開封市河流水質(zhì)重金屬、氨氮、磷酸鹽污染特征分析

高強立 蔡曉強

摘要：此文對開封市地表水的水質(zhì)進行了調(diào)查研究，結(jié)果表明，河流中V、Cr、Zn、磷酸鹽的含量均高于對照樣。以國家地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）Ⅲ類水為評價標準，采用單因子及綜合污染指數(shù)法對開封市地表水進行評價。結(jié)果顯示，河流污染較為嚴重，其污染順序依次為：護城河>化肥河>惠濟河>黃汴河>馬家河；位于老城區(qū)河流中重金屬含量均較低或無污染；位于城郊工業(yè)區(qū)的化肥河污染較為嚴重。

基金項目：本論文獲得河南省教育廳項目，基于樹輪N、S積累序列的長時間尺度大氣環(huán)境質(zhì)量反演研究，項目編號（13A170051）資助

關(guān)鍵詞：河流；重金屬；氨氮；磷酸鹽；污染評價

中圖分類號： X522 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.08.083

近年來，開封市的經(jīng)濟迅猛發(fā)展，市區(qū)總GDP由1978年的47758萬元上升至2009年的1885256萬元。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市環(huán)境污染也日趨嚴重，水體污染尤為突出。2007年，全市工業(yè)和城市生活廢水排放總量為10157.7萬噸[1]；2008年，廢水排放總量為9546.66萬噸[2]；2009年廢水及主要污染物排放情況較上年有較大增幅，工業(yè)廢水較上年增加39.2%，生活污水較上年增加23.1%[3]。向水體排放未經(jīng)處理的污水使得開封市的水環(huán)境質(zhì)量明顯下降。開封市作為首批24座歷史文化名城之一、全國先進旅游城市，城市環(huán)境質(zhì)量已成為制約其發(fā)展的主要因素，開封市區(qū)水域面積較大，水環(huán)境質(zhì)量直接影響開封城市環(huán)境質(zhì)量。本文通過對開封市主要河流中V、Ni、Cd、Pb、As、Cu、Zn、Cr等重金屬和氨氮、磷酸鹽等分布進行調(diào)查，旨在掌握開封市地表水的污染狀況，為開封市環(huán)保提供依據(jù)，并提出相應(yīng)改善措施，為以后合理利用地表水資源以及加強污染防治提供有力的數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2011年3～4月，采集開封市黃汴河，東護城河，惠濟河，化肥河，馬家河表層水樣39個，采樣器為瓶式深水采樣器（江蘇金壇ETC-1）。河流的樣品按照一定間距依次采集，并盡量布置在河床穩(wěn)定、水流平穩(wěn)處，其中黃汴河8個，東護城河8個，化肥河8個，馬家河7個，惠濟河8個，在開封市飲水水源地黑池（樣品數(shù)5個）和柳池（樣品數(shù)5個）采集樣品作為對照樣本。采集到的瞬時水樣，現(xiàn)場記錄其水體的表觀特征（水溫、pH值），立即將其轉(zhuǎn)移入潔凈的聚乙烯瓶內(nèi)，并加入優(yōu)級純濃HNO3使其pH<2，密封保存，帶回實驗室低溫保存待測。

1.2 樣品測定

采集后的水樣經(jīng)過0.45微米的微孔濾膜過濾，依次使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，X Series2）測定水樣中的V、Ni、Cd、Pb、Co、Cu、Zn、Cr等重金屬含量；采用連續(xù)流動分析儀（SEAL，AA3）測定氨氮、磷酸鹽等。實驗過程中所使用硝酸均為優(yōu)級純，實驗用水均為超純水。所有器皿均用體積分數(shù)10%的硝酸浸泡過夜，用超純水沖洗3～5次，在烘箱中烘干備用。

1.3 評價方法

單因子污染指數(shù)：Pi=Ci/Si

式中，Pi水體中污染物為i的污染指數(shù)；Ci：單項水質(zhì)指標的實測濃度，單位：μg/L；Si：與水域功能類別對應(yīng)的的單項水質(zhì)指標濃度限值，單位：μg/L。Pi≤1，表示無污染；13，表示重度污染。

內(nèi)梅羅指數(shù)P的基本計算式[6]為：■

式中■為各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)中最大者；■為各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的平均值。P≤1，表示無污染；13，表示重度污染[7]。根據(jù)開封市水體功能區(qū)劃，本研究采用地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）[8]中的Ⅲ類水為標準：V≤50μg/L；Cr≤50μg/L；Co≤1000μg/L；Ni≤20μg/L；Cu≤1000μg/L；Zn≤1000μg/L；Cd≤5μg/L；Pb≤50μg/L；氨氮≤1000μg/L；磷酸鹽≤150μg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 河流水中重金屬含量

開封市河流水中重金屬及氨氮、磷酸鹽含量統(tǒng)計分析結(jié)果見表1。河流中V、Cr、Zn、磷酸鹽的含量均高于對照樣黑池和柳池中相應(yīng)污染因子含量。說明開封市區(qū)水體已受到不同程度的污染，主要原因可能與工農(nóng)業(yè)排放的廢水、污水進入水體有關(guān)。Co的含量除護城河未超過黑池柳池外，其他河流均超過黑池柳池。河流中氨氮的含量很高，嚴重超標。

黃汴河中，污染因子含量為氨氮>磷酸鹽>Zn>Ni>V>Cu

>Pb>Cr>Co>Cd；護城河中，污染因子含量為氨氮>磷酸鹽>Zn>Ni>V>Cr>Cu>Pb>Co>Cd；化肥河中，氨氮>磷酸鹽>Zn>Ni>V>Cr>Co>Cu>Cd>Pb；馬家河中，污染因子含量為氨氮>磷酸鹽>Zn>Ni>V>Cr>Pb>Cu>Co>Cd；惠濟河中，氨氮磷>酸鹽>Zn>Ni>V>Cr>Co>Cu>Pb>Cd。變異系數(shù)Cv反映了各采樣點之間的平均變異程度[9-10]。由表1可見，Pb，變異系數(shù)大的是化肥河、護城河；Zn，化肥河的變異系數(shù)最大，已經(jīng)超過2，主要是在第一個采樣點附近有煉鋅廠；Co，化肥河、惠濟河的變異系數(shù)較大；其他污染因子的變異系數(shù)則較小。

2.2 開封市地表水重金屬污染評價

河流中，黃汴河、護城河重金屬元素含量比較低，氨氮和磷酸鹽含量嚴重超標，這主要是因為黃汴河和護城河在老城區(qū)，可能是生活污水以及生活垃圾、工商業(yè)廢水排放過量所致；惠濟河中氨氮和磷酸鹽含量超標與生活污水和工農(nóng)業(yè)污水以及污水灌溉、使用氮肥磷肥有關(guān)；化肥河中鋅的含量均值未超標，但是其個別采樣點鋅的含量已達到1363微克/升，超過國家標準限度值，其主要原因是在化肥河附近有市東魯化工廠、開化集團煉鋅廠和炭素公司等，這些工廠排放的污染物較多，是化肥河的重要污染源，而其氨氮和磷酸鹽的含量也很高，原因可能是工業(yè)污水和生活污水的排放、化肥的流失。

利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P對開封市河流水中重金屬及氨氮、磷酸鹽綜合污染程度進行評價，結(jié)果見表2。從表2可看出綜合污染指數(shù)：護城河>化肥河>惠濟河>黃汴河>馬家河>柳池>黑池，河流的污染情況比較嚴重。P值較高的黃汴河、惠濟河、化肥河、東護城河已達到重度污染，黃汴河和東護城河污染嚴重與老城區(qū)城市居民生活污水排放及商業(yè)污水排放有關(guān)，而惠濟河和化肥河則與其周圍的工業(yè)發(fā)展有密切的關(guān)系。

通過不同城市的比較，說明開封市地表水體中的重金屬含量大多較低，這可能是由于開封城市的工業(yè)企業(yè)較少，開封市水資源較為貧乏，河流被生活垃圾和生活污水所污染。因此，應(yīng)加強對城市居民的宣傳環(huán)保工作，嚴格監(jiān)管生活污水的排放。楊永芳[15]等研究表明，開封市地表水中氨氮含量分別為：惠濟河（39070微克/升），黃汴河（25940微克/升），馬家河（38550微克/升），東護城河（25650微克/升），包公湖（2040微克/升），其值均高于本研究相應(yīng)水體氨氮濃度值，說明近年來政府采取的開展重點流域、區(qū)域環(huán)境綜合整治工作以及深入開展整治違法排污企業(yè)、保障群眾健康的環(huán)保專項行動取得了顯著的成績。

3 結(jié)論

從整體來說，開封市河流的重金屬含量符合地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）中的Ⅲ類水的標準。

河流綜合污染指數(shù)污染程度順序為：護城河>化肥河>惠濟河>黃汴河>馬家河，河流的污染情況比較嚴重。

從空間上分析，位于老城區(qū)河流中重金屬含量均較低或無污染，位于城郊工業(yè)區(qū)的化肥河污染較為嚴重，這與該區(qū)的工業(yè)發(fā)展有密切的關(guān)系。

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