府河流域孝感段高錳酸鹽指數(shù)與氨氮含量季節(jié)性變化分析

宋盼盼，伊 郎，鄭 文

(湖北省孝感市水文水資源勘測(cè)局，湖北 孝感 432100)

府河流域孝感段高錳酸鹽指數(shù)與氨氮含量季節(jié)性變化分析

宋盼盼，伊 郎，鄭 文

(湖北省孝感市水文水資源勘測(cè)局，湖北 孝感 432100)

統(tǒng)計(jì)分析府河流域孝感段全年的高錳酸鹽指數(shù)與氨氮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)該河段高錳酸鹽指數(shù)無明顯的季節(jié)性差異,而氨氮含量季節(jié)性差異顯著。通過分析其成因,提出可行的水污染治理策略,對(duì)提高水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率有重要的指導(dǎo)意義。

高錳酸鹽指數(shù);氨氮;季節(jié)性;變化 ;水污染;治理

自實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度以來，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率作為重要考核依據(jù)受到廣泛關(guān)注。根據(jù)《全國重要江河湖泊水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù)方案》要求，近期水功能區(qū)限制納污紅線主要控制項(xiàng)目為高錳酸鹽指數(shù)與氨氮。水體的高錳酸鹽指數(shù)與氨氮含量直接關(guān)系到水功能區(qū)水質(zhì)類別及達(dá)標(biāo)率，因此，掌握2者的變化規(guī)律對(duì)水功能區(qū)污染治理、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高和最嚴(yán)格水資源管理制度的落實(shí)有著重要的意義。

府河，發(fā)源于湖北大洪山麓，流經(jīng)隨州、廣水、安陸、云夢(mèng)、應(yīng)城等縣市，進(jìn)入孝感市區(qū)后穿武漢市東西湖、黃陂、江岸3區(qū)，最后至江岸諶家磯注入長江。府河孝感段長204km，占流域全長53%，是孝感市工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鎮(zhèn)居民生活用水水源地和排澇河道，也是沿河縣市各類污水的重要通道。近年來，隨著流域周邊縣市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，府河沿岸的生活污水和工業(yè)廢水排放量逐年增加。截至目前，相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，府河流域孝感段大小排污口已達(dá)100余處。長期監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:氨氮是府河流域孝感段最主要的污染物，部分水功能區(qū)氨氮含量長期超過2.0m g/L，為嚴(yán)重污染的劣V類水。為了更好地了解府河流域孝感段水體中污染物的變化規(guī)律，并為水體污染綜合防治及提高水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提供科學(xué)依據(jù)，筆者選取了府河流域孝感段多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面1年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

1 高錳酸鹽指數(shù)與氨氮在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的意義

高錳酸鹽指數(shù)是指在一定條件下用高錳酸鉀氧化水樣中的某些有機(jī)物及無機(jī)還原性物質(zhì)，由消耗的高錳酸鉀量計(jì)算相當(dāng)?shù)难趿浚?］。水中的亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等還原性無機(jī)物和在此條件下可被氧化的有機(jī)物均可消耗高錳酸鉀。因此，高錳酸鹽指數(shù)常作為水體受還原性有機(jī)物和無機(jī)物污染程度的一項(xiàng)指標(biāo)。

氨氮是指水中以游離氨(N H3)和銨離子形式存在的氮，2者的組成比例取決于水的pH和溫度［2］。氨氮是水體中主要的營養(yǎng)素，可導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象產(chǎn)生。氨氮在水中轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽和硝酸鹽時(shí)要消耗水中的溶解氧，是水體中主要的耗氧污染物，也是污水中氮的主要存在形式。

高錳酸鹽指數(shù)與氨氮作為地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)的2項(xiàng)最主要參數(shù)，《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)限值做出了如下規(guī)定［3］:

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值 m g/L

2 監(jiān)測(cè)方案

從河段上游至下游，選取5處斷面，依次為徐家、解放山、桂花潭、隔蒲潭、護(hù)子潭、孝感，長期監(jiān)測(cè)表明，各斷面均能真實(shí)、全面地反映對(duì)應(yīng)河段水質(zhì)及污染物的空間分布和變化規(guī)律。監(jiān)測(cè)頻率為每個(gè)月一次，監(jiān)測(cè)指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)與氨氮。監(jiān)測(cè)方法參照《環(huán)境監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)匯編 水環(huán)境(第3版)》中關(guān)于高錳酸鹽指數(shù)、氨氮的測(cè)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ［4，5］。

3 數(shù)據(jù)分析

將2014年3月～2015年2月府河流域孝感段高錳酸鹽指數(shù)與氨氮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歸納整理，見表2-3。

表2 2014年3月～2015年2月府河流域孝感段高錳酸鹽指數(shù)監(jiān)測(cè)成果 m g/L

表3 2014年3月～2015年2月府河流域孝感段氨氮含量監(jiān)測(cè)成果 m g/L

按照季節(jié)將上表中數(shù)據(jù)分為春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12～次年2月)4組，各季節(jié)高錳酸鹽指數(shù)及氨氮含量取對(duì)應(yīng)月份的平均值。見表4-5。

表4 2014年3月～2015年2月府河流域孝感段各季節(jié)高錳酸鹽指數(shù) m g/L

表5 2014年3月～2015年2月府河流域孝感段各季節(jié)氨氮含量 m g/L

依據(jù)表4-5中的數(shù)據(jù)，繪制出不同季節(jié)府河流域孝感段高錳酸鹽指數(shù)及氨氮含量柱形圖，如圖1-2所示。

圖1 2014年3月～2015年2月府河流域孝感段各季節(jié)高錳酸鹽指數(shù)柱形圖(單位:m g/L)

圖2 2014年3月～2015年2月府河流域孝感段各季節(jié)氨氮含量柱形圖(單位:m g/L)

4 結(jié)論與成因分析

由圖1可知，府河流域孝感段高錳酸鹽指數(shù)無明顯的季節(jié)性差異，大部分?jǐn)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)在4m g/L左右波動(dòng)，按高錳酸鹽指數(shù)單項(xiàng)評(píng)價(jià)，介于Ⅱ類水與Ⅲ類之間，均能滿足該河段水質(zhì)達(dá)標(biāo)要求。

由圖2可知，府河流域孝感段氨氮含量季節(jié)性差異顯著，且春季的氨氮含量顯著高于其他季節(jié)的氨氮含量，其次為冬季，而夏季和秋季的氨氮含量相對(duì)較低。整個(gè)河段氨氮含量普遍偏高，其中隔蒲潭、護(hù)子潭、孝感3處斷面氨氮含量長期超過2.0m g/L，為嚴(yán)重污染的劣Ⅴ類水。此外，通過各斷面氨氮含量變化可以看出，該河段主要的氨氮污染源位于桂花潭與隔蒲潭之間。

綜合分析可知，府河流域孝感段最主要的污染物為氨氮，且其含量隨季節(jié)變化顯著。在湖北省當(dāng)前采用高錳酸鹽指數(shù)與氨氮雙因子評(píng)價(jià)水質(zhì)達(dá)標(biāo)的情況下，該河段氨氮污染治理的成敗直接關(guān)系到水功能區(qū)水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，府河流域孝感段流經(jīng)安陸、云夢(mèng)、隔蒲潭、孝感等多個(gè)城鎮(zhèn)，并受納其生活污水。此外，桂花潭與隔蒲潭之間多個(gè)大型化工企業(yè)向府河排放未經(jīng)處理的高濃度氨氮廢水，導(dǎo)致隔蒲潭下游氨氮污染嚴(yán)重。在沿岸氨氮排放量基本穩(wěn)定的情況下，氨氮含量在不同季節(jié)差異顯著主要有以下3個(gè)方面原因。

(1)徑流量的影響。夏秋季雨量充沛，斷面徑流量較大，對(duì)水中氨氮的含量有明顯的稀釋作用。多年觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，府河流域孝感段各斷面不同季節(jié)徑流量差異顯著，且夏季的徑流量顯著大于其他季節(jié)的徑流量，其次為秋季，而季春和冬季的徑流量明顯較小。同一時(shí)期徑流量的大小與氨氮含量表現(xiàn)出明顯的反相關(guān)關(guān)系，因此可以確定徑流量大小對(duì)氨氮含量有顯著的影響。

(2)水利工程建設(shè)的影響。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，為了滿足沿河地區(qū)工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鎮(zhèn)居民生活用水需要，府河孝感段先后建設(shè)有多處攔水蓄水工程。在夏秋季節(jié)，由于降水較為充足，河道自然水量已達(dá)到生產(chǎn)生活用水的要求，基本不需要人為地干預(yù)，攔水蓄水較少;而春冬季節(jié)降水較少，河道水量不能滿足生產(chǎn)生活用水的要求，攔水蓄水次數(shù)多，時(shí)間長，導(dǎo)致河道流量極低，部分河段甚至成為死水。在這種情況下，氨氮污染物排入河道得不到有效稀釋、降解，最終造成河道氨氮嚴(yán)重污染。

(3)水生植物及水中微生物的影響。夏季是水生植物大量生長繁殖的季節(jié)，水生植物生長繁殖過程中大量吸收和利用水中的氨氮作為氮源，在一定程度上降低了水體中氨氮的含量。有研究表明，浮萍和鳳眼蓮等水生植物對(duì)水體中的氨氮有較高的吸收去除能力［6］。此外，夏秋季節(jié)晝長夜短，水生植物光合作用時(shí)間長強(qiáng)度大，水生植物光合作用提高了水體中溶解氧含量，在氧含量充足且溫度適宜的條件下，水中的一些微生物(如硝化細(xì)菌)的活性大大增強(qiáng)，對(duì)水中的氨氮也有降解作用。在微生物作用下，氨氮可分解成亞硝酸鹽氮，繼續(xù)分解，最終成為硝酸鹽氮、N2、N2O，完成水的自凈過程［7］。

而進(jìn)入冬季之后，河道中的水生植物大量死亡，經(jīng)過微生物分解，大量的氨氮被釋放進(jìn)入水體。有研究表明，菹草和狐尾藻在腐爛分解過程中水體的氨氮含量顯著升高［8］。同時(shí)，由于吸收氨氮的水生植物死亡，分解氨氮的微生物活性下降，新排入水體中的氨氮也得不到及時(shí)吸收和分解。當(dāng)水中的氨氮達(dá)到一定濃度之后，非離子氨透過細(xì)胞膜進(jìn)入水生動(dòng)物體內(nèi)，使得其自身的生理調(diào)節(jié)不能補(bǔ)償因高鐵血紅蛋白的含量升高而引發(fā)的體內(nèi)組織缺氧［9］，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致水生動(dòng)物死亡，從而進(jìn)一步使水體中氨氮含量升高。

5 對(duì)策與建議

氨氮是府河流域孝感段最主要的污染物，在湖北省當(dāng)前采用高錳酸鹽指數(shù)與氨氮雙因子評(píng)價(jià)水質(zhì)達(dá)標(biāo)的情況下，水體氨氮污染治理的成敗直接關(guān)系到該水功能區(qū)水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，積極開展府河流域孝感段水體氨氮污染治理迫在眉睫。

首先，開展水體污染治理，必須依法監(jiān)管。必須加強(qiáng)排污口監(jiān)管力度，建立入河排污口長效管理機(jī)制。開展入河排污口普查登記、嚴(yán)格執(zhí)行入河排污口設(shè)置審批制度、加強(qiáng)入河排污口巡查和執(zhí)法力度等各項(xiàng)工作。

其次，開展水體污染治理，必須科學(xué)監(jiān)管。一方面，要摸清府河流域水體納污能力，從總量上嚴(yán)格控制入河氨氮排放量。另一方面，在排放監(jiān)管上，不光要關(guān)心入河廢水的氨氮濃度，還要關(guān)注受納水體的實(shí)際情況和所處的季節(jié)，嚴(yán)禁在冬春2季和枯水期向府河排放氨氮廢水。此外，必須控制攔水蓄水工程的興建數(shù)量，防止死水區(qū)的形成，對(duì)于水生植物較多的河段，入秋后及時(shí)清理枯死的水生植物，防止其腐爛后將氨氮釋放進(jìn)入水體。

最后，開展水體污染治理，必須加大資金投入。目前，府河沿岸城鎮(zhèn)生活污水大多未經(jīng)處理而直排入河，部分化工企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，忽視工業(yè)廢水處理環(huán)節(jié)，甚至連夜偷排、雨季搶排。因此，必須盡快在沿岸的城鎮(zhèn)建立起公益性的生活污水處理設(shè)施，將沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水納入污水處理管網(wǎng)，在資金和政策上支持相關(guān)企業(yè)向環(huán)保型企業(yè)轉(zhuǎn)變，加大對(duì)沿河群眾的宣傳教育力度，使保護(hù)和改善府河生態(tài)環(huán)境的觀念深入人心。

［1］宋盼盼，黃琳，吳朝霞.高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的相關(guān)性分析及應(yīng)用［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2015(06):91-95.

［2］溫麗云，范朝，袁倬斌.我國環(huán)境監(jiān)測(cè)中的氨氮分析方法［J］.中國環(huán)境監(jiān)測(cè)，2005，21(04):28.

［3］中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第二編輯室.中國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)匯編 環(huán)境質(zhì)量與污染物排放［M］.2003版.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003:36.

［4］中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.環(huán)境監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)匯編 水環(huán)境 上冊(cè)［M］.第3版.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014:111-114.

［5］中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.環(huán)境監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)匯編 水環(huán)境 下冊(cè)［M］.第3版.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014:99-113.

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［8］唐金艷，曹培培，徐馳，等.水生植物腐爛分解對(duì)水質(zhì)的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，24(01):83-89.

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A

1008-1305(2016)05-0077-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.027

2016-02-16

宋盼盼(1987年—)，男，助理工程師。