开封市河流水质重金属、氨氮、磷酸盐污染特征分析
2016-11-19高强立蔡晓强
高强立 蔡晓强
摘要：此文对开封市地表水的水质进行了调查研究，结果表明，河流中V、Cr、Zn、磷酸盐的含量均高于对照样。以国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅲ类水为评价标准，采用单因子及综合污染指数法对开封市地表水进行评价。结果显示，河流污染较为严重，其污染顺序依次为：护城河>化肥河>惠济河>黄汴河>马家河；位于老城区河流中重金属含量均较低或无污染；位于城郊工业区的化肥河污染较为严重。
基金项目：本论文获得河南省教育厅项目，基于树轮N、S积累序列的长时间尺度大气环境质量反演研究，项目编号（13A170051）资助
关键词：河流；重金属；氨氮；磷酸盐；污染评价
中图分类号： X522 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.08.083
近年来，开封市的经济迅猛发展，市区总GDP由1978年的47758万元上升至2009年的1885256万元。随着经济的快速发展，城市环境污染也日趋严重，水体污染尤为突出。2007年，全市工业和城市生活废水排放总量为10157.7万吨[1]；2008年，废水排放总量为9546.66万吨[2]；2009年废水及主要污染物排放情况较上年有较大增幅，工业废水较上年增加39.2%，生活污水较上年增加23.1%[3]。向水体排放未经处理的污水使得开封市的水环境质量明显下降。开封市作为首批24座历史文化名城之一、全国先进旅游城市，城市环境质量已成为制约其发展的主要因素，开封市区水域面积较大，水环境质量直接影响开封城市环境质量。本文通过对开封市主要河流中V、Ni、Cd、Pb、As、Cu、Zn、Cr等重金属和氨氮、磷酸盐等分布进行调查，旨在掌握开封市地表水的污染状况，为开封市环保提供依据，并提出相应改善措施，为以后合理利用地表水资源以及加强污染防治提供有力的数据支持。
1 材料与方法
1.1 样品采集
2011年3～4月，采集开封市黄汴河，东护城河，惠济河，化肥河，马家河表层水样39个，采样器为瓶式深水采样器（江苏金坛ETC-1）。河流的样品按照一定间距依次采集，并尽量布置在河床稳定、水流平稳处，其中黄汴河8个，东护城河8个，化肥河8个，马家河7个，惠济河8个，在开封市饮水水源地黑池（样品数5个）和柳池（样品数5个）采集样品作为对照样本。采集到的瞬时水样，现场记录其水体的表观特征（水温、pH值），立即将其转移入洁净的聚乙烯瓶内，并加入优级纯浓HNO3使其pH<2，密封保存，带回实验室低温保存待测。
1.2 样品测定
采集后的水样经过0.45微米的微孔滤膜过滤，依次使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，X Series2）测定水样中的V、Ni、Cd、Pb、Co、Cu、Zn、Cr等重金属含量；采用连续流动分析仪（SEAL，AA3）测定氨氮、磷酸盐等。实验过程中所使用硝酸均为优级纯，实验用水均为超纯水。所有器皿均用体积分数10%的硝酸浸泡过夜，用超纯水冲洗3～5次，在烘箱中烘干备用。
1.3 评价方法
单因子污染指数：Pi=Ci/Si
式中，Pi水体中污染物为i的污染指数；Ci：单项水质指标的实测浓度，单位：μg/L；Si：与水域功能类别对应的的单项水质指标浓度限值，单位：μg/L。Pi≤1，表示无污染；1
内梅罗指数P的基本计算式[6]为：■
式中■为各单因子环境质量指数中最大者；■为各单因子环境质量指数的平均值。P≤1，表示无污染；1
2 结果与讨论
2.1 河流水中重金属含量
开封市河流水中重金属及氨氮、磷酸盐含量统计分析结果见表1。河流中V、Cr、Zn、磷酸盐的含量均高于对照样黑池和柳池中相应污染因子含量。说明开封市区水体已受到不同程度的污染，主要原因可能与工农业排放的废水、污水进入水体有关。Co的含量除护城河未超过黑池柳池外，其他河流均超过黑池柳池。河流中氨氮的含量很高，严重超标。
黄汴河中，污染因子含量为氨氮>磷酸盐>Zn>Ni>V>Cu
>Pb>Cr>Co>Cd；护城河中，污染因子含量为氨氮>磷酸盐>Zn>Ni>V>Cr>Cu>Pb>Co>Cd；化肥河中，氨氮>磷酸盐>Zn>Ni>V>Cr>Co>Cu>Cd>Pb；马家河中，污染因子含量为氨氮>磷酸盐>Zn>Ni>V>Cr>Pb>Cu>Co>Cd；惠济河中，氨氮磷>酸盐>Zn>Ni>V>Cr>Co>Cu>Pb>Cd。变异系数Cv反映了各采样点之间的平均变异程度[9-10]。由表1可见，Pb，变异系数大的是化肥河、护城河；Zn，化肥河的变异系数最大，已经超过2，主要是在第一个采样点附近有炼锌厂；Co，化肥河、惠济河的变异系数较大；其他污染因子的变异系数则较小。
2.2 开封市地表水重金属污染评价
河流中，黄汴河、护城河重金属元素含量比较低，氨氮和磷酸盐含量严重超标，这主要是因为黄汴河和护城河在老城区，可能是生活污水以及生活垃圾、工商业废水排放过量所致；惠济河中氨氮和磷酸盐含量超标与生活污水和工农业污水以及污水灌溉、使用氮肥磷肥有关；化肥河中锌的含量均值未超标，但是其个别采样点锌的含量已达到1363微克/升，超过国家标准限度值，其主要原因是在化肥河附近有市东鲁化工厂、开化集团炼锌厂和炭素公司等，这些工厂排放的污染物较多，是化肥河的重要污染源，而其氨氮和磷酸盐的含量也很高，原因可能是工业污水和生活污水的排放、化肥的流失。
利用内梅罗综合污染指数P对开封市河流水中重金属及氨氮、磷酸盐综合污染程度进行评价，结果见表2。从表2可看出综合污染指数：护城河>化肥河>惠济河>黄汴河>马家河>柳池>黑池，河流的污染情况比较严重。P值较高的黄汴河、惠济河、化肥河、东护城河已达到重度污染，黄汴河和东护城河污染严重与老城区城市居民生活污水排放及商业污水排放有关，而惠济河和化肥河则与其周围的工业发展有密切的关系。
通过不同城市的比较，说明开封市地表水体中的重金属含量大多较低，这可能是由于开封城市的工業企业较少，开封市水资源较为贫乏，河流被生活垃圾和生活污水所污染。因此，应加强对城市居民的宣传环保工作，严格监管生活污水的排放。杨永芳[15]等研究表明，开封市地表水中氨氮含量分别为：惠济河（39070微克/升），黄汴河（25940微克/升），马家河（38550微克/升），东护城河（25650微克/升），包公湖（2040微克/升），其值均高于本研究相应水体氨氮浓度值，说明近年来政府采取的开展重点流域、区域环境综合整治工作以及深入开展整治违法排污企业、保障群众健康的环保专项行动取得了显著的成绩。
3 结论
从整体来说，开封市河流的重金属含量符合地表水环境质量标准（GB3838-2002）中的Ⅲ类水的标准。
河流综合污染指数污染程度顺序为：护城河>化肥河>惠济河>黄汴河>马家河，河流的污染情况比较严重。
从空间上分析，位于老城区河流中重金属含量均较低或无污染，位于城郊工业区的化肥河污染较为严重，这与该区的工业发展有密切的关系。
参考文献
[1]开封市环境保护局.2007年开封市环境状况公报[R].2007.
[2]开封市环境保护局.2008年开封市环境状况公报[R].2008.
[3]开封市环境保护局.2009年开封市环境状况公报[R].2009.
[4]开封市地方志编撰委员会编.开封市志（第一册）[M].中州古籍出版社.1996.
[5]李祥平，齐剑英，陈永亨.广州市主要饮用水源中重金属健康风险的初步评价[J].环境科学学报，2011，31（03）：547-553.
[6]赵艳丽，杨志新，李欣.浅析水环境质量评价方法[J].吉林农业，2010（07）：136-137.
[7]谷朝君，潘颖，潘明杰.内罗指数法在地下水水质评价中的应用及存在问题[J].环境保护科学，2002（28）：45-47.
[8]战玉柱，姜霞等.太湖西南部沉积物重金属的空间特征和污染评价，2011，24（04）：363-365.
[9]GB3838-2002，地表水环境质量标准[S].
[10]WETZEZ R G.Limnoloy：lake and river ecosystems[M].3rded.San Diego：Academic Press，2001：625-627.
[11]牛显春，周建敏，李春晖等.茂名近岸海域底质重金属污染及潜在生态风险综合评价[J].黑龙江水专学报，2007，34（03）：101-
103.
[12]胡兵，于志恒.锦州市地表水环境质量状况调查与分析[J].环境保护与循环经济，2010.
[13]高继军，张力平，黄圣彪，马梅，王子健.北京市饮用水源水重金属污染物健康风险的初步评价[J].环境科学.2004，25（02）：47-50.
[14]张新华，冉东辉.粤北地区地表水中重金属危害及防治对策[J].珠江现代建设，2007，2（01）：14-16.
[15]汪万芬，钱东升，黄润.六安市城区饮用水源水重金属健康风险评价[J].皖西学院学报，2010，26（02）：140-142.
[16]杨永芳，郭廷忠，周志民.开封市水环境问题研究[J].河南大学学报.2005，35（04）：68-72.
