水體污染分析與修復技術

樊惠玲 鄧靜文（廣州市番禺區環境監測站，廣東廣州511483）

水體污染分析與修復技術

樊惠玲 鄧靜文（廣州市番禺區環境監測站，廣東廣州511483）

隨著經濟發展與人口的增長，生活污水與生產廢水的排放量超出水體的容納能力，進而導致水體污染，因此本文闡述了水體污染分析手段——水質監測分析、水質評價、源解析，并探討了水體修復技術。

水體污染；分析；修復

水是人類生存、發展的基礎，擇水而居就是人類對水需求的最好寫照。然而人類社會對環境資源的過度開發，導致水體污染與水環境惡化，進而造成人類生存發展的困境。根據國家環境狀況公報，2016年全國地表水國考斷面中Ⅳ～Ⅴ類占23.7%，劣Ⅴ類占8.6%，與之對比，2006年Ⅳ～Ⅴ類占32%，劣Ⅴ類占28%，表明經過多年治理水體污染狀況已有明顯改觀。然而，目前地表水污染比例仍然接近1/3。地下水污染治理因為比較難，2016年監測項目中較差級占45.4%，極差級占14.7%，污染程度比地表水嚴重得多。地表水污染的主要指標為化學需氧量（COD）、總磷（TP）和五日生化需氧量（BOD5），地下水污染指標主要為錳、鐵、總硬度、溶解性固體、“三氮”、硫酸鹽、氟化物等。治理水體污染的關鍵是對水體污染特征進行科學的分析，進而提出有針對性的修復措施，因此本文對相關內容進行了探討。

1 水體污染分析

1.1 水質監測與分析

水體污染分析的基礎是水質監測與分析，其內容包括布設采樣點、水質或底質采樣、水樣分析。地表水監測項目、布點、采樣、水樣保存與運輸、分析方法可按《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T 91-2002）及《水質采樣技術指導》（HJ 494-2009）的相關規定執行。地下水的監測項目、布點、采樣、水樣保存與運輸、分析方法可按照《地下水環境監測技術規范》（HJ/T 164-2004）及HJ 494-2009的相關規定執行。

1.2 水質評價

根據水質監測數據，按照一定的評價指標并選擇合適的評價標準，就能對水質優劣和污染程度進行定性或定量的評價。水質評價的主要內容包括確定評價目標與評價指標、選擇評價標準、建立評價模式、求解評價指標的污染值、判別水質類別及污染程度。評價目標主要是掌握水體污染狀況，確定污染程度，劃分污染類型，預測污染趨勢，為水體污染修復提供依據。評價指標一般根據水體類型、水質及評價方法確定。例如河流以COD、BOD、石油類等指標為主，湖泊、水庫以TP、TN等指標為主，因為后者以富營養化污染為特征。通常，地表水可采用《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）進行評價，而地下水則采用《地下水質量標準》（GB/T 14848-93）進行評價。評價模式主要有單因子評價模型和綜合評價模型兩類，前者采用水質最劣指標確定水質類別，后者通過多個水質參數的運算得出水體水質綜合狀況。目前，水質評價方法主要有指數評價法、新評價方法兩大類。指數評價法包括單因子評價法、綜合污染指數法兩小類。單因子評價法又包括標準指數法、超標倍數法；綜合污染指數法包括簡單綜合污染指數法、內梅羅指數法、布朗指數法、羅斯指數法、K法綜合污染指數法等。水質新評價方法包括物元分析法、灰色系統評價法、人工神經網絡模型、模糊綜合評價法等[1]。表1是基于某流域水質監測的幾種評價方法的結果。

表1 某流域水質監測的評價結果（mg/L）

由表1可見，不同評價方法得出的結論是不一樣的，這是因為各個方法的評價依據和計算方法是有差別的。其中模糊綜合評價法與單因子指數法的評價結果較為接近，但也并非完全一致，編號8就不同。單因子指數法是單因子評價法中的一種，也稱為標準指數法，是以最差的水質類別作為綜合評價結果，所以評價最為嚴厲。模糊綜合評價法是模糊數學和層次分析法結合的產物，避免了傳統數學“唯一解”的弊端，但作為評價指標權重賦值的層次分析法也有主觀性，而且賦權時偏重最大污染因子（TN）的影響，這也是其與單因子指數法結果比較接近的原因。基于單因子評價法的局限性，學者們提出了基于多項評價指標的綜合污染指數法（簡稱綜合指數法），其中簡單綜合指數法是各項評價指標的標準指數相加求和的算術平均值（WQI），例如WQI介于0.4～0.7為輕污染，WQI介于0.7～1.0為中污染，WQI介于1.0～2.0為重污染，WQI大于2.0為嚴重污染。灰色關聯法是灰色系統評價法中的一種，以實際監測濃度作為評價指標的參考序列，以水質類別標準作為比較序列，求出水質指標相對于各灰類的關聯度，并將最大關聯度對應的比較序列的水質類別作為水質綜合評價結果，其評價結果優于功能區水質類別。

1.3 水體污染源解析

污染源解析即對污染物來源進行定性或定量分析。通過源解析可以判斷污染物來源、計算各類污染源貢獻大小，這樣才能有針對性地治理污染，如果不清楚污染源，即使花費很多資源修復污染水體，到頭來還是無法徹底解決污染問題。源解析最初是從解析大氣顆粒物污染源（TSP、PM10、PM2.5）發展起來的，后來也用于水體污染源和土壤污染源的解析。源解析根據研究對象的差異分為擴散模型和受體模型兩類。前者用來研究污染源遷移、稀釋方面的變化規律，可以預測排放量和環境濃度；后者主要用于“診斷”而不是預測，通過受體樣品的分析確定各污染源的貢獻率，但只適用于污染區域。擴散模型必須預先獲得污染源排放量的數據，但該數據存在一定不確定性，導致預測結果失準，所以從污染治理角度看受體模型應用效果更為突出。受體模型的理論基礎基于質量守恒定律，即各污染源排放過程中如果沒有新物質形成和原有物質的消失，受體中污染物含量為各污染源貢獻之和。目前，受體模型中定性分析方法包括比值法、指紋譜圖法、特征化合物法等，定量分析方法包括化學質量平衡模型法（CMB）、正定矩陣因子分解模型（PMF）、同位素分析法、逸度模型法等[2]。

2 水體污染修復

2.1 水體修復技術類型與特點

水體修復主要通過物理、化學、生物-生態三種途徑完成[3]。物理途徑包括截污分流、引水沖污、底泥疏浚、人工曝氣增氧等；化學途徑包括化學氧化、化學絮凝、化學固定等；生物-生態途徑包括水生植物凈化、微生物強化、人工濕地、生態浮島、生態塘、生物膜凈化等。物理修復技術短期內可以收到很好的治理效果，但往往“治標不治本”，經常這樣處理費用很高，且存在二次污染的可能，而人工曝氣增氧可以提高溶解氧，增強好氧微生物活性，但能耗高。化學修復技術針對性強，見效快，但副作用也較明顯，甚至破壞水體原有生態系統。生物-生態修復技術效果溫和，但常常能產生長期治理效果，而且能耗很低。正因為生物-生態修復技術所具有的突出優勢，目前成為水體修復技術研究的熱點，尤其是人工濕地、生態浮島顯著高于其他技術[4]。因為水體修復的關鍵是水體獲得自凈能力，這樣才能治標又治本，而這樣能力的獲得，根據生態學原理，必須保持生物多樣性、系統開放、物質循環與能量流動、生態平衡，生物-生態修復正基于此。水生植物是人工濕地、生態浮島的重要組成部分，因此下面討論水生植物的修復技術。

2.2 水生植物修復技術

水生植物利用其長期進化所形成的特殊解剖結構，可以有效去除水體中的氮、磷、重金屬等污染物，在生物塘（凈化塘）、人工濕地、生態浮島（生態浮床）中獲得應用，并在生活污水凈化、石油化工有機廢水凈化、放射性廢水處理中發揮積極作用[5]。以人工濕地為例，蘆葦、香蒲、燈芯草在處理BOD、COD方面效率較高，而且種植簡單，管理方便。生態浮島利用了無土栽培技術原理，方便實現原位修復，采用蕹菜、美人蕉作為浮床植物，對氮、磷有明顯去除效果。慈菇、大 、穗狀狐尾藻、鳳眼蓮、水花生、浮萍、紫萍等對有機廢水有明顯凈化效果。

3 結語

水體污染分析是水體修復的基礎，污染分析手段中水質監測分析有成熟的國家標準、行業標準及國外標準，但水質評價方法眾多，源解析近年來才開始應用，可見水體污染分析并不簡單，隨著水體污染治理工作的深入，這些技術必將大有用武之地，因此環境監測工作人員必須加強學習和研究，以便為環境管理提供更好的服務。

[1]楊靜.改進的模糊綜合評價法在水質評價中的應用[D].重慶：重慶大學，2014.

[2]陳海洋，滕彥國，王金生，等.基于NMF與CMB耦合應用的水體污染源解析方法[J].環境科學學報，2011,31(2)：316-321.

[3]李紅霞，張建，楊帥.河道水體污染治理與修復技術研究進展[J].安徽農業科學，2016,44(4)：74-76.

[4]宋國香，鄭京晶，劉康，等.基于文獻計量學的水體修復技術研究趨勢及熱點分析[J].濕地科學，2016,14(2)：185-193.

[5]溫閃閃，劉芳.水生植物對污染水體修復的研究進展[J].凈水技術，2014,33(4)：9-13.