河北某河段水质环境现状及污染来源分析

2023-12-04李根利李嫣红李文强

煤炭与化工 2023年10期

李根利，李嫣红，李文强

（1.河北省生态环境监测中心，河北石家庄 050037；2.河北东讯科技有限公司，河北石家庄 050035；3.河北煜鸿项目管理咨询有限公司，河北石家庄 050035）

0 引言

《2022 年中国生态环境状况公报》显示，我国地表水监测的3 629 个国控断面中I～Ⅲ类水质断面占87.9%。同时“十四五”规划指出，到2025 年全国地表水达到或好于Ⅲ类水体比例达到85%。虽然目前我国地表水水质总体良好且持续改善，但仍存在部分地区相对较差。我国对地表水环境的研究主要集中于水环境现状监测、水环境预测、水环境污染分析及建立应急响应系统等方面。但由于每条河流布设的监测点位数量有限，当河流水质变化时，能否及时找到原因锁定源头还是有一定难度的。

水污染源可以分为点源和面源2 个大类，点源污染主要包括工业废水和城市生活污水污染。点源污染物种类多，成分复杂，变化规律受工业废水和生活污水的排放规律影响。

面源污染又称为非点源污染，主要是指污染物从非特定的地点，经降水或融雪冲刷作用，通过径流汇入受纳水体并引起水体污染。水体受到污染后，不仅会破坏当地生态环境，还会严重威胁人民的用水安全，给整个社会的经济发展带来无法估量的损失。

本文基于自动监测和手工采样监测数据，探讨河段水质现状，并结合河段周边污染源资料，通过核算河段污染物排放总量，进一步溯源解析了河段的污染物来源，以期为该河段今后的水环境管理提供理论依据和数据支撑。

1 研究区概况

本文研究河段全长17 680 m，由西北流向东南。河段处于中温带半干旱区，属温带大陆性季风气候，四季分明，光照充足，雨热同季，昼夜温差大。河段所在地区多年平均降水量为372.3 mm。河段补水主要来源为地表径流及上游水库间断性放水。

该河段两侧均为农田，南侧直线距离5 694 m处有一污水处理厂，为该河段唯一的工业点源，外排水主要通过村中水渠流入该河道。针对该污水处理厂每年外排化学需氧量（Chemical Oxygen Demand 简称：COD）285 t，总氮85.5 t。

经现场调查及相关数据收集发现，该河段附近村庄没有污水管网及污水集中处理设施，故河段农业面源主要涉及附近村庄的生活污水、农业种植污水及规模化养殖污水。

涉及村庄8 个，人口17 223 人，其中最近的村庄直线距离760 m。农业面源污染不仅具有量大面广、时空变化剧烈的特征，而且因其随机、突发、不确定性强的复杂过程导致对其的监测、控制和治理非常困难。

2 水质现状分析

2.1 水质监测断面分布

该河段上游4 770 m 处有一省级控制水质监测断面（上游某断面），该断面为距研究河段上游最近的省控断面。

河段所在河流跟区域外某河流汇合后形成一条新的河流，距研究河段下游10 214 m 处的新河流上有一国家控制水质监测断面（下游某断面），该断面为距研究河段下游最近的国控断面。

具体位置关系如图1 所示。

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

2.2 河段上下游水质情况

该河段上游省控断面2020 年手工监测数据如下表1 所示，该河段上游断面整体水质良好，达到(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。由于2020 年未对总氮进行监测，不能判断总氮是否为影响水质的重点污染因子。

表1 某河段上游断面2020 年手工监测数据Table 1 Manual monitoring data of the upstream section of a river in 2020

该河段上游断面2020 年手工监测数据见表1。

根据该河段下游国控断面2022 年手工监测数据可知，下游断面整体水质良好，其中七月总磷超过Ⅲ类标准1.4 倍。2022 年对该断面的总氮进行了逐月监测，又监测结果可知，总氮浓度在1.94～8.23 mg/L，远超地表水Ⅲ类标准中的1 mg/L。

具体数据见表2。

表2 该河段下游断面手工监测数据Table 2 Manual monitoring data of the downstream section of the river

2.3 河段水质现状

为进一步了解该河段水质，于2023 年3 月对该河段进行了现状监测，随机选取了河段上6 个有代表性的点位进行了监测，监测因子为COD、氨氮、总磷、总氮。

2023 年该河段现状监测结果见表3。

表3 2023 年河段现状监测结果Table 3 Monitoring results of the current situation of the river section in 2023

结合该河段上游省控断面2020 年手工监测数据以及下游国控断面2021 年的监测数据可知，该河段上下游水质整体较好，但下游水总磷偶有超过地表水Ⅲ类标准的情况发生，全年总氮均超过地表水Ⅲ类标准。进一步可推测该河段有污染物汇入的可能。

结合该河段现状监测结果，发现该河段水质较不稳定，COD、氨氮、总磷、总氮4 个参数均有不同程度的超标，A-F 点位的COD 和总氮浓度均超标，A 点位总氮浓度超过标准值的40 倍以上，氨氮及总磷存在部分点位超标的情况。河段水中的氮磷含量较高，一旦超出水体自净能力，就会导致浮游动植物大量增殖，从而加剧水体中的有机碳循环，不仅会引起水中溶解氧过度消耗，而且会导致水生生物大量死亡的现象。水体中氮磷元素含量过高，不仅对水生生物有毒害作用，人类食用被氮磷元素污染后的动植物，也会导致一定的健康风险。因此，将COD、总氮确定为该河段水质污染的重要参数。

3 河段污染来源分析

3.1 材料和方法

根据该河段的污染源特征，对进入河道的主要污染源的污染负荷进行定量评估。

污水处理厂污染物排放参照该污水处理厂2022 年排污许可证执行报告的监测数据估算。城镇生活散排和农业面源污染采用排污系数法对污染负荷进行核算，各污染源估算方法参考《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》，各污染源的具体计算方法见表4。

表4 农业面源污染物排放计算方法Table 4 Calculation method of agricultural non-point source pollutant emission

在面源污染物计算过程中，涉及到的畜牧养殖数量、人口数来自当地2021 年统计年鉴。人均排污系数参考《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》，农业种植污染物流失系数参照《农业源产排污核算方法和系数手册》，畜禽排污系数来自《农业污染源产排污系数手册》。

主要污染源污染负荷排放系数见表5。

表5 主要污染源污染负荷排放系数Table 5 Pollution load emission coefficient of major pollution sources

根据各污染源污染物的产生迁移途径，参照《海河流域水资源评价》（2007 年水利水电出版社）中海河流域农村生活污染物入河系数为0.15。参照周海明等的文献中，农业畜禽养殖源中COD和氨氮的入河系数为0.65，农业源种植业的入河系数为0.35；参照曹小磊等的文献中农业畜禽养殖源中总磷的入河系数为0.52，总氮的入河系数为0.58。

3.2 污染来源分析

对该河段沿线的污染情况进行计算，汇总该河段污染物总量见表6。

具体占比绘制饼状图如图2 所示。

图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

由图2 可知，该河段主要污染物来源为工业点源，其中COD、氨氮、总磷、总氮的主要来源均为工业点源，其中COD 来源中工业点源占比为62.58%，氨氮来源中工业点源占比为85.79%，总磷来源中工业点源占比为96.05%，总氮来源中工业点源占比为94.43%。其中COD 的入河量最大为465.345 t/a，其次为总氮的入河量为90.803 t/a。

经现场勘测及实地走访发现，该河段上游南侧直线距离5 694 m 处有一污水处理厂，该污水处理厂排水实际经村中水渠入河，污水处理厂外排水途径水渠长度为10 353 m，该污水处理厂于2008 年10 月投入运行，2014 年实施扩容提标改造，处理能力达到3 万t/d，日实际处理水量1.67 万t，排放标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002 一级A 排放标准。可以对污水厂处理工艺进行升级改造，在原有处理工艺的基础上，增加强化工艺。例如针对含COD 高的排水，可以采用增加新型絮凝剂工艺，对水体中的COD进一步絮凝沉淀从而去除；针对高氮废水，可以采取在进水中投加碳源、增大回流比、提高生物池污泥浓度等方法，对出水的总氮进一步进行处理。

污水处理厂外排水渠途经附近8 个村庄，涉及人口17 223 人。该河段北侧河道有一渠口，该渠口距附近最近的村庄直线距离为820 m，此渠口为附近村镇生活污水及农业面源的入河口，渠口周边涉及村镇有3 个，涉及人口13 884 人。

该河段污水处理厂排水渠及北侧排水渠涉及村庄共11 个，涉及人口31 107 人，涉及耕地面积3 885.1 公顷，主要种植作物为玉米。附近涉及规模化养鸡厂6 个，其中蛋鸡养殖9.7 万只，肉鸡养殖18 万只；涉及规模化养猪场3 个，共计养猪1 900只；涉及规模化养牛场1 个，饲养奶牛450 只。