東遼河重點(diǎn)河段氮磷污染特征分析

秦 楊,劉 洋,朱 娜,吳雨華

(吉林省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,吉林 長(zhǎng)春 130000)

富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題是當(dāng)今水污染的主要問(wèn)題之一,雖然我國(guó)的污水處理效率逐步提高,但河流氮磷污染問(wèn)題仍沒(méi)有很好解決。氮素物質(zhì)對(duì)水體及人類(lèi)有很大的危害,氨氮會(huì)消耗水體中的溶解氧,同時(shí)還可轉(zhuǎn)化為亞硝胺,對(duì)人和魚(yú)類(lèi)等生物有毒害作用。富含磷酸鹽的水在光照作用下非常適合藻類(lèi)生長(zhǎng),隨著藻類(lèi)死亡及代謝,會(huì)耗去水中大量的溶解氧,造成水體質(zhì)量惡化和水生態(tài)結(jié)構(gòu)破壞。

近年來(lái),東遼河流域污染較為嚴(yán)重,成為吉林省41 條江河中污染最為嚴(yán)重的河流之一。根據(jù)近年水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果,東遼河6 個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面,除上游遼河源能達(dá)到優(yōu)良水體,其余5 個(gè)斷面Ⅴ類(lèi)、劣Ⅴ類(lèi)占比非常高,污染嚴(yán)重,主要污染指標(biāo)分別為氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、化學(xué)需氧量。已經(jīng)成為影響吉林省和下游遼寧省經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大制約性因素。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,流域內(nèi)人口迅速增多,用水量迅速加大,對(duì)河流水質(zhì)需求也越來(lái)越高,水資源供需矛盾的日益突出,已嚴(yán)重制約了流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康良好發(fā)展。從污染成因上看,水體污染以及水體環(huán)境化學(xué)成分的改變主要受自然因素、城市化和農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響[1]。而氮磷元素作為誘發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因,分析其在水體中污染的分布特征和分析水質(zhì)污染來(lái)源,有利于進(jìn)一步分析河流污染問(wèn)題,本研究選用東遼河重點(diǎn)河段為研究對(duì)象,以期為東遼河流域水環(huán)境評(píng)估策略和有效的水質(zhì)管理提供很好的技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然情況

東遼河是遼河干流上游地區(qū)東側(cè)的大支流,發(fā)源于吉林省遼源市東遼縣的哈達(dá)嶺山脈小寒蔥頂子峰東南薩哈領(lǐng)五座廟福安屯附近,源區(qū)海拔高360 米,流經(jīng)東遼縣、遼源市區(qū)、四平市伊通滿(mǎn)族自治縣、梨樹(shù)縣、公主嶺市區(qū)、雙遼市及遼寧省的西豐、昌圖等市縣,在雙遼市出省境,在遼寧省康平縣三門(mén)郭家與西遼河匯合,出省境斷面為四雙大橋。東遼河干流全長(zhǎng)360 米,吉林省境內(nèi)長(zhǎng) 321 公里,多年平均徑流量3.7 億立方米[2]。

吉林省遼河流域?qū)儋Y源型重度缺水地區(qū)。東遼河地處遼河水系上游區(qū),無(wú)過(guò)境水,而受氣候變化影響該地區(qū)持續(xù)性降水偏少,呈現(xiàn)資源型缺水[3]。流域人均水資源量495立方米,僅為全省人均值的31%、全國(guó)人均值的23%。東遼河主要支流年內(nèi)大部分時(shí)間基本呈現(xiàn)河道斷流、滯流狀態(tài)。加之城市工業(yè)、生活用水?dāng)D占生態(tài)用水,水體自?xún)裟芰θ?幾乎沒(méi)有環(huán)境容量,河流斷流問(wèn)題日益突出[4]。

1.2 水環(huán)境質(zhì)量狀況

根據(jù)歷年吉林省各級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)結(jié)果,2015年-2016 年?yáng)|遼河除上游遼河源斷面水質(zhì)保持Ⅱ類(lèi)外,其余5 個(gè)斷面水質(zhì)持續(xù)惡化,Ⅴ類(lèi)、劣Ⅴ類(lèi)水體占比達(dá)70%以上。2017 年以來(lái),流域水環(huán)境質(zhì)量狀況略有好轉(zhuǎn),至2018 年Ⅴ類(lèi)、劣Ⅴ類(lèi)水體占比降至35%以下,3 個(gè)斷面由2017 年的Ⅴ類(lèi)轉(zhuǎn)為Ⅳ類(lèi),1 個(gè)斷面由Ⅴ類(lèi)轉(zhuǎn)為劣Ⅴ類(lèi)。2019 年持續(xù)好轉(zhuǎn),東遼河治理初見(jiàn)成效,見(jiàn)表1。

表1 2015-2019 年?yáng)|遼河流域水環(huán)境質(zhì)量狀況

2016 年以來(lái)東遼河干流的主要污染物均有所下降,2019 年,水質(zhì)狀況有所好轉(zhuǎn),由重度污染變?yōu)橹卸任廴?氨氮、生化需氧量和化學(xué)需氧量分別為0.99mg/L、3.6mg/L、18.5mg/L,與2016 年相比分別下降-27.5%、58.2%和17.2%。詳見(jiàn)圖1。

2 研究方法

2.1 樣點(diǎn)布設(shè)

依據(jù)地表水監(jiān)測(cè)的布點(diǎn)原則：(1)監(jiān)測(cè)斷面必須有代表性,其點(diǎn)位和數(shù)量應(yīng)能反映水體環(huán)境質(zhì)量、污染物時(shí)空分布及變化規(guī)律,力求以較少的斷面取得最好的代表性。(2)監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)避開(kāi)死水區(qū)、回水去和排污口處,應(yīng)盡量選擇河(湖)床穩(wěn)定、河段順直、湖面寬闊、水流平穩(wěn)之處。(3)監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)應(yīng)考慮交通狀況、經(jīng)濟(jì)條件、實(shí)施安全、水文資料是否容易獲取,確保實(shí)際采樣的可行性和方便性。從上游至下游,在東遼河干流上設(shè)立遼河源、攔河閘、河清、城子上、周家河口、四雙大橋6 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。

2.2 樣品采集

采樣時(shí)用GPS 對(duì)每一個(gè)采樣點(diǎn)精準(zhǔn)定位,采樣方法執(zhí)行地表水與污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(HJ/T91-2002),并在現(xiàn)場(chǎng)加入保存劑后運(yùn)輸回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

2.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及樣品分析方法

監(jiān)測(cè)指標(biāo)為氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)。

氨氮(NH4+-N)采用《水質(zhì)氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》(HJ535-2009),總磷(TP)采用《水質(zhì)總磷的測(cè)定鉬酸銨分光光度法》(GB11893-89)和便攜式分光光度法(現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定)。

3 氨氮分布特征

3.1 氨氮季節(jié)分布特征

2015 年至2019 年?yáng)|遼河河流6 個(gè)斷面氨氮豐水期(7、8 月)平均濃度為 0.789mg/L,枯水期(1、2、3、11、12 月)平均濃度 2.738mg/L,平水期(4、5、6、9、10 月)平均濃度為1.387mg/L。枯、平水期氨氮污染較重,豐水期污染較輕,說(shuō)明流域主要污染負(fù)荷來(lái)自點(diǎn)源。

3.2 氨氮空間分布特征

2015 年至2019 年遼河源斷面氨氮平均濃度為0.286mg/L,攔河閘斷面平均濃度為1.586mg/L,河清斷面平均濃度為3.655mg/L,城子上斷面平均濃度為2.685mg/L,周家河口斷面平均濃度為1.198mg/L,四雙大橋斷面平均濃度為1.216mg/L?？傮w來(lái)說(shuō),東遼河上游遼河源斷面水質(zhì)狀況較好,入二龍湖前途經(jīng)遼源市區(qū),受城市排污影響攔河閘和河清斷面水質(zhì)狀況極差,河清斷面連續(xù)五年為劣Ⅴ類(lèi),雖經(jīng)過(guò)二龍湖后水質(zhì)有所改善,但出省斷面四雙大橋的水質(zhì)為Ⅳ類(lèi),東遼河干流整體水質(zhì)狀況為中度污染。

4 總磷分布特征

4.1 總磷時(shí)間分布特征

2015 年至2019 年?yáng)|遼河河流斷面總磷豐水期(7、8月)平均濃度為 0.1773mg/L,枯水期(1、2、3、11、12 月)平均濃度 0.3135mg/L,平水期(4、5、6、9、10 月)平均濃度為0.1792mg/L?？?、平水期總磷污染較重,豐水期污染較輕,說(shuō)明流域主要污染負(fù)荷來(lái)自點(diǎn)源。

圖1 2016 年至2019 年?yáng)|遼河干流主要污染指標(biāo)濃度變化

圖2 東遼河水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面示意圖

4.2 總磷空間分布特征

2015 年至2019 年遼河源斷面氨氮平均濃度為0.0663mg/L,攔河閘斷面平均濃度為0.2287mg/L,河清斷面平均濃度為0.2720mg/L,城子上斷面平均濃度為0.5454mg/L,周家河口斷面平均濃度為0.1490mg/L,四雙大橋斷面平均濃度為0.1321mg/L?？傮w來(lái)說(shuō),東遼河上游遼河源斷面水質(zhì)狀況較好,入二龍湖前途經(jīng)遼源市區(qū),受城市排污影響攔河閘和河清斷面水質(zhì)狀況極差,河清斷面連續(xù)五年為劣Ⅴ類(lèi),雖經(jīng)過(guò)二龍湖后水質(zhì)有所改善,但出省斷面四雙大橋的水質(zhì)為Ⅳ類(lèi),東遼河干流整體水質(zhì)狀況為中度污染。

5 東遼河氮磷來(lái)源分析

5.1 環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施薄弱

部分城市處理能力不足導(dǎo)致污水溢流問(wèn)題突出。污水收集配套管網(wǎng)建設(shè)滯后于城鎮(zhèn)發(fā)展,排污管線覆蓋率較低且不均衡,污水管網(wǎng)系統(tǒng)不健全、管網(wǎng)路徑設(shè)計(jì)不合理或管徑偏小、日常維護(hù)管理不及時(shí)等問(wèn)題較為普遍,致使部分污水沒(méi)有通過(guò)處理就直接排放,特別是城鄉(xiāng)結(jié)合部管網(wǎng)問(wèn)題尤為突出[5]。此外,鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水收集處理能力嚴(yán)重不足,重點(diǎn)鎮(zhèn)和常住人口萬(wàn)人以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)中絕大部分不具備污水收集和處理能力,污水直排入河,對(duì)河流(特別是支流)水環(huán)境質(zhì)量影響較大。

5.2 畜禽養(yǎng)殖污染嚴(yán)重,侵占生態(tài)空間問(wèn)題突出

畜禽養(yǎng)殖污染嚴(yán)重,規(guī)模以下養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境監(jiān)管薄弱,糞污收集、轉(zhuǎn)運(yùn)和集中處理體系尚未建立,大量糞污隨意堆放,造成嚴(yán)重污染[6]。禁養(yǎng)區(qū)內(nèi)部分養(yǎng)殖場(chǎng)未做到“去功能化”,存在“死灰復(fù)燃”隱患。農(nóng)村存在大量非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn),垃圾污染問(wèn)題突出。遼河、飲馬河、伊通河、輝發(fā)河、拉林河流域河道和河灘地被占用問(wèn)題突出,導(dǎo)致流域生態(tài)環(huán)境壓力加大。

5.3 點(diǎn)源污染負(fù)荷大,環(huán)境違法問(wèn)題仍屢有發(fā)生

重污染行業(yè)污染負(fù)荷居高不下,工業(yè)集聚區(qū)污水集中處理設(shè)施建設(shè)滯后,部分已建污水處理廠因進(jìn)水量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水量,“大馬拉小車(chē)”,造成污水處理廠運(yùn)行不穩(wěn)定[7]。此外,城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行不穩(wěn)定、污水“超越”直排、在線自動(dòng)監(jiān)控裝置運(yùn)行不正常等問(wèn)題突出,特別是在枯水期,污水處理廠不穩(wěn)定運(yùn)行是斷面水質(zhì)超標(biāo)的最重要原因(主要原因之一)[8]。

圖3 東遼河氨氮季節(jié)變化情況(2015-2019 年)

圖4 東遼河氨氮空間變化情況(2015-2019 年)

圖5 東遼河總磷季節(jié)變化情況(2015-2019 年)

圖6 東遼河總磷空間變化情況(2015-2019 年)

5.4 各地水污染防治投入不足,治污項(xiàng)目進(jìn)展緩慢

各地在落實(shí)水污染防治工作任務(wù)方面,不同程度存在著重視程度不夠、壓力逐級(jí)衰減現(xiàn)象,一些重點(diǎn)目標(biāo)任務(wù)均未按預(yù)期時(shí)限完成,導(dǎo)致治污項(xiàng)目建設(shè)滯后于水環(huán)境質(zhì)量改善需求。從各地不達(dá)標(biāo)水體達(dá)標(biāo)方案年度自查情況看,普遍存在水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)和重點(diǎn)工程項(xiàng)目進(jìn)度均未達(dá)到時(shí)限要求的情況。此外,各地雖然實(shí)施了一批工程項(xiàng)目,但“治岸不治水”,該上的項(xiàng)目沒(méi)有及時(shí)上,對(duì)流域水環(huán)境質(zhì)量改善直接效果不明顯,治污精準(zhǔn)性不高問(wèn)題突出[9]。

5.5 不利水文氣象條件加劇了水環(huán)境質(zhì)量惡化

冬季河道內(nèi)基本無(wú)天然徑流,補(bǔ)水基本靠污水處理廠排水,而污水處理廠在冬季因?yàn)檫M(jìn)水水溫低導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定、脫氮效率下降,加大了冬季水質(zhì)改善難度[10]。冬季氣溫低,影響污水處理效果。氣溫低致使污水處理廠處理效率下降,現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn),多數(shù)污水處理廠排水中氨氮濃度在5-8 毫克/升之間。濃度值雖達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求,但對(duì)于以污水處理廠排水為主要補(bǔ)水的河流而言,水質(zhì)降為劣五類(lèi)是必然結(jié)果。另外,由于氣溫低,河流氨氮的自?xún)裟芰p弱,使氨氮去除效率下降。與此同時(shí),降水少,河流生態(tài)徑流量降低。根據(jù)各地提供的水文資料顯示,輝發(fā)河、布爾哈通河、海蘭河、琿春河等支流今年1 月水量與去年同期相比降低50%左右,導(dǎo)致水體生態(tài)補(bǔ)水少,污染物濃度升高。