李根利,李嫣紅,李文強
(1.河北省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,河北 石家莊 050037;2.河北東訊科技有限公司,河北 石家莊 050035;3.河北煜鴻項目管理咨詢有限公司,河北 石家莊 050035)
《2022 年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》顯示,我國地表水監(jiān)測的3 629 個國控斷面中I~Ⅲ類水質(zhì)斷面占87.9%。同時“十四五”規(guī)劃指出,到2025 年全國地表水達到或好于Ⅲ類水體比例達到85%。雖然目前我國地表水水質(zhì)總體良好且持續(xù)改善,但仍存在部分地區(qū)相對較差。我國對地表水環(huán)境的研究主要集中于水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測、水環(huán)境預測、水環(huán)境污染分析及建立應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)等方面。但由于每條河流布設(shè)的監(jiān)測點位數(shù)量有限,當河流水質(zhì)變化時,能否及時找到原因鎖定源頭還是有一定難度的。
水污染源可以分為點源和面源2 個大類,點源污染主要包括工業(yè)廢水和城市生活污水污染。點源污染物種類多,成分復雜,變化規(guī)律受工業(yè)廢水和生活污水的排放規(guī)律影響。
面源污染又稱為非點源污染,主要是指污染物從非特定的地點,經(jīng)降水或融雪沖刷作用,通過徑流匯入受納水體并引起水體污染。水體受到污染后,不僅會破壞當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,還會嚴重威脅人民的用水安全,給整個社會的經(jīng)濟發(fā)展帶來無法估量的損失。
本文基于自動監(jiān)測和手工采樣監(jiān)測數(shù)據(jù),探討河段水質(zhì)現(xiàn)狀,并結(jié)合河段周邊污染源資料,通過核算河段污染物排放總量,進一步溯源解析了河段的污染物來源,以期為該河段今后的水環(huán)境管理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。
本文研究河段全長17 680 m,由西北流向東南。河段處于中溫帶半干旱區(qū),屬溫帶大陸性季風氣候,四季分明,光照充足,雨熱同季,晝夜溫差大。河段所在地區(qū)多年平均降水量為372.3 mm。河段補水主要來源為地表徑流及上游水庫間斷性放水。
該河段兩側(cè)均為農(nóng)田,南側(cè)直線距離5 694 m處有一污水處理廠,為該河段唯一的工業(yè)點源,外排水主要通過村中水渠流入該河道。針對該污水處理廠每年外排化學需氧量(Chemical Oxygen Demand 簡稱:COD)285 t,總氮85.5 t。
經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查及相關(guān)數(shù)據(jù)收集發(fā)現(xiàn),該河段附近村莊沒有污水管網(wǎng)及污水集中處理設(shè)施,故河段農(nóng)業(yè)面源主要涉及附近村莊的生活污水、農(nóng)業(yè)種植污水及規(guī)模化養(yǎng)殖污水。
涉及村莊8 個,人口17 223 人,其中最近的村莊直線距離760 m。農(nóng)業(yè)面源污染不僅具有量大面廣、時空變化劇烈的特征,而且因其隨機、突發(fā)、不確定性強的復雜過程導致對其的監(jiān)測、控制和治理非常困難。
該河段上游4 770 m 處有一省級控制水質(zhì)監(jiān)測斷面(上游某斷面),該斷面為距研究河段上游最近的省控斷面。
河段所在河流跟區(qū)域外某河流匯合后形成一條新的河流,距研究河段下游10 214 m 處的新河流上有一國家控制水質(zhì)監(jiān)測斷面(下游某斷面),該斷面為距研究河段下游最近的國控斷面。
具體位置關(guān)系如圖1 所示。
圖1 某河段位置示意Fig.1 Schematic diagram of the location of a certain river
該河段上游省控斷面2020 年手工監(jiān)測數(shù)據(jù)如下表1 所示,該河段上游斷面整體水質(zhì)良好,達到(GB3838-2002)Ⅲ類水質(zhì)標準。由于2020 年未對總氮進行監(jiān)測,不能判斷總氮是否為影響水質(zhì)的重點污染因子。
表1 某河段上游斷面2020 年手工監(jiān)測數(shù)據(jù)Table 1 Manual monitoring data of the upstream section of a river in 2020
該河段上游斷面2020 年手工監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。
根據(jù)該河段下游國控斷面2022 年手工監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,下游斷面整體水質(zhì)良好,其中七月總磷超過Ⅲ類標準1.4 倍。2022 年對該斷面的總氮進行了逐月監(jiān)測,又監(jiān)測結(jié)果可知,總氮濃度在1.94~8.23 mg/L,遠超地表水Ⅲ類標準中的1 mg/L。
具體數(shù)據(jù)見表2。
表2 該河段下游斷面手工監(jiān)測數(shù)據(jù)Table 2 Manual monitoring data of the downstream section of the river
為進一步了解該河段水質(zhì),于2023 年3 月對該河段進行了現(xiàn)狀監(jiān)測,隨機選取了河段上6 個有代表性的點位進行了監(jiān)測,監(jiān)測因子為COD、氨氮、總磷、總氮。
2023 年該河段現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果見表3。
表3 2023 年河段現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果Table 3 Monitoring results of the current situation of the river section in 2023
結(jié)合該河段上游省控斷面2020 年手工監(jiān)測數(shù)據(jù)以及下游國控斷面2021 年的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,該河段上下游水質(zhì)整體較好,但下游水總磷偶有超過地表水Ⅲ類標準的情況發(fā)生,全年總氮均超過地表水Ⅲ類標準。進一步可推測該河段有污染物匯入的可能。
結(jié)合該河段現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果,發(fā)現(xiàn)該河段水質(zhì)較不穩(wěn)定,COD、氨氮、總磷、總氮4 個參數(shù)均有不同程度的超標,A-F 點位的COD 和總氮濃度均超標,A 點位總氮濃度超過標準值的40 倍以上,氨氮及總磷存在部分點位超標的情況。河段水中的氮磷含量較高,一旦超出水體自凈能力,就會導致浮游動植物大量增殖,從而加劇水體中的有機碳循環(huán),不僅會引起水中溶解氧過度消耗,而且會導致水生生物大量死亡的現(xiàn)象。水體中氮磷元素含量過高,不僅對水生生物有毒害作用,人類食用被氮磷元素污染后的動植物,也會導致一定的健康風險。因此,將COD、總氮確定為該河段水質(zhì)污染的重要參數(shù)。
根據(jù)該河段的污染源特征,對進入河道的主要污染源的污染負荷進行定量評估。
污水處理廠污染物排放參照該污水處理廠2022 年排污許可證執(zhí)行報告的監(jiān)測數(shù)據(jù)估算。城鎮(zhèn)生活散排和農(nóng)業(yè)面源污染采用排污系數(shù)法對污染負荷進行核算,各污染源估算方法參考《排放源統(tǒng)計調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊》,各污染源的具體計算方法見表4。
表4 農(nóng)業(yè)面源污染物排放計算方法Table 4 Calculation method of agricultural non-point source pollutant emission
在面源污染物計算過程中,涉及到的畜牧養(yǎng)殖數(shù)量、人口數(shù)來自當?shù)?021 年統(tǒng)計年鑒。人均排污系數(shù)參考《排放源統(tǒng)計調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊》,農(nóng)業(yè)種植污染物流失系數(shù)參照《農(nóng)業(yè)源產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊》,畜禽排污系數(shù)來自《農(nóng)業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》。
主要污染源污染負荷排放系數(shù)見表5。
表5 主要污染源污染負荷排放系數(shù)Table 5 Pollution load emission coefficient of major pollution sources
根據(jù)各污染源污染物的產(chǎn)生遷移途徑,參照《海河流域水資源評價》(2007 年水利水電出版社)中海河流域農(nóng)村生活污染物入河系數(shù)為0.15。參照周海明等的文獻中,農(nóng)業(yè)畜禽養(yǎng)殖源中COD和氨氮的入河系數(shù)為0.65,農(nóng)業(yè)源種植業(yè)的入河系數(shù)為0.35;參照曹小磊等的文獻中農(nóng)業(yè)畜禽養(yǎng)殖源中總磷的入河系數(shù)為0.52,總氮的入河系數(shù)為0.58。
對該河段沿線的污染情況進行計算,匯總該河段污染物總量見表6。
具體占比繪制餅狀圖如圖2 所示。
圖2 某河段污染物入河量占比示意Fig.2 Schematic diagram of the proportion of pollutants entering the river in a certain section
由圖2 可知,該河段主要污染物來源為工業(yè)點源,其中COD、氨氮、總磷、總氮的主要來源均為工業(yè)點源,其中COD 來源中工業(yè)點源占比為62.58%,氨氮來源中工業(yè)點源占比為85.79%,總磷來源中工業(yè)點源占比為96.05%,總氮來源中工業(yè)點源占比為94.43%。其中COD 的入河量最大為465.345 t/a,其次為總氮的入河量為90.803 t/a。
經(jīng)現(xiàn)場勘測及實地走訪發(fā)現(xiàn),該河段上游南側(cè)直線距離5 694 m 處有一污水處理廠,該污水處理廠排水實際經(jīng)村中水渠入河,污水處理廠外排水途徑水渠長度為10 353 m,該污水處理廠于2008 年10 月投入運行,2014 年實施擴容提標改造,處理能力達到3 萬t/d,日實際處理水量1.67 萬t,排放標準為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002 一級A 排放標準??梢詫ξ鬯畯S處理工藝進行升級改造,在原有處理工藝的基礎(chǔ)上,增加強化工藝。例如針對含COD 高的排水,可以采用增加新型絮凝劑工藝,對水體中的COD進一步絮凝沉淀從而去除;針對高氮廢水,可以采取在進水中投加碳源、增大回流比、提高生物池污泥濃度等方法,對出水的總氮進一步進行處理。
污水處理廠外排水渠途經(jīng)附近8 個村莊,涉及人口17 223 人。該河段北側(cè)河道有一渠口,該渠口距附近最近的村莊直線距離為820 m,此渠口為附近村鎮(zhèn)生活污水及農(nóng)業(yè)面源的入河口,渠口周邊涉及村鎮(zhèn)有3 個,涉及人口13 884 人。
該河段污水處理廠排水渠及北側(cè)排水渠涉及村莊共11 個,涉及人口31 107 人,涉及耕地面積3 885.1 公頃,主要種植作物為玉米。附近涉及規(guī)?;B(yǎng)雞廠6 個,其中蛋雞養(yǎng)殖9.7 萬只,肉雞養(yǎng)殖18 萬只;涉及規(guī)模化養(yǎng)豬場3 個,共計養(yǎng)豬1 900只;涉及規(guī)?;B(yǎng)牛場1 個,飼養(yǎng)奶牛450 只。
(1)通過對某河段上下游斷面歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)及該斷面現(xiàn)狀監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)該斷面有污染物匯入的風險,主要超標污染物為COD、總氮。
(2)通過對河段的工業(yè)點源及農(nóng)業(yè)面源進行估算,發(fā)現(xiàn)該河段主要的污染物來源為工業(yè)點源,主要匯入的污染物為COD 和總氮。
(3)通過對該河段的水質(zhì)現(xiàn)狀分析和污染物源解析,為后期有針對性的對該河段進行污染治理提供了依據(jù)。