地表水污染程度及自凈程度的評價方法研究

盧創(chuàng)新 陳俊

（1廣東省環(huán)境技術(shù)中心 廣東廣州 510308 2中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 廣東廣州 510275）

河流和湖泊等地表水是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是人類生產(chǎn)和生活用水的來源之一。然而，隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市對水資源的需求和依賴不斷增大，大量工業(yè)廢水和生活污水排入河流和湖泊等地表水體，而隨之帶來的地表水水質(zhì)惡化也日益嚴(yán)重。

國家于2002年頒布實(shí)施了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)對地表水作了功能分類，對地表水的保護(hù)起到了非常重要的作用。但由于地表水污染因素和原因復(fù)雜，污染程度相差較大，采用綜合方法對地表水污染情況進(jìn)行評價顯得更為必要和迫切。

本文針對地表水污染現(xiàn)狀，對目前常用的幾種地表水污染程度和自凈程度評價方法進(jìn)行了比較和總結(jié)，以期為地表水的水質(zhì)評價提供有效的方法和思路。

1 地表水污染程度的評價

1.1 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法是應(yīng)用范圍最廣、較為成熟的一種評價方法。國內(nèi)各級環(huán)境保護(hù)部門在進(jìn)行河流水質(zhì)評價時一般都采用綜合污染指數(shù)法，所選取的污染因子一般為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)31項(xiàng)中的一部分，指標(biāo)數(shù)從幾項(xiàng)至十幾項(xiàng)不等，鮮有超過18項(xiàng)指標(biāo)的。污染因子一般涵蓋有機(jī)污染指標(biāo)、三氮類指標(biāo)、重金屬指標(biāo)等。中國環(huán)境監(jiān)測總站通常選取高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、總汞、總鎘、六價鉻、總鉛和石油類共13項(xiàng)進(jìn)行評價。地方環(huán)境保護(hù)部門通常選取上述13項(xiàng)中的若干項(xiàng)及一些具有地方特點(diǎn)的污染因子進(jìn)行水質(zhì)評價[1]。

單項(xiàng)污染指數(shù)和平均污染指數(shù)的計算公式分別為公式（1）和公式（2）。

式中：

Pi——單項(xiàng)污染指數(shù)；

Ci——第i個參評項(xiàng)目的實(shí)測值；

C0——第i個參評項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)值;

n——參評項(xiàng)目的個數(shù)。

依據(jù)單項(xiàng)污染指數(shù)將單項(xiàng)污染程度劃分為五級。各分級界限值見表1。

表1 地表水單項(xiàng)污染指數(shù)級別分類

依據(jù)平均污染指數(shù)，將地表水水體綜合污染程度劃分為六級。平均污染指數(shù)分級（綜合污染程度分級）界限值見表2。

表2 地表水平均污染指數(shù)級別分類

根據(jù)水質(zhì)綜合污染指數(shù)來判別污染程度是相對的，即對應(yīng)于水體功能要求評判其污染程度。如II類水體的水質(zhì)要求明顯高于III類、IV類、V類水體，假如不同類別水體的水質(zhì)相同，則要求越高的水體，其對應(yīng)的污染程度越嚴(yán)重。

1.2 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)主要用于湖泊（水庫）富營養(yǎng)化程度的評價，可通過葉綠素 a（chla）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）共5個評價指標(biāo)計算，計算公式為公式（3）。

式中：

TLI（∑）——綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；

Wj——第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；

TLI（j）——第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以chla作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計算公式為：

式中：

rij—第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chla的相關(guān)系數(shù)；

m—評價參數(shù)的個數(shù)。

中國湖泊（水庫）的chla與其它參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系rij及見表3[2]。

表3 中國湖泊（水庫）部分參數(shù)與chla的相關(guān)關(guān)系r ij及值

表3 中國湖泊（水庫）部分參數(shù)與chla的相關(guān)關(guān)系r ij及值

?

營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為：

（1）TLI（chl）=10（2.5+1.086lnchl）

（2）TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）

（3）TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）

（4）TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD）

（5）TLI（CODMn）=10（0.109+2.661 ln CODMn）

式中：葉綠素a chl單位為mg/m3，透明度SD單位為m；其它指標(biāo)單位均為mg/L。

采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級，在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營養(yǎng)程度越重。各富營養(yǎng)化等級界限值見表4。

表4 水體富營養(yǎng)化程度級別分類

1.3 異養(yǎng)細(xì)菌總數(shù)法

異養(yǎng)菌是指在水中以有機(jī)物作為合成自身菌體的碳源，靠有機(jī)物氧化產(chǎn)生化學(xué)能進(jìn)行代謝的一類混合菌群，主要包括氨化菌、硫化菌、反硝化菌。氨化菌屬化能異養(yǎng)菌，能使含氮有機(jī)物降解為氨態(tài)氮，其生長、繁殖需消耗有機(jī)物，它們的存在促使有機(jī)物不斷進(jìn)行氧化降解，硫化菌是化能異養(yǎng)型好氧菌；反硝化菌是兼性厭氧菌。

異養(yǎng)細(xì)菌總數(shù)與水體污染程度呈正相關(guān)，其數(shù)量變化能間接反映地表水污染情況的改變。異養(yǎng)細(xì)菌總數(shù)與水質(zhì)污染程度的關(guān)系見表5。

表5 異養(yǎng)細(xì)菌總數(shù)評價水體污染程度級別分類

1.4 原生指示動物判別法

原生動物與它們生存的水環(huán)境是相互依存、相互制約的統(tǒng)一體。一旦水體受到污染，水質(zhì)發(fā)生變化，就會對原生動物產(chǎn)生影響，原生動物也會對此變化做出反應(yīng)，其反應(yīng)可轉(zhuǎn)為評價水質(zhì)的指標(biāo)[3]。

根據(jù)地表水的特點(diǎn)，可以將水體劃分為寡污性水體、α-中污性水體、β-中污性水體和多污性水體。在應(yīng)用原生動物作為指示生物時最好采用常見而又占優(yōu)勢的種類來指示該水體的污染程度。不同污染水體中作為指示生物的原生動物為：

（1）寡污性水體。原生動物有鵝長頸蟲、無色額口蟲、鐘形鐘蟲、截形平鞘蟲、Mayorella等。

（2）α-中污性水體。原生動物有鞭毛蟲如草履唇滴蟲、卵形隱滴蟲、變形鞭毛蟲及袋鞭蟲等。纖毛蟲如銳利盾形蟲、螅狀獨(dú)縮蟲、僧帽斜管蟲、僧帽腎形蟲、盤狀游行蟲、尾草履蟲等。變形蟲如齒表殼蟲、普通表殼蟲、池沼多核變形蟲、古納舊蟲等。

（3）β-中污性水體。原生動物有鞭毛蟲如紅球蟲、葡萄合尾滴蟲、衣滴蟲等。纖毛蟲如珍珠映毛蟲、三刺榴彈蟲、雙環(huán)櫛毛蟲、天鵝長吻蟲和嬌旋口纖蟲等。變形蟲如卡羅林多核變形蟲、大變形蟲等。

（4）多污性水體。原生動物有施氏腎形蟲、變豆形蟲、閃瞬目蟲、梨形四膜蟲、小口鐘蟲、及扭頭蟲、齒口蟲等。

2 水體自凈程度的評價（三氮分析法）

當(dāng)水體受到含氮有機(jī)物污染時，其中的含氮化合物由于水中微生物和氧的作用，可以逐步分解氧化為無機(jī)的氨 (NH3)或銨)、亞硝酸鹽()、硝酸鹽()等簡單的無機(jī)氮化物。通常把氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮稱為三氮。這幾種形態(tài)氮的含量都可以作為水質(zhì)指標(biāo)，分別代表有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮的各個不同階段。在有氧條件下，氮產(chǎn)物的生物氧化分解一般按氨或銨、亞硝酸鹽、硝酸鹽的順序進(jìn)行，硝酸鹽是氧化分解的最終產(chǎn)物。

隨著含氮化合物的逐步氧化分解，水體中的細(xì)菌和其它有機(jī)污染物也逐步分解破壞，因而達(dá)到水體的凈化作用。測量有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的相對含量，在一定程度上可以表示含氮有機(jī)物污染的時間長短，從而反映水體自凈過程的變化。評價標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6 三氮分析法的評價標(biāo)準(zhǔn)

3 各種評價方法的應(yīng)用總結(jié)

3.1 評價方法選取的原則

（1）全面性原則。要求選擇的評價方法覆蓋各種污染類型的污染因子，能夠較全面地反映水環(huán)境污染的特點(diǎn)和污染程度。

（2）針對性原則。針對水體的污染程度和水體是否處于自凈過程，采用不同的評價方法。

（3）代表性原則。各地表水自然背景的本底值差異較大，所選方法應(yīng)該盡可能反映人為污染這一特點(diǎn)。

3.2 評價方法應(yīng)用的特點(diǎn)

綜合污染指數(shù)法廣泛應(yīng)用于各種污染類型的地表水，可確定水體的污染類型，對評價地表水污染具有重要的實(shí)際意義。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法主要針對湖泊（水庫）等微污染地表水，以評價水體的富營養(yǎng)程度。異養(yǎng)細(xì)菌總數(shù)法和原生指示動物判別法均為生物監(jiān)測法，操作較復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用中使用相對較少。三氮分析法主要針對污染水體的變化過程進(jìn)行動態(tài)分析，對了解水體污染歷史、污染物分解趨勢和水體自凈狀況等有很高的參考價值。

[1]羅海江，朱建平，蔣火華．我國河流水質(zhì)評價污染因子選擇方案探討[J]．中國環(huán)境監(jiān)測，2002，18(4)：51-54．

[2]金相燦，屠清瑛．湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范［M］．2版．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990．

[3]鄭立柱，杜敏娟．原生動物在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用[J]．廣州環(huán)境科學(xué)，2010，25(4)：15-17．