河北某河段水質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及污染來(lái)源分析

李根利，李嫣紅，李文強(qiáng)

（1.河北省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河北 石家莊 050037；2.河北東訊科技有限公司，河北 石家莊 050035；3.河北煜鴻項(xiàng)目管理咨詢有限公司，河北 石家莊 050035）

0 引言

《2022 年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，我國(guó)地表水監(jiān)測(cè)的3 629 個(gè)國(guó)控?cái)嗝嬷蠭～Ⅲ類水質(zhì)斷面占87.9%。同時(shí)“十四五”規(guī)劃指出，到2025 年全國(guó)地表水達(dá)到或好于Ⅲ類水體比例達(dá)到85%。雖然目前我國(guó)地表水水質(zhì)總體良好且持續(xù)改善，但仍存在部分地區(qū)相對(duì)較差。我國(guó)對(duì)地表水環(huán)境的研究主要集中于水環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)、水環(huán)境預(yù)測(cè)、水環(huán)境污染分析及建立應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)等方面。但由于每條河流布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量有限，當(dāng)河流水質(zhì)變化時(shí)，能否及時(shí)找到原因鎖定源頭還是有一定難度的。

水污染源可以分為點(diǎn)源和面源2 個(gè)大類，點(diǎn)源污染主要包括工業(yè)廢水和城市生活污水污染。點(diǎn)源污染物種類多，成分復(fù)雜，變化規(guī)律受工業(yè)廢水和生活污水的排放規(guī)律影響。

面源污染又稱為非點(diǎn)源污染，主要是指污染物從非特定的地點(diǎn)，經(jīng)降水或融雪沖刷作用，通過(guò)徑流匯入受納水體并引起水體污染。水體受到污染后，不僅會(huì)破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，還會(huì)嚴(yán)重威脅人民的用水安全，給整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)無(wú)法估量的損失。

本文基于自動(dòng)監(jiān)測(cè)和手工采樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，探討河段水質(zhì)現(xiàn)狀，并結(jié)合河段周邊污染源資料，通過(guò)核算河段污染物排放總量，進(jìn)一步溯源解析了河段的污染物來(lái)源，以期為該河段今后的水環(huán)境管理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

本文研究河段全長(zhǎng)17 680 m，由西北流向東南。河段處于中溫帶半干旱區(qū)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，雨熱同季，晝夜溫差大。河段所在地區(qū)多年平均降水量為372.3 mm。河段補(bǔ)水主要來(lái)源為地表徑流及上游水庫(kù)間斷性放水。

該河段兩側(cè)均為農(nóng)田，南側(cè)直線距離5 694 m處有一污水處理廠，為該河段唯一的工業(yè)點(diǎn)源，外排水主要通過(guò)村中水渠流入該河道。針對(duì)該污水處理廠每年外排化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand 簡(jiǎn)稱：COD）285 t，總氮85.5 t。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及相關(guān)數(shù)據(jù)收集發(fā)現(xiàn)，該河段附近村莊沒(méi)有污水管網(wǎng)及污水集中處理設(shè)施，故河段農(nóng)業(yè)面源主要涉及附近村莊的生活污水、農(nóng)業(yè)種植污水及規(guī)?；B(yǎng)殖污水。

涉及村莊8 個(gè)，人口17 223 人，其中最近的村莊直線距離760 m。農(nóng)業(yè)面源污染不僅具有量大面廣、時(shí)空變化劇烈的特征，而且因其隨機(jī)、突發(fā)、不確定性強(qiáng)的復(fù)雜過(guò)程導(dǎo)致對(duì)其的監(jiān)測(cè)、控制和治理非常困難。

2 水質(zhì)現(xiàn)狀分析

2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面分布

該河段上游4 770 m 處有一省級(jí)控制水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面（上游某斷面），該斷面為距研究河段上游最近的省控?cái)嗝妗?/p>

河段所在河流跟區(qū)域外某河流匯合后形成一條新的河流，距研究河段下游10 214 m 處的新河流上有一國(guó)家控制水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面（下游某斷面），該斷面為距研究河段下游最近的國(guó)控?cái)嗝妗?/p>

具體位置關(guān)系如圖1 所示。

圖1 某河段位置示意Fig.1 Schematic diagram of the location of a certain river

2.2 河段上下游水質(zhì)情況

該河段上游省控?cái)嗝?020 年手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如下表1 所示，該河段上游斷面整體水質(zhì)良好，達(dá)到(GB3838-2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于2020 年未對(duì)總氮進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不能判斷總氮是否為影響水質(zhì)的重點(diǎn)污染因子。

表1 某河段上游斷面2020 年手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Table 1 Manual monitoring data of the upstream section of a river in 2020

該河段上游斷面2020 年手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

根據(jù)該河段下游國(guó)控?cái)嗝?022 年手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，下游斷面整體水質(zhì)良好，其中七月總磷超過(guò)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)1.4 倍。2022 年對(duì)該斷面的總氮進(jìn)行了逐月監(jiān)測(cè)，又監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，總氮濃度在1.94～8.23 mg/L，遠(yuǎn)超地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)中的1 mg/L。

具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 該河段下游斷面手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Table 2 Manual monitoring data of the downstream section of the river

2.3 河段水質(zhì)現(xiàn)狀

為進(jìn)一步了解該河段水質(zhì)，于2023 年3 月對(duì)該河段進(jìn)行了現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)，隨機(jī)選取了河段上6 個(gè)有代表性的點(diǎn)位進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)因子為COD、氨氮、總磷、總氮。

2023 年該河段現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 2023 年河段現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果Table 3 Monitoring results of the current situation of the river section in 2023

結(jié)合該河段上游省控?cái)嗝?020 年手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及下游國(guó)控?cái)嗝?021 年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，該河段上下游水質(zhì)整體較好，但下游水總磷偶有超過(guò)地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的情況發(fā)生，全年總氮均超過(guò)地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步可推測(cè)該河段有污染物匯入的可能。

結(jié)合該河段現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該河段水質(zhì)較不穩(wěn)定，COD、氨氮、總磷、總氮4 個(gè)參數(shù)均有不同程度的超標(biāo)，A-F 點(diǎn)位的COD 和總氮濃度均超標(biāo)，A 點(diǎn)位總氮濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的40 倍以上，氨氮及總磷存在部分點(diǎn)位超標(biāo)的情況。河段水中的氮磷含量較高，一旦超出水體自凈能力，就會(huì)導(dǎo)致浮游動(dòng)植物大量增殖，從而加劇水體中的有機(jī)碳循環(huán)，不僅會(huì)引起水中溶解氧過(guò)度消耗，而且會(huì)導(dǎo)致水生生物大量死亡的現(xiàn)象。水體中氮磷元素含量過(guò)高，不僅對(duì)水生生物有毒害作用，人類食用被氮磷元素污染后的動(dòng)植物，也會(huì)導(dǎo)致一定的健康風(fēng)險(xiǎn)。因此，將COD、總氮確定為該河段水質(zhì)污染的重要參數(shù)。

3 河段污染來(lái)源分析

3.1 材料和方法

根據(jù)該河段的污染源特征，對(duì)進(jìn)入河道的主要污染源的污染負(fù)荷進(jìn)行定量評(píng)估。

污水處理廠污染物排放參照該污水處理廠2022 年排污許可證執(zhí)行報(bào)告的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)估算。城鎮(zhèn)生活散排和農(nóng)業(yè)面源污染采用排污系數(shù)法對(duì)污染負(fù)荷進(jìn)行核算，各污染源估算方法參考《排放源統(tǒng)計(jì)調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊(cè)》，各污染源的具體計(jì)算方法見(jiàn)表4。

表4 農(nóng)業(yè)面源污染物排放計(jì)算方法Table 4 Calculation method of agricultural non-point source pollutant emission

在面源污染物計(jì)算過(guò)程中，涉及到的畜牧養(yǎng)殖數(shù)量、人口數(shù)來(lái)自當(dāng)?shù)?021 年統(tǒng)計(jì)年鑒。人均排污系數(shù)參考《排放源統(tǒng)計(jì)調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊(cè)》，農(nóng)業(yè)種植污染物流失系數(shù)參照《農(nóng)業(yè)源產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊(cè)》，畜禽排污系數(shù)來(lái)自《農(nóng)業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》。

主要污染源污染負(fù)荷排放系數(shù)見(jiàn)表5。

表5 主要污染源污染負(fù)荷排放系數(shù)Table 5 Pollution load emission coefficient of major pollution sources

根據(jù)各污染源污染物的產(chǎn)生遷移途徑，參照《海河流域水資源評(píng)價(jià)》（2007 年水利水電出版社）中海河流域農(nóng)村生活污染物入河系數(shù)為0.15。參照周海明等的文獻(xiàn)中，農(nóng)業(yè)畜禽養(yǎng)殖源中COD和氨氮的入河系數(shù)為0.65，農(nóng)業(yè)源種植業(yè)的入河系數(shù)為0.35；參照曹小磊等的文獻(xiàn)中農(nóng)業(yè)畜禽養(yǎng)殖源中總磷的入河系數(shù)為0.52，總氮的入河系數(shù)為0.58。

3.2 污染來(lái)源分析

對(duì)該河段沿線的污染情況進(jìn)行計(jì)算，匯總該河段污染物總量見(jiàn)表6。

具體占比繪制餅狀圖如圖2 所示。

圖2 某河段污染物入河量占比示意Fig.2 Schematic diagram of the proportion of pollutants entering the river in a certain section

由圖2 可知，該河段主要污染物來(lái)源為工業(yè)點(diǎn)源，其中COD、氨氮、總磷、總氮的主要來(lái)源均為工業(yè)點(diǎn)源，其中COD 來(lái)源中工業(yè)點(diǎn)源占比為62.58%，氨氮來(lái)源中工業(yè)點(diǎn)源占比為85.79%，總磷來(lái)源中工業(yè)點(diǎn)源占比為96.05%，總氮來(lái)源中工業(yè)點(diǎn)源占比為94.43%。其中COD 的入河量最大為465.345 t/a，其次為總氮的入河量為90.803 t/a。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)及實(shí)地走訪發(fā)現(xiàn)，該河段上游南側(cè)直線距離5 694 m 處有一污水處理廠，該污水處理廠排水實(shí)際經(jīng)村中水渠入河，污水處理廠外排水途徑水渠長(zhǎng)度為10 353 m，該污水處理廠于2008 年10 月投入運(yùn)行，2014 年實(shí)施擴(kuò)容提標(biāo)改造，處理能力達(dá)到3 萬(wàn)t/d，日實(shí)際處理水量1.67 萬(wàn)t，排放標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918－2002 一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)?？梢詫?duì)污水廠處理工藝進(jìn)行升級(jí)改造，在原有處理工藝的基礎(chǔ)上，增加強(qiáng)化工藝。例如針對(duì)含COD 高的排水，可以采用增加新型絮凝劑工藝，對(duì)水體中的COD進(jìn)一步絮凝沉淀從而去除；針對(duì)高氮廢水，可以采取在進(jìn)水中投加碳源、增大回流比、提高生物池污泥濃度等方法，對(duì)出水的總氮進(jìn)一步進(jìn)行處理。

污水處理廠外排水渠途經(jīng)附近8 個(gè)村莊，涉及人口17 223 人。該河段北側(cè)河道有一渠口，該渠口距附近最近的村莊直線距離為820 m，此渠口為附近村鎮(zhèn)生活污水及農(nóng)業(yè)面源的入河口，渠口周邊涉及村鎮(zhèn)有3 個(gè)，涉及人口13 884 人。

該河段污水處理廠排水渠及北側(cè)排水渠涉及村莊共11 個(gè)，涉及人口31 107 人，涉及耕地面積3 885.1 公頃，主要種植作物為玉米。附近涉及規(guī)?；B(yǎng)雞廠6 個(gè)，其中蛋雞養(yǎng)殖9.7 萬(wàn)只，肉雞養(yǎng)殖18 萬(wàn)只；涉及規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)3 個(gè)，共計(jì)養(yǎng)豬1 900只；涉及規(guī)?；B(yǎng)牛場(chǎng)1 個(gè)，飼養(yǎng)奶牛450 只。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)某河段上下游斷面歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及該斷面現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該斷面有污染物匯入的風(fēng)險(xiǎn)，主要超標(biāo)污染物為COD、總氮。

（2）通過(guò)對(duì)河段的工業(yè)點(diǎn)源及農(nóng)業(yè)面源進(jìn)行估算，發(fā)現(xiàn)該河段主要的污染物來(lái)源為工業(yè)點(diǎn)源，主要匯入的污染物為COD 和總氮。

（3）通過(guò)對(duì)該河段的水質(zhì)現(xiàn)狀分析和污染物源解析，為后期有針對(duì)性的對(duì)該河段進(jìn)行污染治理提供了依據(jù)。