遼寧北部城市工業廢水污染物擴散和削減規律分析

楊金尉

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

當前，隨著遼寧工業化的不斷發展，工業廢水點源排放的污染已逐步成為影響水環境健康發展的重要因素[1- 5]。近些年來，對城市工業廢水水質組成及其污染物的削減規律也逐步成為國內水環境學者的研究的熱點[6- 9]；但是工業廢水污染物存在明顯的季節變化特征，以往研究大都針對污染物年際變化及擴散特征進行分析，而對工業廢水組成季節變化特征研究還較少，特別是各主要污染物擴散和削減效應也存在明顯的季節變化特征。遼寧北部為遼寧省主要的工業城市，為此本文結合各工業區水質采樣測定數據，對遼寧北部某城市的工業廢水主要組成及其擴散和削減率的季節變化特征進行分析研究，研究成果對于遼寧北部城市水環境保護具有總要的參考價值。

1 材料與方法

1.1 水樣采集與檢測方法

為對城市工業廢水的組成進行時空分布特征的分析，對區域主要工業區布設了6個采樣點，水質采樣主要分布在各工業區的排污口。考慮工業廢水的季節變化特征，分別在夏季和冬季，進行水樣的采集。分析的工業廢水指標為氨氮、總氮、總磷、化學需氧量、亞硝酸鹽、硝酸鹽、重金屬鎘。其中氨氮、總氮采用分光光度計方法進行檢測，總磷采用鉬酸銨分光光度法進行測定、化學需氧量采用高錳酸鉀容量法進行測定，亞硝酸鹽、硝酸鹽采用紫外分光光度法，而對于重金屬的測定主要采用重金屬檢測儀進行檢測。

1.2 數據分析方法

研究采用主成分分析方法對工業廢水的主要污染組成進行分析，在進行污染削減率計算時，主要采用以下方程進行削減率的計算，計算方程為：

(1)

式中，R—削減率，%；ρ0—污染物的初設濃度，mg/L；ρl—污染物采樣點檢測濃度，mg/L；l—采樣點到擴散點的距離，km。

2 試驗結果分析

2.1 工業廢水主要組成分析

結合各采樣點工業廢水的檢測值，采樣主成分分析方法對各采樣點工業廢水的主要組成進行分析，結果見表1和如圖1所示。

表1 工業廢水的主要污染組成檢測濃度單位：mg/L

圖1 工業廢水主要組成濃度變化過程

經過主成分分析，遼寧北部城市工業廢水的污染主要組成為氨氮、亞硝酸鹽、化學需要量以及重金屬鎘，其排污口監測數據分析，工業廢水的總體水質標準達到IV類～V類。氨氮及亞硝酸鹽的濃度偏高，各污染物濃度分別在3.54～5.57mg/L，35.8～51.3mg/L，12.8～22.5mg/L，0.004～0.009mg/L。夏季由于工業產量較高，使得夏季工業廢水的排放濃度明顯高于冬季。

2.2 工業廢水污染物削減率變化規律分析

結合各污染物削減率的計算公式，對區域各采樣點工業廢水污染物的削減率進行分析，分析結果見表2、3。

表2 冬季各采樣點工業廢水污染物削減率計算結果

表3 夏季各采樣點工業廢水污染物削減率計算結果

在各污染物中，氨氮削減率最大，削減率均值達到2.15mg/L±12%，重金屬鎘削減率最低，達到0.006mg/L±5%，這主要是因為氨氮的擴散性能較差，在進入河道較短的時間內，其濃度削減率增加速率較快，在一定的擴散范圍內，污染物的削減量逐步加大。而亞硝酸鹽和化學需氧量在水質擴散區域內，其削減能力低于氨氮，使得這兩種工業廢水排放的污染物濃度低于氨氮。而對于重金屬鎘而言，比較難降解，因此使得其擴散率最低。從污染物削減率的空間分布特征可看出，北部區域污染物削減率高于南部，這主要是因為和水體流速有關。

2.3 污染物擴散與削減率的規律性分析

結合各采樣點沿程觀測數據，分析了研究區域工業廢水擴散與削減率的規律，分析結果如圖2所示。

圖2 工業廢水主要組成污染物擴散距離與削減率的規律分析結果

從圖2中可看出，工業廢水排放的各污染物濃度在夏季擴散距離與削減率的相關性都明顯好于冬季，這主要是因為在夏季河道內水量較為充足，而水量直接決定的工業廢水污染物排放濃度的擴散效應和削減率，而冬季特別是對于遼寧區域而言，冬季河道結冰，使得河道內的水量銳減，而當工業廢水排放進行河道后，由于水量的減少，使得擴散距離和削減率相關性減弱。但是總體而言，工業廢水排放的各污染物的擴散距離和削減率在冬季和夏季都具有較好的相關性。從工業廢水各污染物的擴散距離和削減率的相關性分析可以看出，研究城市工業廢水污染物削減率與擴散率呈現明顯的負相關，氨氮隨著擴散距離增加其削減率遞減速率最快，重金屬鎘的遞減速率最慢。

3 結語

(1)遼寧北部城市工業廢水主要組成為氨氮、亞硝酸鹽、化學需氧量以及重金屬鎘，氨氮和亞亞硝酸鹽濃度偏高，應降低以上兩種污染物濃度。

(2)受河道水量及流速等多重因素影響，工業廢水排放物的擴散效應和沿程削減率時空變異度較大，重金屬相比于其他污染物，不易降解，沿程削減率較低，應增加工業廢水排放的重金屬污染處理。

(3)通過沿程追蹤試驗，可建立工業廢水排放物擴散距離和削減率的回歸方程，控制工業廢水排放物進行河道的污染指標控制，對城市河道進行有效的水環境治理和保護。