試論污水排放部分對天然水造成的化學(xué)影響

賴怡堃

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

試論污水排放部分對天然水造成的化學(xué)影響

賴怡堃

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

檢測污水排放部分化學(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、樣品檢測等方面分析了污水排放部分化學(xué)指標(biāo)對湖水的化學(xué)指標(biāo)變化。

污水排放；化學(xué)指標(biāo)；檢測

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。使用美國戴安公司生產(chǎn)的ICS-900型離子色譜儀測定水中的Na+、K+、Ca+、Cl-、SO42-、HCO3-，使用EDTA滴定法測試水的硬度。在進(jìn)行測試之前，先使用0.45μm醋酸纖維微孔濾膜進(jìn)行過濾，為了確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，對所有的樣品都做了平行樣，并反復(fù)進(jìn)行了測試，將相對標(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)浪對湖泊的影響比較大，并且交換水的周期比較長，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進(jìn)行計(jì)算[1]。在對污水的入湖系數(shù)進(jìn)行充分考慮后，對原來的計(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)，并對比2012～2013年湖水實(shí)測水化學(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)勢離子和主要離子的組成情況表現(xiàn)出來，可以將水化學(xué)的成因反映出來。湖泊當(dāng)前水中陽離子和陰離子的組成情況和50年代的情況對比如圖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來看，當(dāng)前湖水中陰離子和陽離子的組成成本變化明顯。通過計(jì)算湖水中的優(yōu)勢離子發(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 不同來源下湖水陰離子和陽離子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可以用來判斷蒸發(fā)巖溶解是否影響水體。在對湖泊的實(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（Na++K+）/Cl-處于平衡，即蒸發(fā)巖溶解是Cl-、Na+的主要來源[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

在對水質(zhì)進(jìn)行評價(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)我國對生活飲用水的規(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)對待該湖泊總?cè)芙庑怨腆w和湖水總硬度的增長，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

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.長江中上游水質(zhì)變化趨勢與環(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.鄱陽湖流域水化學(xué)主離子特征及其來源分析[J].環(huán)境化學(xué)，2011，30（9）：1620～1626.

[3]秦伯強(qiáng)，胡春華.中國生態(tài)系統(tǒng)定位觀測與研究數(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：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010：157～270.

X703

A

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)。