和底泥樣品；通水后1年內(nèi)，按照河道上覆水每月1次，底泥樣品每季度1次的采集頻率，對(duì)水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水前后河道水質(zhì)及與水質(zhì)密切相關(guān)的關(guān)鍵因子進(jìn)行追蹤檢測(cè).

水樣采集采取常規(guī)水樣采集方法，保證低溫，在檢測(cè)前按檢測(cè)要求進(jìn)行過(guò)濾.底泥采用XDB0201抓斗式采泥器采集表層約5～10 cm的底泥樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室采用室內(nèi)間接取樣法分離底泥間隙水，并按檢測(cè)要求過(guò)濾.水樣和泥樣進(jìn)行預(yù)處理后，按照表1所示的檢測(cè)方法進(jìn)行各項(xiàng)污染物指標(biāo)的檢測(cè).

表1 污染指標(biāo)及檢測(cè)方法

2 結(jié)果與分析

2.1 通水前河道上覆水污染物含量

如圖1(a)所示，水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水前3個(gè)月每月河流斷面的上覆水COD濃度平均值分別為80，65，62 mg/L，除個(gè)別斷面外，河道中大多數(shù)斷面的上覆水COD濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的40 mg/L.同樣，由圖1(d)可知，通水前3個(gè)月整個(gè)河流斷面的上覆水中總磷(TP)的平均含量也是遠(yuǎn)超《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的0.4 mg/L，說(shuō)明通水前河流上覆水水質(zhì)污染情況較嚴(yán)重.而圖1(b)中僅1月份TN含量較高，2，3月份TN含量有所下降，這可能是由于1月份氣溫最低，微生物活性最低導(dǎo)致N元素?zé)o法得到有效降解.由圖1(c)可知，對(duì)于整個(gè)河流斷面的上覆水中氨氮的含量來(lái)說(shuō)，斷面Q在通水前3個(gè)月全部超標(biāo)，這可能與周?chē)用裆钣盟欧庞嘘P(guān)，其他斷面水質(zhì)雖不穩(wěn)定，但氨氮含量的平均值均小于2.0 mg/L，說(shuō)明河道中的氨氮污染不是主要污染因子.

2.2 通水前河道底泥間隙水污染物含量

如圖2(a)所示，水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水前3個(gè)月，河道底泥間隙水的COD平均濃度分別為111.67，105.06，72.54 mg/L，對(duì)比河道底泥間隙水與對(duì)應(yīng)斷面上覆水的COD污染情況(圖1(a))可以看出，河道底泥間隙水的COD濃度遠(yuǎn)高于河道上覆水的COD濃度，大部分?jǐn)嗝娴牡啄嚅g隙水COD含量均大幅高于上覆水，特別是2018年2月份河流交匯處(斷面J)的底泥間隙水COD含量是上覆水的3倍多.說(shuō)明河道底泥很有可能向上覆水釋放污染物.

如圖2(b)和(d)所示，水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水前3個(gè)月，對(duì)比對(duì)應(yīng)斷面上覆水的污染情況可以看出，河道底泥間隙水的TN，TP濃度遠(yuǎn)高于河道上覆水的TN，TP濃度，2018年2月和3月斷面Q，X，J的底泥間隙水TN含量均大幅高于上覆水，特別是3月份4個(gè)斷面的底泥間隙水TN含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上覆水.進(jìn)一步證實(shí)河道底泥污染物有向上覆水釋放的風(fēng)險(xiǎn)，是嚴(yán)重的二次污染源.

如圖2(c)所示，水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水前3個(gè)月，河道底泥間隙水的氨氮平均濃度分別為14.44，6.41，23.61 mg/L，比較河道底泥間隙水氨氮濃度與上覆水的濃度可以看出，除1月份斷面J和2月份斷面M外所有監(jiān)測(cè)斷面底泥間隙水氨氮含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，且底泥間隙水氨氮含量均大幅高于對(duì)應(yīng)斷面上覆水的氨氮濃度，特別是3月份斷面Q和斷面X的底泥間隙水氨氮含量是上覆水中含量的10倍.然而通水前上覆水氨氮濃度基本達(dá)標(biāo)，說(shuō)明底泥間隙水中的氨氮實(shí)際上并未過(guò)多地向上覆水中釋放.

綜上所述，水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水前，河道底泥間隙水污染都比較嚴(yán)重，很多斷面污染物的含量數(shù)倍于河道上覆水.這是由于在水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水前，河道中沒(méi)有穩(wěn)定的生態(tài)補(bǔ)充水，河道內(nèi)沒(méi)有徑流，河道生態(tài)環(huán)境較差，基本失去健康河道對(duì)污染物的凈化功能.此外，河道底泥作為河道的內(nèi)源污染物，各項(xiàng)污染物含量均較高，在環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，底泥會(huì)向上覆水釋放這些污染物[5]，兩方面綜合影響，導(dǎo)致本階段各項(xiàng)污染物濃度均較高.比較特殊的是，河道底泥中氨氮的吸附性能一般大于其他有機(jī)污染物，因此，在外界水環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，相對(duì)于其他有機(jī)污染物，其釋放量較小，不足以引起河道上覆水的超標(biāo).但污染物濃度較高的底泥間隙水仍是重要的潛在污染源.

2.3 通水后河道上覆水污染物含量

如圖3所示，水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水后，排水口上游2個(gè)斷面Q，M上覆水COD含量平均值分別為50，46 mg/L，仍然超標(biāo)；下游4個(gè)斷面X，S，H，J上覆水COD含量平均值分別為32，37，37，36 mg/L，水質(zhì)穩(wěn)定且達(dá)標(biāo).排水口P處COD均值為30 mg/L，遠(yuǎn)低于地表水環(huán)境質(zhì)量V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).不過(guò)在溫度較低的冬季，如2019年的1，2月份，除了進(jìn)水口P處達(dá)標(biāo)外，其他各斷面COD值均超過(guò)40 mg/ L，這是由于細(xì)菌豐度受季節(jié)影響，冬季豐度最低[6]，從而對(duì)有機(jī)污染物的降解降低.而在2019年5，6兩個(gè)月份中，上游Q，M 2個(gè)斷面COD排放嚴(yán)重超標(biāo)，平均值分別達(dá)到了102和72 mg/L，因而導(dǎo)致下游河段也有所超標(biāo)，進(jìn)而影響整個(gè)河道斷面水質(zhì).這是由于上游排水口距離居民區(qū)較近，居民排放生活污水所致，應(yīng)加大對(duì)上游斷面排水口的監(jiān)管，以切斷上游污染源.

由圖4可以看出，2018年6月份水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水后，排水口上游2個(gè)斷面Q，M上覆水TN含量平均值分別為6.59，6.29 mg/L，比通水前(圖1(b))出現(xiàn)了一定程度的下降；而下游4個(gè)斷面X，S，H，J上覆水TN含量平均值分別為9.65，9.88，8.64，8.95 mg/L，其中斷面X的TN含量明顯降低，這是因?yàn)樗|(zhì)凈化廠(chǎng)通水后，更好的水質(zhì)流入河道，擴(kuò)大了河道的環(huán)境容量.而斷面J的TN含量略有升高，這是因?yàn)閿嗝鍶距排水口P較遠(yuǎn)，較遠(yuǎn)的距離使水質(zhì)凈化廠(chǎng)對(duì)河道的影響降低.

結(jié)合2.2的論述，底泥間隙水中TN含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上覆水中的TN含量，由于河道下游河段沒(méi)有全部進(jìn)行底泥疏浚，通水后，部分?jǐn)嗝嬷械啄嚅g隙水可能會(huì)由于濃度差向環(huán)境釋放，造成部分上覆水的TN含量升高.水質(zhì)凈化廠(chǎng)正式通水后，河道中出現(xiàn)了穩(wěn)定的徑流，自?xún)裟芰Φ玫揭欢ɑ謴?fù)，環(huán)境容量擴(kuò)大，大部分?jǐn)嗝鎀N含量比通水前均有明顯降低[7].

由圖5可知，2018年6月份水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水后，排水口上游2個(gè)斷面Q，M上覆水氨氮含量平均值分別為0.40，0.35 mg/L，而下游4個(gè)斷面X，S，H，J上覆水氨氮含量均值分別為0.40，0.35，0.39，0.44 mg/L，各斷面的氨氮含量均明顯下降，且遠(yuǎn)低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的2.0 mg/L.排水口P處氨氮均值為0.39 mg/L，也遠(yuǎn)低于地表水環(huán)境質(zhì)量V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

由圖6可知，排水口上游2個(gè)斷面Q，M上覆水TP含量平均值分別為0.27，0.28 mg/L，但個(gè)別月份偶爾超標(biāo).下游4個(gè)斷面X，S，H，J上覆水TP含量平均值分別為0.23，0.23，0.24，0.28 mg/L，各斷面的TP含量均有所下降，而且均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求.排水口P處TP平均值為0.25 mg/L，遠(yuǎn)低于地表水環(huán)境質(zhì)量V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

總體而言，水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水后，4萬(wàn)m3/d的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的凈化水作為生態(tài)補(bǔ)充水外排入河道，各項(xiàng)污染物指標(biāo)均有顯著下降，明顯改善了水質(zhì)環(huán)境，對(duì)河道的生態(tài)恢復(fù)起到了至關(guān)重要的作用.在生態(tài)補(bǔ)充水對(duì)生態(tài)功能恢復(fù)的作用下，河道內(nèi)動(dòng)植物資源均起到了良好的恢復(fù).河道內(nèi)穩(wěn)定的徑流一方面大大加速了河道生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[8]，另一方面擴(kuò)大了環(huán)境容量，使得各項(xiàng)污染物指標(biāo)顯著下降并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo).

2.4 通水后河道下游斷面底泥間隙水污染物含量

由圖7(a)可以看出，通水后下游斷面X，S，H，J的底泥間隙水COD含量均較高.水質(zhì)凈化廠(chǎng)運(yùn)行半年后已經(jīng)形成了穩(wěn)定的徑流，但由于其底泥間隙水COD本底值較高(圖2(a))，因此在其他水利擾動(dòng)或環(huán)境條件變化時(shí)，如降雨時(shí)，底泥間隙水中的COD向上覆水釋放，進(jìn)而引起上覆水濃度超標(biāo).

由圖7(b)可以看出，通水后下游斷面中斷面X的底泥間隙水TN含量極高，而其他3個(gè)斷面TN含量均較低，幾乎與上覆水中的相當(dāng).水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水后形成的徑流促使底泥間隙水中的N緩慢向水中釋放，因此與之前底泥間隙水中的TN相比，通水1年后底泥間隙水中的TN含量有所降低.但是斷面X上游10 m處有橡膠壩，所以該斷面底泥間隙水受到水流的擾動(dòng)較小，其中的N沒(méi)有得到有效釋放，因此該斷面底泥間隙水TN含量仍較高.同樣，圖7(d)顯示，斷面H底泥間隙水中的TP含量在通水前期有所增多，尤其是氣溫最低的1月份，極低的氣溫和較小的水流擾動(dòng)，底泥中積累的P元素增多，且得不到有效的降解和釋放，導(dǎo)致TP含量大幅上升.通水后期，水廠(chǎng)排放的較潔凈的水使TP得到有效釋放，下游斷面底泥間隙水中的TP含量均明顯下降.

由圖7(c)可以看出，通水后下游4個(gè)斷面X，S，H，J的底泥間隙水氨氮含量平均值分別為21.55，5.16，6.39，6.60 mg/L.除了X斷面氨氮含量較高外，其他3個(gè)斷面含量相對(duì)較低，與TN不同，底泥間隙水中氨氮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上覆水的含量.水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水后形成的徑流促使底泥間隙水中的氨氮緩慢向水中釋放，因此與之前相比，底泥間隙水中的氨氮濃度有所降低，但底泥中氨氮的吸附性能較高，其釋放量較小，所以底泥中氨氮濃度仍遠(yuǎn)高于上覆水中的濃度，是潛在的二次污染源.X斷面則與TN情況相似，上游10 m處是橡膠壩，因此該斷面底泥間隙水受到水流的擾動(dòng)較小，其中的氨氮釋放量較少，因此該斷面底泥間隙水氨氮含量仍較高[9].

3 結(jié)論

1) 水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水前，該河道上覆水污染嚴(yán)重，絕大多數(shù)斷面的COD和TN在大部分時(shí)間內(nèi)均超標(biāo)，污染較為嚴(yán)重，而部分?jǐn)嗝娴陌钡蚑P遠(yuǎn)超《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)V類(lèi)水限值.

2) 水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水后，排水作為生態(tài)補(bǔ)充水，擴(kuò)大了所排河道的環(huán)境容量，一定程度上恢復(fù)了河道的生態(tài)功能，使河道的污染物含量均有所下降.上游漫水橋及迷宮堰2個(gè)斷面圍堰的存在，使上下游不連通，下游排出水不能回流到上游，其污染狀況仍不容忽視.這兩個(gè)斷面的存水會(huì)在水量大的條件下溢出到下游，是下游水環(huán)境的潛在污染源.

3) 河道底泥間隙水在通水前后的污染情況都比較嚴(yán)重，底泥間隙水中各指標(biāo)濃度均大幅高于上覆水.水質(zhì)凈化廠(chǎng)通水后，下游未疏浚河道底泥有可能在特定條件下與上覆水進(jìn)行交換，是潛在的二次污染源，后期應(yīng)進(jìn)行底泥的疏浚.