農(nóng)村坑塘污染分析及治理建議

趙永志 高 嚴(yán) 何文麗 左子賢 趙 東 趙 金 聶宜文 石姍姍

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

0 前言

坑塘是一種與湖泊相似的靜水生態(tài)系統(tǒng)。雖然坑塘相比湖泊而言，體量(水域面積、水深)更小，生態(tài)系統(tǒng)組成更加簡單，但是其數(shù)量眾多，因此坑塘的生態(tài)功能也不容忽視。在農(nóng)村地區(qū)，坑塘兼具生態(tài)保護(hù)、旱澇調(diào)蓄和農(nóng)田灌溉等多重作用。

在我國農(nóng)村地區(qū)，目前普遍存在隨著人們生活水平提高產(chǎn)生的環(huán)保需求日益增加和環(huán)保配套設(shè)施相對薄弱的問題，大部分坑塘成為居民生活垃圾和生活污水的受納場所。坑塘單個體量較小，生態(tài)系統(tǒng)相對比較脆弱，因此更容易受到人們活動的影響。垃圾堆積和水體污染不僅使坑塘喪失了原有功能，而且對周邊生態(tài)環(huán)境和居民生活產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，成為改善農(nóng)村環(huán)境必須面對的關(guān)鍵問題之一。

針對農(nóng)村地區(qū)坑塘目前存在的污染問題，本文通過實地調(diào)研和分析我國北方某地區(qū)坑塘污染現(xiàn)狀，對坑塘污染進(jìn)行分類并給出了相應(yīng)的治理建議。

1 檢測方法

坑塘水體的COD采用快速消解分光光度法檢測[1]，氨氮采用納氏試劑分光光度法檢測[2]，總磷(TP)采用鉬酸銨分光光度法檢測[3]，pH采用電極法檢測[4]，水中重金屬含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定[5]。

坑塘底泥重金屬含量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 15618—2018表4中指定的分析方法進(jìn)行檢測[6]，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法檢測[7]，總氮(TN)采用凱氏法檢測[8]，pH采用電位法檢測[9]。

2 坑塘現(xiàn)狀

調(diào)研地區(qū)位于我國華北，調(diào)研范圍覆蓋30個行政村，總面積約60 km2。該地區(qū)整體水域面積較大，存在多個河道、湖泊和人工溝渠等。

2.1 坑塘位置分布

經(jīng)過統(tǒng)計，該地區(qū)共有坑塘66個，所有坑塘的位置分布如圖1所示。由圖1可知，該地區(qū)坑塘多數(shù)臨近河道或者溝渠。而通過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)大部分坑塘與河道溝渠等連通，只是由于連通的渠道常年缺水等原因暫時斷開。由此可推斷與河道溝渠的連通恢復(fù)后，坑塘理論上具備水量調(diào)蓄功能。

圖1 坑塘位置分布圖

各坑塘儲水量初步測算如圖2所示。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)乜犹羶λ看笾驴梢苑譃槿齻€等級：1)儲水量大于10萬m3的坑塘，僅有1處，其儲水量達(dá)到了24萬m3；2)儲水量為1～10萬m3的坑塘，有27處，這部分坑塘平均儲水量約為2.62萬m3；3)儲水量小于1萬m3的坑塘，有38處，平均儲水量約為3 300 m3，儲水量最低僅有約100 m3。所有坑塘總儲水量約為107.28萬m3。

圖2 各個坑塘儲水量

2.2 坑塘污染類型

根據(jù)坑塘污染物來源不同，將66處坑塘分為雨水坑塘、生活污水坑塘、工業(yè)污染坑塘和畜禽養(yǎng)殖污染坑塘。各類坑塘詳細(xì)情況見表1。

表1 各類坑塘信息統(tǒng)計表

雨水坑塘中的污染物主要來自初期雨水。初期雨水在沖刷田地、房屋、道路等的過程中將地表的污染物直接沖進(jìn)坑塘中，從而對坑塘水體生態(tài)環(huán)境帶來污染。這類坑塘的分布并無明顯規(guī)律可循。該地區(qū)坑塘主要為雨水坑塘，共計有49處。

生活污水坑塘的污染來源包括初期雨水和周邊住戶的生活污水直排，同時這類坑塘往往存在生活垃圾堆存的現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)研統(tǒng)計，該地區(qū)存在生活污水坑塘10處，主要分布在村莊周邊或者村內(nèi)，周圍一般居住有大量住戶。

工業(yè)污染坑塘指受到工業(yè)污水或者工業(yè)垃圾污染的坑塘，此類坑塘附近一般有生產(chǎn)車間或者小作坊。該地區(qū)一共有工業(yè)污染坑塘6處，主要受到石油類物質(zhì)污染，且坑塘內(nèi)堆存有生產(chǎn)廢棄物。工業(yè)污染坑塘有輕微異味，且水體和底泥發(fā)黑，水中基本無水生植物生長。

畜禽養(yǎng)殖污染坑塘指受到動物糞便和養(yǎng)殖場沖洗廢水污染的坑塘。該地區(qū)存在1處畜禽養(yǎng)殖坑塘，旁邊緊鄰一所養(yǎng)豬場。養(yǎng)豬場沖洗廢水長期排入該坑塘，同時糞便積累，導(dǎo)致該坑塘水體感官品質(zhì)極差，水體呈黑灰色且有強(qiáng)烈的惡臭，且沒有水生植物生長。

3 坑塘環(huán)境特征

準(zhǔn)確掌握各個坑塘水環(huán)境的生態(tài)狀況，有利于針對性地開展治理措施，保證坑塘污染得到有效控制，整體環(huán)境得到良好改善。因此對坑塘水樣和泥樣相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測。

針對雨水坑塘和生活污水坑塘，由于其污染主要分別由初期雨水進(jìn)入和生活污水直排造成，因此對它們的水樣進(jìn)行采集和檢測，檢測指標(biāo)包括pH、COD、氨氮和總磷；對于畜禽養(yǎng)殖污染坑塘和工業(yè)污染坑塘，除了檢測上述指標(biāo)，還要分別對這兩類坑塘的水樣和泥樣進(jìn)行重金屬檢測，以了解是否存在重金屬污染，避免重金屬在坑塘乃至生物體中富集，對環(huán)境產(chǎn)生潛在危害。

3.1 雨水坑塘

雨水坑塘的水質(zhì)檢測指標(biāo)包括pH值、COD、氨氮和總磷，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，雨水坑塘的pH值為7.04～9.14，且大多數(shù)介于7至8.5之間，有6處坑塘pH值超過了8.5；COD值范圍為25～218 mg/L，有1處坑塘的COD值超過200 mg/L，達(dá)到218 mg/L；氨氮濃度范圍為0.02～15.8 mg/L；總磷濃度范圍為0～3.99 mg/L。

圖3 雨水坑塘水質(zhì)檢測結(jié)果

根據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果可知，該地區(qū)大部分雨水坑塘的水質(zhì)雖然受到初期雨水的影響，但是整體水質(zhì)良好。有42處雨水坑塘在COD和pH值方面能夠滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)旱地作物的灌溉標(biāo)準(zhǔn)，剩余坑塘的污水則需要經(jīng)過合理處置后方可考慮用于農(nóng)田灌溉。這一方面可能是由于初期雨水?dāng)y帶進(jìn)入坑塘的污染物濃度較低，另一方面雨水坑塘生態(tài)系統(tǒng)具備一定的自凈能力，使得污染物濃度維持在較低水平。

此外應(yīng)注意到，雨水坑塘的水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中規(guī)定的V類水水質(zhì)，因此宜綜合考慮該地區(qū)雨污收集系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件，制定適合可持續(xù)發(fā)展的維護(hù)策略，以降低坑塘長此以往被污染的風(fēng)險。

3.2 生活污水坑塘

生活污水坑塘的水質(zhì)檢測指標(biāo)包括pH、COD、氨氮和總磷，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，生活污水坑塘的pH值范圍為6.74～8.59，有1處略微超過了8.5(8.59)；總磷濃度范圍為0.01～4.21 mg/L；氨氮濃度范圍為0.19～28.4 mg/L；COD值范圍為75～640 mg/L，有3處坑塘的COD值低于200 mg/L。

圖4 生活污水坑塘水質(zhì)檢測結(jié)果

由此可知，生活污水坑塘整體水質(zhì)條件明顯比雨水坑塘差，具有迫切的治理需求。有些生活污水坑塘水質(zhì)較好，主要是由于這些坑塘水量較大，目前排入的生活污水總量相對較小，污染物經(jīng)過稀釋后濃度大幅降低；同時坑塘的自凈作用能夠降解進(jìn)入坑塘中的一部分污染物。

3.3 工業(yè)污染坑塘

工業(yè)污染坑塘的水質(zhì)檢測指標(biāo)包括pH、COD、氨氮、總磷和重金屬，同時對坑塘底泥進(jìn)行了相關(guān)檢測。工業(yè)污染坑塘水質(zhì)檢測結(jié)果如圖5所示，坑塘水體和底泥中重金屬濃度分別如圖6和圖7所示。

圖5 工業(yè)污染坑塘水質(zhì)檢測結(jié)果

由圖5可知，工業(yè)污染坑塘的pH值范圍為7.19～8.68；總磷濃度范圍為0～1.27 mg/L；氨氮濃度范圍為0.07～10.23 mg/L；COD值范圍為64～318 mg/L。同時水中重金屬濃度檢測結(jié)果(圖6)表明工業(yè)污染坑塘水體中重金屬含量較低，滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)對于灌溉用水重金屬濃度的要求。底泥檢測結(jié)果(圖7)表明，工業(yè)污染坑塘底泥重金屬含量并未超標(biāo)，各項指標(biāo)均滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)的要求。

圖6 工業(yè)污染坑塘水體中重金屬濃度

圖7 工業(yè)污染坑塘底泥中重金屬濃度

3.4 畜禽養(yǎng)殖污染坑塘

該地區(qū)僅發(fā)現(xiàn)1處畜禽養(yǎng)殖污染坑塘，其水體和底泥相關(guān)環(huán)境指標(biāo)見表2和表3。

表2 畜禽養(yǎng)殖污染坑塘水質(zhì)檢測結(jié)果

表3 畜禽養(yǎng)殖污染坑塘重金屬濃度檢測結(jié)果

由表2可知，畜禽養(yǎng)殖污染坑塘的TP、氨氮和COD明顯高于其他類型坑塘，尤其是氨氮和總磷濃度，主要原因在于附近養(yǎng)豬場長期向坑塘內(nèi)排入沖洗廢水和糞便，超出坑塘自身凈化能力，最終導(dǎo)致各種污染物積累。

由表3可知，該坑塘內(nèi)水體和底泥的重金屬濃度并未超標(biāo)，分別符合標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)和《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)的規(guī)定。

4 坑塘污染分析討論

4.1 坑塘污染問題總結(jié)

經(jīng)過調(diào)研和檢測分析，農(nóng)村地區(qū)坑塘污染主要存在以下問題：

1)坑塘缺乏合理的管理機(jī)制，部分坑塘由于水生植物季節(jié)性凋零，水質(zhì)出現(xiàn)周期性的惡化。

2)部分坑塘水體感官品質(zhì)差，水體黑臭且污染源頭清查管控難度高，工作量大。

3)部分坑塘由于大量垃圾堆存，底泥淤積，水量銳減甚至干涸。同時垃圾和底泥持續(xù)向水體釋放污染物，對坑塘的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生持久性破壞，減少生物種類，改變微生物代謝方式等，增加治理難度[10-13]。

4)雖然本次調(diào)研中的工業(yè)污染坑塘水體和底泥中重金屬濃度均未超標(biāo)，但是工業(yè)污染物常含有難處理或有毒有害成分，因此仍有必要重視對待，盡量避免此類污染發(fā)生。

4.2 坑塘污染原因分析

造成農(nóng)村坑塘污染主要原因大致有兩個方面：

首先是雨水排入造成污染。雨水在降落的過程中，伴隨著對周圍大氣中各種污染物的溶解吸收和對道路地面、房屋樹木及田地等的沖刷，污染物逐漸積累，尤其初期雨水?dāng)y帶的污染物濃度一般相對較高[14-15]。相對于城市地區(qū)，農(nóng)村的初期雨水不僅可能帶有汽車尾氣、工廠煙塵中的污染物，還可能攜帶田地中的化肥農(nóng)藥等，而多數(shù)農(nóng)村地區(qū)目前尚缺乏初期雨水收集系統(tǒng)，因此初期雨水的直接進(jìn)入是導(dǎo)致農(nóng)村坑塘污染的重要原因之一。

同時，各種污水直排、垃圾長期堆存快速加劇污染。部分農(nóng)村地區(qū)生活污水和垃圾處理體系仍有待完善，缺乏較為妥善的處理途徑，同時村民環(huán)保意識相對淡薄，私建排污管將生活污水直排進(jìn)坑塘，或?qū)⒗鴥A倒進(jìn)坑塘。坑塘生態(tài)系統(tǒng)簡單，生活污水和垃圾中的污染物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其自凈能力所能承受的范圍，這是農(nóng)村坑塘污染的主要原因之一。同時存在部分養(yǎng)殖場和工廠污水未經(jīng)處理直排進(jìn)入坑塘的現(xiàn)象。這兩類廢水污染物濃度較高，且部分污染物處理難度大，對于坑塘的危害性較高。

5 坑塘治理建議

雖然此次調(diào)研的坑塘的水質(zhì)指標(biāo)普遍存在污染現(xiàn)象，但是整體污染程度并不十分嚴(yán)重，經(jīng)過合理的處置完全能夠恢復(fù)其原有生態(tài)功能。針對坑塘污染現(xiàn)狀，提出以下治理建議：

1)清理垃圾，源頭截污。污水直排和垃圾堆存是農(nóng)村坑塘污染的典型特征。在對坑塘水體和底泥進(jìn)行系統(tǒng)治理前，宜截斷污水排放來源，將污水收集處理后排放；同時清理坑塘岸帶和底部的垃圾，避免垃圾對坑塘環(huán)境產(chǎn)生持續(xù)污染。

2)底泥修復(fù)。底泥是坑塘重要的污染源，不但持續(xù)向水體中釋放污染物，而且在微生物活動等外力作用下懸浮時，污染物釋放到水體中的速度加快。因此底泥修復(fù)是坑塘污染治理中必不可少的重要步驟，可采用原位處理或者異位處理方式進(jìn)行。

3)水體凈化。水體凈化措施宜根據(jù)坑塘水質(zhì)和當(dāng)?shù)貤l件選擇。對于污染程度較低且周邊水源充足的坑塘，可以采取加水稀釋的方式改善水質(zhì)；對于污染程度較重的坑塘，則需要采取相應(yīng)的凈化技術(shù)(如一體化污水處理設(shè)備、人工濕地、菌劑/藥劑投加、生物纖維濾床)去除污染物。

4)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建。在坑塘水體和底泥的各個指標(biāo)達(dá)到要求后，需要完善或者重建坑塘的生態(tài)系統(tǒng)，包括水生動植物和微生物等生物群落的構(gòu)建，以提升坑塘的自凈能力，節(jié)省后期的運(yùn)行維護(hù)成本。在具備技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性的條件下，盡量將坑塘與周邊河道溝渠連通，從而強(qiáng)化坑塘生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)能力。同時，在此基礎(chǔ)上宜采取措施對坑塘生態(tài)緩沖帶進(jìn)行修復(fù)或者重建，降低初期雨水對坑塘環(huán)境的沖擊。

6 結(jié)束語

農(nóng)村坑塘作為一種小型水體，具備一定的生態(tài)調(diào)節(jié)功能，但是由于其生態(tài)系統(tǒng)較為簡單脆弱，加之農(nóng)村地區(qū)普遍存在生活水平提高和環(huán)保設(shè)施建設(shè)滯后、環(huán)保觀念相對不足的矛盾，導(dǎo)致大部分坑塘受到不同程度的污染，對改善農(nóng)村人居環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

根據(jù)污染物來源不同，農(nóng)村坑塘大致可以分為雨水坑塘、生活污水坑塘、工業(yè)污染坑塘和畜禽養(yǎng)殖污染坑塘。在坑塘治理的過程中，建議以消除污染源、提高水質(zhì)、恢復(fù)坑塘生態(tài)功能為原則，并結(jié)合坑塘污染類型和污染程度采取針對性的措施，以期能夠同時達(dá)到近期處理要求和坑塘生態(tài)功能長期保持穩(wěn)定的目標(biāo)。