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试论污水排放部分对天然水造成的化学影响

2015-11-04赖怡堃

建材与装饰 2015年37期
关键词:阴离子阳离子湖水

赖怡堃

(上海实朴检测技术服务有限公司 上海 200335)

试论污水排放部分对天然水造成的化学影响

赖怡堃

(上海实朴检测技术服务有限公司 上海 200335)

检测污水排放部分化学指标,可以更好的分析排放的污水有没有达到规定要求,为环境监督提供相应的参考依据。本文以某湖泊为例,从样品收集、样品分析、样品检测等方面分析了污水排放部分化学指标对湖水的化学指标变化。

污水排放;化学指标;检测

1 案例介绍

某湖泊为大型浅水湖,水的平均深度为1.9m,流域水的面积为2321km2。此湖在2012年末的储水量为52.1亿m3,水的交换周期约为309d。该地区降雨量充足、气候湿润温暖,水系也比较发达,地区人口的平均密度为1550人/km2,为全国平均值的10倍左右,城市水化率为73%,在人口数量不断增加的情况下,水的使用量也日益加剧,随之产生的污水也越来越多,严重影响了水环境的健康。

2 样品的采集

自2012年开始对湖泊周边地区进行样品的采集工作,一共包括了18个点的主要入湖河水样品的采集以及20个点的湖水采集。另外在2012年的2月和10月、2013年的11月、2014年的7月份分别对污水处理厂的进出口水样进行了采集,由于这些污水处理厂主要在湖泊的西北部上游地区以及湖泊的北部上游地区,包括了七个最具代表性的污水进水和出水、12个具有代表性的污水处理厂的进水和出水,采样图如图1所示。其中部分污水处理厂在运行的过程中大约有20%和40%工业废水混入,会影响计算效果。使用美国戴安公司生产的ICS-900型离子色谱仪测定水中的Na+、K+、Ca+、Cl-、SO42-、HCO3-,使用EDTA滴定法测试水的硬度。在进行测试之前,先使用0.45μm醋酸纤维微孔滤膜进行过滤,为了确保数据准确性,对所有的样品都做了平行样,并反复进行了测试,将相对标准差保持在20%以内。

3 数据的分析和计算

因为该湖泊属于浅水湖泊,风浪对湖泊的影响比较大,并且交换水的周期比较长,假设湖水和污水可以充分混合,并且在混合时,重要的离子不会出现损失。所以,排放污水对湖水造成的影响可以参考完全混合断面污染物平均浓度的模型来进行计算[1]。在对污水的入湖系数进行充分考虑后,对原来的计算方法进行了修正,然后计算离子的平均浓度,在计算过程中,只有工业污水和生活污水两种情况,计算公式如下:

图1 湖水采样图

在人类活动的影响下,湖泊湖水的变化过程比较慢,所以取2000~2006年湖水的化学数据分析计算湖水和污水混合之前的化学数据,并对比2012~2013年湖水实测水化学数据分析湖水模拟计算的结果以及湖水化学真实值。在公式中,湖水和生活污水混合后湖水主要离子的计算浓度为CS,单位为mmol/L。工业废水、生活污水和湖水混合后的离子计算浓度为CS+G,生活污水中主要离子浓度为CSC,工业废水中主要离子的浓度为CGC,湖水和污水混合之前的主要离子浓度为Ctake,工业污水的排放量为CGC,单位为m3,生活污水的排放量为VSC,单位为m3,湖泊每年的平均储水量为Vtake,单位为m3。水的交换周期为T,约为309d。进入湖泊中污水量和流域污水排放总量的百分比为80%。

4 结果分析

湖泊当前水的化学指标类型相较于50年代,水中离子的比例以及阴阳离子之间的比例关系体系了水体的化学类型,并且利用水化学三角图除了可以将地表水体优势离子和主要离子的组成情况表现出来,可以将水化学的成因反映出来。湖泊当前水中阳离子和阴离子的组成情况和50年代的情况对比如图2所示。从图2中可以看出,当前的水样点较50年代的水质偏离比较明显,并且在50年代的阳离子构成图中,水样点分散分布,但是都比较接近Mg2+和Ca2+单元,而当前水样点均集中分布,和Na+端元比较接近,根据图2来看,当前湖水中阴离子和阳离子的组成成本变化明显。通过计算湖水中的优势离子发现,湖泊水在50年代阴离子SO42-占23.1%、Cl-占18.56%、HCO3-占54.24%;阳离子Mg2+约占23.54%、Ca2+约占18.9%、Na+约占19.56%;当前湖泊中阴离子Cl-占41.98%、SO42-26.26%、HCO3-只占26.76%。阳离子Mg2+占15.99%,Ca2+占37.92%,Na+占43.4%,很显然湖泊的化学类型变化明显,已经从50年代的碳酸盐钙型水转变成了氯化钠型水。

图2 湖泊水阳离子和阴离子的组成三角图

5 分析讨论

5.1 湖泊水化学变化主要原因

根据水体离子的主要构成可以分析水体化学变化的主要原因。通常,在自然演变的情况下,钾离子和钠离子多是由于硅酸盐风化以及蒸发岩溶解造成的。钙离子和镁离子也主要是由硅酸盐、蒸发盐和碳酸盐岩溶解产生的。HCO3-则是来自碳酸盐岩的溶解,而SO42-和Cl-主要是由于蒸发岩溶解产生的[2]。调查显示,本湖泊的大多数湖水的化学特征以及流域的主要河流的Na+/ (Na++Ca2+)的比值以及Cl-/(Cl-+HCO3-)的比值都比较小,证明此流域湖水化学化和岩石风化有关,如图3所示。

图3 不同来源下湖水阴离子和阳离子Gibbs分布模式

在分析碳酸盐溶解是否控制水体,可以分析水中HCO3-和水体中(Ca2++Mg2+)的比例是否接近1:1。本湖泊所处地区的碳酸盐分布范围较广,在风化影响下,水体水化学主要为碳酸盐钙型水,在50年代,湖水中(Ca2++Mg2+)/HCO3-处于平衡状态,这些离子主要是由碳酸盐溶解后产生的。而在现在,太湖湖水中的HCO3-和湖水中的Mg2+、Ca2+的浓度明显变大,并且(Mg2++Ca2+)/ HCO3-小于1:1。

而水体中Cl-和Na+之间的比例是否接近1:1可以用来判断蒸发岩溶解是否影响水体。在对湖泊的实际情况进行分析后证明:50年代Na+-Cl-处于1:1线的两侧,如图4所示。但是还有一些水样点从1:1线的上侧偏离,由于湖泊有些部分Na+最高,那么就可以说(Na++K+)/Cl-处于平衡,即蒸发岩溶解是Cl-、Na+的主要来源[3]。和之前相比,Cl-、Na+的浓度显著提升,(Na+-Cl-)都位于1:1线的上侧,如图4所示。证明水体中Cl-和Na+浓度产生变化主要是人类活动造成的,而Cl-和Na+浓度的增加主要是由于污水的排放造成的,由此可知,污水排放是导致当前湖水中Cl-和 Na+离子浓度升高的主要原因。

图4 当前Na+-Cl-的浓度情况

5.2 湖泊水硬度的变化

在对水质进行评价时,天然水体的总硬度是影响水质的一个主要参考指标。该湖泊从50年代的55.10mg/L已经升到了155.77mg/L,远远大于全球河流40~60mg/L的总硬度,硬度大约上升了2.82倍。根据我国对生活饮用水的规定标准,要求总溶解性固体为1000mg/L,总硬度限值450mg/L,由于总溶解性固体的增长和饮用水的质量成正比,而该湖泊的各项指标均严重超标,表明人类活动对湖水天然水化学影响比较大。如果任其发展,若干年后,湖水的饮用水水源的功能将丧失,所以,要重点对待该湖泊总溶解性固体和湖水总硬度的增长,采取相应的保护措施,做好污水排放管理工作。

6 结语

综上所述,在人类活动的影响下,工业生产和日常生活排放的污水对湖水造成了较大的影响,如果任其发展将不能作为饮水水源。为了保护饮水水源,要做好污水的排放管理,保证饮水环境健康。

[1]陈静生,关文荣,夏星辉,等.长江中上游水质变化趋势与环境酸化关系初探[J].环境科学学报,2009,18(3):265~270.

[2]胡春华,周文斌,夏思奇.鄱阳湖流域水化学主离子特征及其来源分析[J].环境化学,2011,30(9):1620~1626.

[3]秦伯强,胡春华.中国生态系统定位观测与研究数据集.湖泊湿地海湾生态系统卷.江苏太湖站[M].北京:中国农业出版社,2010:157~270.

X703

A

1673-0038(2015)37-0263-02

2015-8-8

赖怡堃(1986-),男,江西赣州人,硕士研究生,研究方向为环境保护。

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