東遼河重點河段氮磷污染特征分析

秦 楊,劉 洋,朱 娜,吳雨華

(吉林省生態環境監測中心,吉林 長春 130000)

富營養化問題是當今水污染的主要問題之一,雖然我國的污水處理效率逐步提高,但河流氮磷污染問題仍沒有很好解決。氮素物質對水體及人類有很大的危害,氨氮會消耗水體中的溶解氧,同時還可轉化為亞硝胺,對人和魚類等生物有毒害作用。富含磷酸鹽的水在光照作用下非常適合藻類生長,隨著藻類死亡及代謝,會耗去水中大量的溶解氧,造成水體質量惡化和水生態結構破壞。

近年來,東遼河流域污染較為嚴重,成為吉林省41 條江河中污染最為嚴重的河流之一。根據近年水質監測結果,東遼河6 個國控監測斷面,除上游遼河源能達到優良水體,其余5 個斷面Ⅴ類、劣Ⅴ類占比非常高,污染嚴重,主要污染指標分別為氨氮、總磷、高錳酸鹽指數、生化需氧量、化學需氧量。已經成為影響吉林省和下游遼寧省經濟與社會可持續發展的重大制約性因素。

隨著經濟社會的發展,流域內人口迅速增多,用水量迅速加大,對河流水質需求也越來越高,水資源供需矛盾的日益突出,已嚴重制約了流域內社會經濟的健康良好發展。從污染成因上看,水體污染以及水體環境化學成分的改變主要受自然因素、城市化和農業活動影響[1]。而氮磷元素作為誘發水體富營養化的主要原因,分析其在水體中污染的分布特征和分析水質污染來源,有利于進一步分析河流污染問題,本研究選用東遼河重點河段為研究對象,以期為東遼河流域水環境評估策略和有效的水質管理提供很好的技術支持。

1 研究區概況

1.1 自然情況

東遼河是遼河干流上游地區東側的大支流,發源于吉林省遼源市東遼縣的哈達嶺山脈小寒蔥頂子峰東南薩哈領五座廟福安屯附近,源區海拔高360 米,流經東遼縣、遼源市區、四平市伊通滿族自治縣、梨樹縣、公主嶺市區、雙遼市及遼寧省的西豐、昌圖等市縣,在雙遼市出省境,在遼寧省康平縣三門郭家與西遼河匯合,出省境斷面為四雙大橋。東遼河干流全長360 米,吉林省境內長 321 公里,多年平均徑流量3.7 億立方米[2]。

吉林省遼河流域屬資源型重度缺水地區。東遼河地處遼河水系上游區,無過境水,而受氣候變化影響該地區持續性降水偏少,呈現資源型缺水[3]。流域人均水資源量495立方米,僅為全省人均值的31%、全國人均值的23%。東遼河主要支流年內大部分時間基本呈現河道斷流、滯流狀態。加之城市工業、生活用水擠占生態用水,水體自凈能力弱,幾乎沒有環境容量,河流斷流問題日益突出[4]。

1.2 水環境質量狀況

根據歷年吉林省各級環境監測站的監測結果,2015年-2016 年東遼河除上游遼河源斷面水質保持Ⅱ類外,其余5 個斷面水質持續惡化,Ⅴ類、劣Ⅴ類水體占比達70%以上。2017 年以來,流域水環境質量狀況略有好轉,至2018 年Ⅴ類、劣Ⅴ類水體占比降至35%以下,3 個斷面由2017 年的Ⅴ類轉為Ⅳ類,1 個斷面由Ⅴ類轉為劣Ⅴ類。2019 年持續好轉,東遼河治理初見成效,見表1。

表1 2015-2019 年東遼河流域水環境質量狀況

2016 年以來東遼河干流的主要污染物均有所下降,2019 年,水質狀況有所好轉,由重度污染變為中度污染,氨氮、生化需氧量和化學需氧量分別為0.99mg/L、3.6mg/L、18.5mg/L,與2016 年相比分別下降-27.5%、58.2%和17.2%。詳見圖1。

2 研究方法

2.1 樣點布設

依據地表水監測的布點原則：(1)監測斷面必須有代表性,其點位和數量應能反映水體環境質量、污染物時空分布及變化規律,力求以較少的斷面取得最好的代表性。(2)監測斷面應避開死水區、回水去和排污口處,應盡量選擇河(湖)床穩定、河段順直、湖面寬闊、水流平穩之處。(3)監測斷面布設應考慮交通狀況、經濟條件、實施安全、水文資料是否容易獲取,確保實際采樣的可行性和方便性。從上游至下游,在東遼河干流上設立遼河源、攔河閘、河清、城子上、周家河口、四雙大橋6 個監測斷面。

2.2 樣品采集

采樣時用GPS 對每一個采樣點精準定位,采樣方法執行地表水與污水監測技術規范(HJ/T91-2002),并在現場加入保存劑后運輸回實驗室進行分析。

2.3 監測指標及樣品分析方法

監測指標為氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)。

氨氮(NH4+-N)采用《水質氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ535-2009),總磷(TP)采用《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》(GB11893-89)和便攜式分光光度法(現場測定)。

3 氨氮分布特征

3.1 氨氮季節分布特征

2015 年至2019 年東遼河河流6 個斷面氨氮豐水期(7、8 月)平均濃度為 0.789mg/L,枯水期(1、2、3、11、12 月)平均濃度 2.738mg/L,平水期(4、5、6、9、10 月)平均濃度為1.387mg/L。枯、平水期氨氮污染較重,豐水期污染較輕,說明流域主要污染負荷來自點源。

3.2 氨氮空間分布特征

2015 年至2019 年遼河源斷面氨氮平均濃度為0.286mg/L,攔河閘斷面平均濃度為1.586mg/L,河清斷面平均濃度為3.655mg/L,城子上斷面平均濃度為2.685mg/L,周家河口斷面平均濃度為1.198mg/L,四雙大橋斷面平均濃度為1.216mg/L?？傮w來說,東遼河上游遼河源斷面水質狀況較好,入二龍湖前途經遼源市區,受城市排污影響攔河閘和河清斷面水質狀況極差,河清斷面連續五年為劣Ⅴ類,雖經過二龍湖后水質有所改善,但出省斷面四雙大橋的水質為Ⅳ類,東遼河干流整體水質狀況為中度污染。

4 總磷分布特征

4.1 總磷時間分布特征

2015 年至2019 年東遼河河流斷面總磷豐水期(7、8月)平均濃度為 0.1773mg/L,枯水期(1、2、3、11、12 月)平均濃度 0.3135mg/L,平水期(4、5、6、9、10 月)平均濃度為0.1792mg/L。枯、平水期總磷污染較重,豐水期污染較輕,說明流域主要污染負荷來自點源。

圖1 2016 年至2019 年東遼河干流主要污染指標濃度變化

圖2 東遼河水質監測斷面示意圖

4.2 總磷空間分布特征

2015 年至2019 年遼河源斷面氨氮平均濃度為0.0663mg/L,攔河閘斷面平均濃度為0.2287mg/L,河清斷面平均濃度為0.2720mg/L,城子上斷面平均濃度為0.5454mg/L,周家河口斷面平均濃度為0.1490mg/L,四雙大橋斷面平均濃度為0.1321mg/L。總體來說,東遼河上游遼河源斷面水質狀況較好,入二龍湖前途經遼源市區,受城市排污影響攔河閘和河清斷面水質狀況極差,河清斷面連續五年為劣Ⅴ類,雖經過二龍湖后水質有所改善,但出省斷面四雙大橋的水質為Ⅳ類,東遼河干流整體水質狀況為中度污染。

5 東遼河氮磷來源分析

5.1 環境基礎設施薄弱

部分城市處理能力不足導致污水溢流問題突出。污水收集配套管網建設滯后于城鎮發展,排污管線覆蓋率較低且不均衡,污水管網系統不健全、管網路徑設計不合理或管徑偏小、日常維護管理不及時等問題較為普遍,致使部分污水沒有通過處理就直接排放,特別是城鄉結合部管網問題尤為突出[5]。此外,鄉鎮污水收集處理能力嚴重不足,重點鎮和常住人口萬人以上鄉鎮中絕大部分不具備污水收集和處理能力,污水直排入河,對河流(特別是支流)水環境質量影響較大。

5.2 畜禽養殖污染嚴重,侵占生態空間問題突出

畜禽養殖污染嚴重,規模以下養殖場環境監管薄弱,糞污收集、轉運和集中處理體系尚未建立,大量糞污隨意堆放,造成嚴重污染[6]。禁養區內部分養殖場未做到“去功能化”,存在“死灰復燃”隱患。農村存在大量非正規垃圾堆放點,垃圾污染問題突出。遼河、飲馬河、伊通河、輝發河、拉林河流域河道和河灘地被占用問題突出,導致流域生態環境壓力加大。

5.3 點源污染負荷大,環境違法問題仍屢有發生

重污染行業污染負荷居高不下,工業集聚區污水集中處理設施建設滯后,部分已建污水處理廠因進水量遠低于設計水量,“大馬拉小車”,造成污水處理廠運行不穩定[7]。此外,城鎮污水處理廠運行不穩定、污水“超越”直排、在線自動監控裝置運行不正常等問題突出,特別是在枯水期,污水處理廠不穩定運行是斷面水質超標的最重要原因(主要原因之一)[8]。

圖3 東遼河氨氮季節變化情況(2015-2019 年)

圖4 東遼河氨氮空間變化情況(2015-2019 年)

圖5 東遼河總磷季節變化情況(2015-2019 年)

圖6 東遼河總磷空間變化情況(2015-2019 年)

5.4 各地水污染防治投入不足,治污項目進展緩慢

各地在落實水污染防治工作任務方面,不同程度存在著重視程度不夠、壓力逐級衰減現象,一些重點目標任務均未按預期時限完成,導致治污項目建設滯后于水環境質量改善需求。從各地不達標水體達標方案年度自查情況看,普遍存在水環境質量目標和重點工程項目進度均未達到時限要求的情況。此外,各地雖然實施了一批工程項目,但“治岸不治水”,該上的項目沒有及時上,對流域水環境質量改善直接效果不明顯,治污精準性不高問題突出[9]。

5.5 不利水文氣象條件加劇了水環境質量惡化

冬季河道內基本無天然徑流,補水基本靠污水處理廠排水,而污水處理廠在冬季因為進水水溫低導致運行不穩定、脫氮效率下降,加大了冬季水質改善難度[10]。冬季氣溫低,影響污水處理效果。氣溫低致使污水處理廠處理效率下降,現場檢查發現,多數污水處理廠排水中氨氮濃度在5-8 毫克/升之間。濃度值雖達到排放標準要求,但對于以污水處理廠排水為主要補水的河流而言,水質降為劣五類是必然結果。另外,由于氣溫低,河流氨氮的自凈能力減弱,使氨氮去除效率下降。與此同時,降水少,河流生態徑流量降低。根據各地提供的水文資料顯示,輝發河、布爾哈通河、海蘭河、琿春河等支流今年1 月水量與去年同期相比降低50%左右,導致水體生態補水少,污染物濃度升高。