招远市罗山河污染源构成及氨氮贡献率分析

常 月

（中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600）

根据《2020 中国生态环境状况公报》,2020 年,全国地表水监测的1937 个水质断面（点位）中,Ⅰ~Ⅲ类水质断面（点位）占83.4%,比2019 年上升8.5 个百分点；劣Ⅴ类占0.6%。比2019 年下降2.8 个百分点。主要污染指标为化学需氧量、总磷和高猛酸盐指数。可见,自2015 年4 月,国务院发布了《水污染防治行动计划》以来,经过“十三五”期间的深度治水,全国各地水污染治理卓有成效,全国地级及以上城市建成区黑臭水体消除比例达98.2%。然而想要长效保持流域水环境质量,需摸排清楚入河污染源,根据污染源的类型以及各类污染源对水体污染贡献率的大小,有针对地制定治理措施。

1 概况

罗山河是招远市境内主河道界河的一级支流,起点为水库,终点汇入界河,全长14.26 km,河宽10 m~95 m,水面面积为152500 m2。其上游为金矿的主要开采区,中游经过村镇居民生活区,附近建有工业企业,河道来水包括小型水库、金矿污水厂排水、生活污水及企业排水。

2 河道污染源的构成

根据污染源相对于水体的位置可以将其分为外源和内源。外源按照空间形态又分为点源、线源和面源。内源是指水体内的污染源[1]。对罗山河流域进行现场调查,经初步分析确定罗山河的污染源含内源和外源,外源主要由点源污染和面源污染构成。

内源污染通常包括河道底泥、水产养殖以及水体中水生动物的排放和释放[1]。罗山河内源污染主要是河道周边生活污水、工业企业污水排放后的淤积物经长时间累积后不断向上覆水体中释放污染物,以及河道中的各类垃圾中污染物的释放。

点源是指那些污染源的产生地点比较集中,以“点”的形式将污染物排放到环境中的污染源,例如工厂的污水排放、建有下水道系统的城市污水排放等[1]。罗山河存在严重的点源污染,沿岸共有30 余处排口,主要污染为居民生活污水、沿岸工厂企业污水。

面源污染是指以“面”的形式向环境排放污染物的污染源,广大的森林、农田、没有下水道的农村和城镇都属于面污染源,它们在降水径流过程中产生的大量污染物都以“面”的形式进入水体[1]。罗山河的面源污染主要是雨季时河道周边的道路、农田、绿地无组织排放携带的污染物。

3 河道污染负荷分析

3.1 水质指标的选取

氮是水体主要的耗氧污染物,氨氮中的非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子,氨氮浓度过高可造成水体富营养化[2]。氨氮是控制水体含氮有机物污染和保护水生态系统的一个关键指标,同时氨氮也是减排的约束性指标[3]。因此选取污染较为严重的氨氮作为水质指标进行研究。

3.2 氨氮的来源分析

水体中的氨氮来源可分为工业废水的排放,生活污水的排放,农业、养殖业面源以及地面、雨水径流的排放和内源污染的释放。

含氮工业废水主要是化肥、化工、冶金、石油工业、油漆颜料、煤气和炼焦等生产废水的超标排放。城市生活污水中的氨氮主要来源于人的排泄物[4]。农业面源的污染主要是种植中施加的氮肥不能完全被植物所吸收；未设污染防治措施的养殖业中大量含氮有机物的排泄物的污水流入水体,也是重点污染源[5]。内源污染释放则主要是指沉积物积累氮重新释放进入到上覆水[5]。

3.3 氨氮负荷量汇总

3.3.1 内源氨氮负荷量

罗山河内源对河道污染的贡献为河道底泥和入河垃圾,但垃圾对河道水体的污染贡献较小,因此主要研究底泥中污染物的释放。取河道中8 处不同点位的底泥进行氨氮含量测定,8 处河道底泥中氨氮含量为0.87 mg/L~3.05 mg/L。选取同一背景底泥样品进行污染物释放实验,此样品的氨氮含量为1.87 mg/L。

实验定量分析氨氮的释放采用一级动力学方程进行拟合：

式中：Qt为t时刻的氨氮释放量（以干质量计）,g/kg；Qmax为释放平衡时氨氮的释放量,g/kg；k为氨氮释放速率常数；t为释放时间,min[6]。

底泥释放实验选取2、4、6、8、12 几个时间间隔段,经过数据拟合、计算,所得结论为：罗山河底泥氨氮的平均释放速率为70 mg/（m2·d）。推算得罗山河水域面积范围经底泥释放的氨氮负荷量约为10.68 kg/d。

3.3.2 点源氨氮负荷量

罗山河沿岸共有30 余处排口,包括污水排口、雨水排口以及合流制排口。旱季时对污水及合流制排口进行流量测定,并取水样进行氨氮的分析,各类排口的氨氮浓度从1 mg/L~140 mg/L不等。

流域出口污染负荷总量是指在特定时间内通过流域出口断面的污染物质量,常用单位有t、kg等。由于污染物的浓度和流量均随时间变化而变化,再加上观测条件的限制,在实际情况下不可能完全做到长时间、连续同步监测,故本研究以一次测量的流量及浓度进行污染负荷量估算,计算公式为：

式中：P为污染负荷总量；Ci为浓度；Qi为水量[7]。

根据水量测定结果以及水质指标分析结果,推算得罗山河每天接纳来自排污口排放的氨氮负荷总量约为169.96 kg/d。

3.3.3 面源氨氮负荷量

雨季时河道周边地面、农田径流和河面降雨中携带的污染物,通过地表径流汇入河道,构成了罗山河水体中氨氮的来源。

将河道周边下垫面分为硬化路面、绿地和农田,不同的下垫面对应不同的径流系数,所含污染成分不同,农田污染中还含有种植过程中农药化肥的残留。根据当地的降雨数据计算,由三类下垫面径流产生的入河污染物中氨氮负荷总量约为58.14 kg/d。

徐海波等[8]在研究分析中表明,雨水中含有不同浓度的可沉降物、总磷、总氮、氨氮以及高锰酸盐指数,且浓度随降雨量的变化有不同程度的变化。就罗山河而言,测量当地典型场次降雨的氨氮含量,选取2008 年降雨量资料进行分析,计算罗山河河面雨水及汇入其支流的河面雨水总量中所含的氨氮负荷量约为2.57 kg/d。

综合地面径流、农业面源以及河面降雨三类污染源产生的氨氮负荷,罗山河面源汇总的氨氮负荷总量约为60.71 kg/d。

3.4 罗山河氨氮负荷量分析

经过对罗山河现状污染源即内源、点源、面源的分析,通过这三类污染源进入水体中的氨氮总负荷为241.35 kg/d。其中点源贡献率为70.42%,面源贡献率为25.15%,内源贡献率为4.43%。

4 结语

（1）罗山河的污染源主要为点源、面源、内源。点源污染主要为通过排口排放的生活污水以及工业废水。面源污染主要来源于河道周边地面径流、农田径流和直接落入河内的降雨。内源污染主要为河道沉积物中污染物的释放。

（2）通过数据分析,罗山河水体中氨氮的贡献主要来源于点源,其次为面源,内源相对于点源和面源其贡献率较小。

（3）点源作为氨氮贡献率最大的源头,对其进行有效控制后,可很大程度上减少河道水体中氨氮的的含量。辅助增设面源治理措施及内源释放控制措施,可进一步提高水体中氨氮去除率。