淮河上游農(nóng)村水環(huán)境污染特征研究
——以禹州市桐樹張村為例

，，

(許昌學(xué)院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學(xué)院，河南 許昌 461000)

近年來，隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國部分農(nóng)村地區(qū)的水環(huán)境污染不斷惡化.農(nóng)村地表污水排放量逐年增加，組成特征越來越復(fù)雜，加之缺乏完善的污水處理設(shè)施[1]，工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)田退水等直接排入河流、池塘和溝渠，造成農(nóng)村地表水污染日益加劇，嚴(yán)重影響農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和居民身體健康[2,3]，農(nóng)村水污染治理已成為美麗鄉(xiāng)村和小康社會建設(shè)面臨的迫切任務(wù).

當(dāng)前，農(nóng)村水環(huán)境污染研究主要關(guān)注農(nóng)村生活污水特征，如生活污水排放規(guī)律[4]、不同類型生活污水污染物濃度[5-7]和污水處理技術(shù)等[8].研究表明，農(nóng)村生活污水各污染物濃度在早、中和晚各有一峰值，反映了其與居民的生活習(xí)慣和生活作息的相關(guān)性.三峽庫區(qū)農(nóng)村生活污水具有人均污水日產(chǎn)生量明顯低于城鎮(zhèn)生活污水產(chǎn)生量，而COD、總磷和總氮的濃度卻明顯高于城鎮(zhèn)生活污水的特點(diǎn)；同時，農(nóng)村生活污水COD、總磷和總氮濃度表現(xiàn)出夏季濃度較低，冬季濃度較高的規(guī)律，且 COD、總磷和總氮濃度之間具有顯著的正相關(guān)性[2].但對于農(nóng)村地區(qū)不同類型水體污染特征及影響因素的研究較少，由于區(qū)域水環(huán)境污染是各種污染綜合的結(jié)果，因此，開展不同類型水體污染特征研究十分必要.

淮河是我國的八大水系之一，隨著流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，淮河流域水體污染日趨嚴(yán)重.2015年淮河流域94個國控斷面中，無Ⅰ類水質(zhì)斷面，Ⅱ類占6.4%，Ⅲ類占47.9%，Ⅳ類占22.3%，Ⅴ類占13.8%，劣Ⅴ類占9.6%，主要污染指標(biāo)為COD、BOD5(五日生化需氧量)和總磷.近年來有關(guān)淮河流域農(nóng)村水環(huán)境污染與癌癥高發(fā)的報道時常見諸報端[9]，表明淮河流域農(nóng)村水環(huán)境污染依然十分嚴(yán)重.本研究以河南省禹州市古城鎮(zhèn)桐樹張村為例，對研究區(qū)淀粉廠廢水、生活污水和地表水進(jìn)行取樣，分析三類水體的污染特征及其影響因素，為區(qū)域農(nóng)村水環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)概況

桐樹張村位于淮河上游(113°30′～113°31′E, 34°13′～34°14′N)，區(qū)域面積32.23 km2，地處伏牛山余脈，以丘陵地貌為主，海拔約為200 m，地勢北高南低，村內(nèi)河流自北向南注入潁河支流清潩河，最終匯入淮河.屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同期，熱量資源豐富，光照充足，冬季無霜期長，適宜作物生長，年平均氣溫14.7 ℃，年降水量579 mm.土壤類型以砂土為主，土層深厚，有機(jī)質(zhì)豐富，排水性能良好，紅薯為本地區(qū)的主要農(nóng)作物.紅薯淀粉加工是桐樹張村的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，目前村內(nèi)有三粉加工企業(yè)四十余家.

2 研究方法

于2017年3月采集水樣，其中地表水樣品5個(編號為1、2、3、4、5)，淀粉廠廢水樣品5個(編號為6、7、8、9、10)，生活污水樣品5個(編號為11、12、13、14、15)，共15個采樣點(diǎn).淀粉廠廢水樣品從工廠廢水直排口和總沉淀池采集；生活污水樣品從居民家庭的污水出水口采集；地表水樣品沿河道采集.采樣點(diǎn)分布如圖1所示.

水樣pH值采用比色法于現(xiàn)場直接測試.利用聚乙烯瓶收集水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，COD采用重鉻酸鉀微波消解法測定，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，總磷采用鉬酸銨光度法測定.

圖1 桐樹張村水樣采樣點(diǎn)分布圖

3 結(jié)果與討論

3.1 淀粉廠廢水水質(zhì)特征

由表1可知，淀粉廠廢水的pH值為5.8～6.7，平均值為6.2.COD含量為150.86～1 209.6 mg·L-1，平均值為694.1 mg·L-1，為地表水環(huán)境質(zhì)量(V類)標(biāo)準(zhǔn)17.4倍，同時也超過淀粉工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 25461-2010)所規(guī)定的排放值(表2)6.9倍.總氮為1.69～20.47 mg·L-1，平均值為7.24 mg·L-1，是地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的3.6倍；總磷為0.11～0.49 mg·L-1，平均值為0.23 mg·L-1，不超標(biāo).由此可見，淀粉廠廢水的主要污染物為COD和總氮.淀粉廠廢水直接排入河流，將加重水體富營養(yǎng)化，降低水體pH值，增加水體礦化度，影響地下水水質(zhì)，甚至對下游流域的生態(tài)環(huán)境造成破壞.紅薯淀粉加工產(chǎn)生的廢水主要包括洗滌廢水、黃漿廢水、蛋白質(zhì)水和冷卻水.洗滌廢水主要源于清洗紅薯表皮泥土所產(chǎn)生，此類廢水特點(diǎn)為排放量大，但污染物濃度較低，主要物質(zhì)為泥土.黃漿廢水為紅薯粉碎磨成漿液后，經(jīng)過過篩和離心機(jī)提取淀粉后產(chǎn)生的廢水，此類廢水的特點(diǎn)為排放量相對較小，但污染物濃度高，尤其是COD.蛋白質(zhì)水為淀粉精加工過程中再次沉淀洗滌以及粉條成型后的清水冷卻產(chǎn)生的廢水，此類廢水的特點(diǎn)為排放量較大，污染物濃度較低.冷卻水為生產(chǎn)中對真空干燥器進(jìn)行冷卻產(chǎn)生的廢水，此類廢水的特點(diǎn)為排放量大，幾乎不含有污染物.

表1 桐樹張村水體樣品數(shù)據(jù)

表2 水體污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

由表1可知，桐樹張村淀粉廠廢水各采樣點(diǎn)間COD濃度表現(xiàn)出較大差異.10號水樣為黃漿廢水，COD濃度高達(dá)1 209.6 mg·L-1，為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)的30.2倍，是淀粉工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定排放值的12.1倍，總氮含量高達(dá)20.47 mg·L-1，為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的10.2倍.7號和9號水樣COD濃度較低，分別為150.9和378.8 mg·L-1，可能是由于它們是從淀粉廠總沉淀池中采集，池內(nèi)廢水包括各個加工環(huán)節(jié)所排放的廢水，其中洗滌廢水和冷卻水的水量比例較大，稀釋了黃漿廢水和蛋白質(zhì)水較高的COD濃度.6號和8號水樣為蛋白質(zhì)水，COD濃度居中，分別為849.2和882.0 mg·L-1.淀粉廠廢水各采樣點(diǎn)間COD濃度差異反映了不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)廢水污染物含量的差異，與已有的相關(guān)研究結(jié)果一致.前人對馬鈴薯加工廢水的研究表明，馬鈴薯洗滌廢水占總廢水量的70%，COD濃度為1 500 mg·L-1，淀粉提取工段廢水占總廢水量的10%，COD濃度為35 000 mg·L-1，淀粉洗滌工段廢水占20%，COD濃度為2 500 mg·L-1.

3.2 生活污水水質(zhì)特征

由表1可知，桐樹張村生活污水的pH值在6.2～8.2之間，平均值為7.1.COD濃度范圍為655.20～1 443.12 mg·L-1，平均值為1 007.66 mg·L-1，超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)25.2倍；總磷為1.46～3.77 mg·L-1，平均值為2.62 mg·L-1，超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)6.6倍，總氮為15.86～23.1 mg·L-1，平均值為19.67 mg·L-1，超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)9.8倍.生活污水樣品中COD、總氮和總磷均污染嚴(yán)重.

研究所采集的生活污水樣品全部為灰水，即除沖廁用水以外的廚房用水、洗衣和洗浴用水等，不同生活污水的主要污染物濃度存在較大差別[10].13號和15號水樣分別為廚房用水和洗衣用水，COD和總磷濃度最高，COD含量分別為1 443.1和1 281.8 mg·L-1，總磷含量分別為3.35和3.77 mg·L-1，分別是地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)36.1、32.0、8.4和9.4倍.馮慶等研究表明，在各類生活污水中，廚房污水中COD的濃度普遍高于其他類型生活污水[11].廚房用水和洗衣用水中總磷超標(biāo)，反映了目前農(nóng)村地區(qū)洗滌用品質(zhì)量問題.雖然我國近年來提倡和要求使用無磷洗滌產(chǎn)品，但含磷洗滌產(chǎn)品依然存在，尤其在我國廣大農(nóng)村地區(qū)，劣質(zhì)含磷洗滌劑、洗衣粉等仍大量的使用，桐樹張村生活污水總磷數(shù)據(jù)也印證了這種現(xiàn)象.

3.3 地表水水質(zhì)特征

由表1可知，桐樹張村地表水的pH值在5.8～6.6之間，平均值為6.3.COD濃度范圍為88.20～799.68 mg·L-1，平均值為398.46 mg·L-1，超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)9.9倍；總氮濃度范圍為4.32～8.87 mg·L-1，平均值為6.99 mg·L-1，超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)3.5倍.總磷濃度范圍為0.03～0.57 mg·L-1，平均值為0.27 mg·L-1，除1號樣品外(0.57 mg·L-1)，均低于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(V類)所規(guī)定的排放值.可見，地表水的主要污染物為COD和總氮，同時存在一定的總磷污染.

桐樹張村境內(nèi)河流的流向近似為自北向南，1號、2號水樣為沿河采集，COD、總氮含量相差不大，但1號上游有大量生活垃圾堆放，總磷含量明顯高于其他4個采樣點(diǎn).這與前人研究發(fā)現(xiàn)的有垃圾堆放的水樣中COD含量和總氮含量明顯高于其他水樣的結(jié)果一致[12].3號上游有淀粉廠廢水直接排放口，導(dǎo)致3號采樣點(diǎn)水樣的各項(xiàng)指標(biāo)明顯高于1、2號采樣點(diǎn)，尤其是COD含量.4號采樣點(diǎn)為區(qū)域匯水湖中采取，污染物通過水流匯入湖中，經(jīng)過稀釋污染物濃度有所下降，但COD仍然超標(biāo).5號采樣點(diǎn)于村內(nèi)溝渠采集，其中淀粉廠廢水比例大，生活污水排放量小，比例較小，水樣的COD、總氮含量偏高，總磷含量偏低.

3.4 三類水體污染特征對比

從圖2可以看出，桐樹張村三類水體的污染物濃度差異明顯，不同類型水體污染物濃度差異主要反映了各自主要污染源的差異.生活污水具有最高COD值、最高總氮值、最高總磷值和較高的pH的特征，超標(biāo)嚴(yán)重，這與前人對生活污水的水質(zhì)特征研究基本是一致的.淀粉廠廢水主要表現(xiàn)為高COD值、高總氮值、低總磷值和低pH的特征，COD和總氮含量均超標(biāo)嚴(yán)重，但均低于生活污水含量值.而作為各種污染水體最終受體的地表水，其各污染指標(biāo)主要反映了淀粉廠廢水、生活污水以及其他污染源等共同作用的結(jié)果，表現(xiàn)出具有高COD值、高總氮值和低總磷的特征.

研究表明，在我國農(nóng)村，即使是那些具有一定污水處理設(shè)備的江浙滬地區(qū)，仍有三到五成未經(jīng)任何處理的污水被排放到自然河道中[13]，對地表水造成嚴(yán)重的影響.以桐樹張村為代表的廣大中原農(nóng)村地區(qū)，并無江浙滬一帶較為完善的農(nóng)村污水處理系統(tǒng)，各種污水未經(jīng)任何處理直接排放至河流中的現(xiàn)象仍極為普遍.樣品采集期間，作者發(fā)現(xiàn)桐樹張村地表水體發(fā)黑發(fā)臭，而如此高的污染物含量也會對飲用水源和地下水安全造成極大的威脅，若不加以治理必將威脅到村民的身體健康.本區(qū)域處于淮河流域的上游，未經(jīng)處理的廢水排放至地表河流中，還會污染下游河段的水質(zhì)，影響流域的生態(tài)環(huán)境.因此，治理流域尺度生態(tài)環(huán)境，需高度重視小尺度范圍污染物的治理.就本研究而言，采取針對淀粉廠廢水、生活污水和固體廢棄物垃圾的治理措施是區(qū)域地表水污染治理的重要內(nèi)容.

圖2 桐樹張村水樣COD、總氮和總磷的含量特征

4 結(jié)論

桐樹張村水環(huán)境污染極其嚴(yán)重，主要污染物為COD、總氮和總磷.三類水體的污染物濃度差異明顯，反映了各自主要污染源的差異.

生活污水具有最高COD、高總氮、高總磷和較高的pH的特征.淀粉廠廢水表現(xiàn)為高COD、高總氮、低總磷和低pH的特征，各主要污染物指標(biāo)均低于生活污水，而作為各種污染水體最終受體的地表水，其各污染指標(biāo)主要反映了淀粉廠廢水、生活污水以及其他污染源等共同作用的結(jié)果，表現(xiàn)出具有高COD、高總氮和低總磷的特征.

采取有針對性的治理措施，尤其是針對淀粉廠廢水、生活污水和農(nóng)村固體廢棄物垃圾的措施是研究區(qū)地表水污染治理的重要內(nèi)容.