西充河自動監(jiān)測斷面氨氮含量季節(jié)性變化分析

蔡金王++何虎軍++金松

摘要：選取西充河自動監(jiān)測斷面 2014～2016年的氨氮 （NH3-N）自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，對氨氮季節(jié)變化規(guī)律及影響水體中氨氮濃度的因素進行了分析研究。結(jié)果表明：其濃度在春季變化幅度最為明顯，具有明顯的非點源污染特征，在時間尺度上和溶解氧（DO）呈現(xiàn)良好的負(fù)相關(guān)性。以此為依據(jù)，提出了可行的水污染治理策略，以使河水達到規(guī)定水質(zhì)類別的重要目的。

關(guān)鍵詞：氨氮；自動監(jiān)測；季節(jié)性變化

中圖分類號：X824

文獻標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）12008302

1引言

氨氮作為地表水質(zhì)的一個重要指標(biāo)，其含量高低直接體現(xiàn)了水體污染的程度，氨氮污染的直接后果是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，影響水生生物活動，威脅到人、畜飲用水安全，惡化了人類的生存環(huán)境。水環(huán)境中的氨氮主要存在兩種去除和轉(zhuǎn)化的途徑，一種是硝化反硝化過程，這一過程中氮經(jīng)過硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，再轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，硝酸鹽氮進而通過反硝化作用轉(zhuǎn)化成氮氣釋放到大氣而離開水環(huán)境；另一種是藻類等水生生物進行的同化作用，無機氮作為營養(yǎng)鹽被生物生長利用而從水體中去除[1]。

西充河是嘉陵江中游西岸的一級支流，發(fā)源于南充市西充縣境內(nèi)，主要由虹溪河和龍灘河兩條小河匯集，流經(jīng)西充縣、嘉陵區(qū)和順慶區(qū)境，從南充市主城區(qū)、西部匯入后穿城后匯入嘉陵江。西充河全長 121 km，全流域面積450 km2，流域內(nèi)有29個場鎮(zhèn)、205個村和32萬人口[2]。該流域集生活污染、工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)面源污染一體，其中以城鎮(zhèn)面源污染和農(nóng)業(yè)面源污染比重較大。據(jù)近幾年調(diào)查與監(jiān)測資料顯示，該河流富營養(yǎng)化較嚴(yán)重，屬嘉陵江流域主要污染河流之一。

為發(fā)揮水質(zhì)在線監(jiān)測預(yù)警作用，盡早發(fā)現(xiàn)西充河匯入嘉陵江前的水質(zhì)異常變化，在西充河匯入嘉陵江處約2000 m建有水質(zhì)自動監(jiān)測站西充河水站。為了更好地了解西充河水體中氨氮的變化規(guī)律，并為水體污染綜合防治及提高水質(zhì)類別供科學(xué)依據(jù)，選取了西充河自動監(jiān)測斷面2014～2016年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計與分析。

2監(jiān)測內(nèi)容與方法

該水站主要是對五參數(shù) （水溫、pH、DO、電導(dǎo)、濁度）、IMn和氨氮 （NH3-N）進行 1 次/h 在線監(jiān)測，從而為防止下游水質(zhì)污染迅速做出預(yù)警預(yù)報，及時追蹤污染源，進而為環(huán)境管理決策服務(wù)。西充河水站自動監(jiān)測項目、監(jiān)測方法、儀器名稱及參數(shù)詳見表 1。

3數(shù)據(jù)分析

2014～2016年西充河自動監(jiān)測斷面氨氮在線監(jiān)測數(shù)據(jù)變化圖1。

按照季節(jié)將2014～2015年數(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)氨氮含量取其平均值，見表2。

4結(jié)論與成因分析

4.1西充河玉帶自動監(jiān)測斷面氨氮變化總體趨勢

由表2可知，西充河玉帶自動監(jiān)測斷面氨氮含量季節(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，其次為夏季，而秋季和冬季的氨氮含量相對較低。該河流規(guī)定的水質(zhì)類別為Ⅲ類，其氨氮標(biāo)準(zhǔn)限值為1.0 mg/L，此斷面春季容易發(fā)生氨氮超標(biāo)現(xiàn)象，污染治理工作應(yīng)著重在春季進行

4.2徑流量對西充河斷面氨氮變化的影響

夏秋季雨量充沛，斷面徑流量較大，對水中氨氮的含量有明顯的稀釋作用。多年觀測數(shù)據(jù)表明，西充河不同季節(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，而春季和冬季的徑流量明顯較小。同一時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氨氮含量有明顯的影響。

4.3水生植物及水中微生物對氨氮的影響

在汛期來臨之前的冬春季節(jié)，雨水較少，河流水質(zhì)凈化能力較弱，而溫度逐漸上升，水生植物等生長加速，DO含量在前期也隨之增長，而后大量水生植物又消耗水體中的氧氣從而DO含量降低，水中的一些微生物（如硝化細(xì)菌）的活性減弱，硝化反應(yīng)不受高溶氧濃度所抑制，而低溶氧濃度則具有明顯的抑制作用[3，4]，同時有研究者認(rèn)為[5]，氨氮大部分是通過硝化和反硝化作用的連續(xù)反應(yīng)而去除的，一旦這兩個連續(xù)過程不能順利進行，氨氮去除效果就不理想。DO含量降低，對水中的氨氮的降解作用也隨之減弱，水體中的氨氮濃度在此時迅速增長。進入夏季后，水生植物大量生長繁殖，水生植物生長繁殖過程中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，隨著溫度進一步升高，水體中大量動植物的消耗，水體中 DO 含量仍維持在較低水平，在水生植物同化和水流稀釋的雙重作用下使水體中NH3-N濃度得以降低。同時，汛期結(jié)束時，DO含量逐漸增加，河流水體中NH3-N含量逐漸降低。由上述分析得知，西充河水質(zhì)污染具有明顯的非點源污染特征，氨氮含量在時間尺度上和溶解氧呈現(xiàn)良好的負(fù)相關(guān)性關(guān)系。西充河玉帶自動監(jiān)測斷面2016年NH3-N與DO的含量變化關(guān)系和相關(guān)性見圖2及表3。

4.4西充河斷面NH3-N季節(jié)內(nèi)變化特點及影響因素

通過計算 2016年西充河斷面 4 季代表月份NH3-N每日監(jiān)測結(jié)果的相對平均偏差得出，春、夏、秋、冬代表月份的相對平均偏差分別為98.1%，62.6%，58.9%和43. 7%，即該斷面水體中NH3-N濃度在春季的變化幅度最大，夏季次之，秋季和冬季變化不大。具體來看，春季（4 月），溫度適宜，人類活動最頻繁的時候，在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入河流水體，同時春季最適宜藻類等水生植物的生長，水生植物的同化作用消耗掉一部分營養(yǎng)鹽，同時過多的水生植物或浮游生物會消耗大量氧氣，硝化活性減弱，伴隨溶解氧量下降水體中NH3-N濃度在春季呈現(xiàn)“低-高”的總體趨勢。夏季 （ 7 月） 氣溫較高且變化較大，藻類等水生植物生長迅速，加之雨水充足，植物消耗一部分氧氣，硝化速率仍在較低水平，但在同化作用和雨水稀釋協(xié)同作用下，水體中NH3-N濃度較春季有明顯下降但仍高于秋冬季節(jié)。秋季 （ 10 月） 溫度逐漸降低，且雨水較少，水生植物生長放緩，經(jīng)歷過一個適應(yīng)期后溶解氧含量穩(wěn)步上升，NH3-N濃度也隨之下降趨于平穩(wěn)。冬季 （ 1 月） 為枯水季節(jié)，氣溫較低，植物生長緩慢，但河流周邊人類活動較少，對河流水質(zhì)影響也較小，因此NH3-N濃度最低。因此，水體中NH3-N濃度除受人類活動影響外，水生植物生長以及溶解氧含量也是影響其濃度變化的重要因素。

5對策與建議

氨氮是西充河最主要的污染物，在該河流當(dāng)前采用高錳酸鹽指數(shù)與氨氮雙因子評價水質(zhì)達標(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)是否達標(biāo)，積極開展西充河水體氨氮污染治理迫在眉睫。

（1）開展水體污染治理，必須依法監(jiān)管。必須加強排污口監(jiān)管力度，建立入河排污口長效管理機制。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、加強入河排污口巡查和執(zhí)法力度等各項工作。

（2）開展水體污染治理，必須科學(xué)監(jiān)管。一方面，要摸清西充河水體納污能力，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)注受納水體的實際情況和所處的季節(jié)，嚴(yán)禁在春、夏兩季向西充河排放氨氮廢水。此外，必須控制死水區(qū)的形成，提高河流的溶解氧濃度，以便于氨氮的轉(zhuǎn)化。

參考文獻：

[1]

俞盈.水體屮三氮轉(zhuǎn)化規(guī)律及影響因素研究[J].地球化學(xué)，2008（6）：565～571.

[2]段慧，張丹，范力，等. 西充河自動監(jiān)測斷面表層溶解氧季節(jié)變化及影響分析[J].四川環(huán)境， 2015， 34（5）：72～75.

[3]Stenstrom，M K Poduska and R A. The effect of dissolved oxygen concentration on nitrification[J]. Water Res，1980（14）：643～649.

[4]Haug R T， McCarty P L. Nitrification with the submerged filter[J].W .P.C.Fed， 1972（4）：2086～2102.

[5]李科德， 胡正嘉.蘆葦床系統(tǒng)凈化污水的機理[J]. 中國環(huán)境科學(xué)， 1995， 15（2）： 140～144.