招遠(yuǎn)市羅山河污染源構(gòu)成及氨氮貢獻(xiàn)率分析

常 月

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京 102600）

根據(jù)《2020 中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》,2020 年,全國(guó)地表水監(jiān)測(cè)的1937 個(gè)水質(zhì)斷面（點(diǎn)位）中,Ⅰ~Ⅲ類水質(zhì)斷面（點(diǎn)位）占83.4%,比2019 年上升8.5 個(gè)百分點(diǎn)；劣Ⅴ類占0.6%。比2019 年下降2.8 個(gè)百分點(diǎn)。主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量、總磷和高猛酸鹽指數(shù)。可見,自2015 年4 月,國(guó)務(wù)院發(fā)布了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》以來(lái),經(jīng)過(guò)“十三五”期間的深度治水,全國(guó)各地水污染治理卓有成效,全國(guó)地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體消除比例達(dá)98.2%。然而想要長(zhǎng)效保持流域水環(huán)境質(zhì)量,需摸排清楚入河污染源,根據(jù)污染源的類型以及各類污染源對(duì)水體污染貢獻(xiàn)率的大小,有針對(duì)地制定治理措施。

1 概況

羅山河是招遠(yuǎn)市境內(nèi)主河道界河的一級(jí)支流,起點(diǎn)為水庫(kù),終點(diǎn)匯入界河,全長(zhǎng)14.26 km,河寬10 m~95 m,水面面積為152500 m2。其上游為金礦的主要開采區(qū),中游經(jīng)過(guò)村鎮(zhèn)居民生活區(qū),附近建有工業(yè)企業(yè),河道來(lái)水包括小型水庫(kù)、金礦污水廠排水、生活污水及企業(yè)排水。

2 河道污染源的構(gòu)成

根據(jù)污染源相對(duì)于水體的位置可以將其分為外源和內(nèi)源。外源按照空間形態(tài)又分為點(diǎn)源、線源和面源。內(nèi)源是指水體內(nèi)的污染源[1]。對(duì)羅山河流域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,經(jīng)初步分析確定羅山河的污染源含內(nèi)源和外源,外源主要由點(diǎn)源污染和面源污染構(gòu)成。

內(nèi)源污染通常包括河道底泥、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及水體中水生動(dòng)物的排放和釋放[1]。羅山河內(nèi)源污染主要是河道周邊生活污水、工業(yè)企業(yè)污水排放后的淤積物經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間累積后不斷向上覆水體中釋放污染物,以及河道中的各類垃圾中污染物的釋放。

點(diǎn)源是指那些污染源的產(chǎn)生地點(diǎn)比較集中,以“點(diǎn)”的形式將污染物排放到環(huán)境中的污染源,例如工廠的污水排放、建有下水道系統(tǒng)的城市污水排放等[1]。羅山河存在嚴(yán)重的點(diǎn)源污染,沿岸共有30 余處排口,主要污染為居民生活污水、沿岸工廠企業(yè)污水。

面源污染是指以“面”的形式向環(huán)境排放污染物的污染源,廣大的森林、農(nóng)田、沒(méi)有下水道的農(nóng)村和城鎮(zhèn)都屬于面污染源,它們?cè)诮邓畯搅鬟^(guò)程中產(chǎn)生的大量污染物都以“面”的形式進(jìn)入水體[1]。羅山河的面源污染主要是雨季時(shí)河道周邊的道路、農(nóng)田、綠地?zé)o組織排放攜帶的污染物。

3 河道污染負(fù)荷分析

3.1 水質(zhì)指標(biāo)的選取

氮是水體主要的耗氧污染物,氨氮中的非離子氨是引起水生生物毒害的主要因子,氨氮濃度過(guò)高可造成水體富營(yíng)養(yǎng)化[2]。氨氮是控制水體含氮有機(jī)物污染和保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),同時(shí)氨氮也是減排的約束性指標(biāo)[3]。因此選取污染較為嚴(yán)重的氨氮作為水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行研究。

3.2 氨氮的來(lái)源分析

水體中的氨氮來(lái)源可分為工業(yè)廢水的排放,生活污水的排放,農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)面源以及地面、雨水徑流的排放和內(nèi)源污染的釋放。

含氮工業(yè)廢水主要是化肥、化工、冶金、石油工業(yè)、油漆顏料、煤氣和煉焦等生產(chǎn)廢水的超標(biāo)排放。城市生活污水中的氨氮主要來(lái)源于人的排泄物[4]。農(nóng)業(yè)面源的污染主要是種植中施加的氮肥不能完全被植物所吸收；未設(shè)污染防治措施的養(yǎng)殖業(yè)中大量含氮有機(jī)物的排泄物的污水流入水體,也是重點(diǎn)污染源[5]。內(nèi)源污染釋放則主要是指沉積物積累氮重新釋放進(jìn)入到上覆水[5]。

3.3 氨氮負(fù)荷量匯總

3.3.1 內(nèi)源氨氮負(fù)荷量

羅山河內(nèi)源對(duì)河道污染的貢獻(xiàn)為河道底泥和入河垃圾,但垃圾對(duì)河道水體的污染貢獻(xiàn)較小,因此主要研究底泥中污染物的釋放。取河道中8 處不同點(diǎn)位的底泥進(jìn)行氨氮含量測(cè)定,8 處河道底泥中氨氮含量為0.87 mg/L~3.05 mg/L。選取同一背景底泥樣品進(jìn)行污染物釋放實(shí)驗(yàn),此樣品的氨氮含量為1.87 mg/L。

實(shí)驗(yàn)定量分析氨氮的釋放采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合：

式中：Qt為t時(shí)刻的氨氮釋放量（以干質(zhì)量計(jì)）,g/kg；Qmax為釋放平衡時(shí)氨氮的釋放量,g/kg；k為氨氮釋放速率常數(shù)；t為釋放時(shí)間,min[6]。

底泥釋放實(shí)驗(yàn)選取2、4、6、8、12 幾個(gè)時(shí)間間隔段,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擬合、計(jì)算,所得結(jié)論為：羅山河底泥氨氮的平均釋放速率為70 mg/（m2·d）。推算得羅山河水域面積范圍經(jīng)底泥釋放的氨氮負(fù)荷量約為10.68 kg/d。

3.3.2 點(diǎn)源氨氮負(fù)荷量

羅山河沿岸共有30 余處排口,包括污水排口、雨水排口以及合流制排口。旱季時(shí)對(duì)污水及合流制排口進(jìn)行流量測(cè)定,并取水樣進(jìn)行氨氮的分析,各類排口的氨氮濃度從1 mg/L~140 mg/L不等。

流域出口污染負(fù)荷總量是指在特定時(shí)間內(nèi)通過(guò)流域出口斷面的污染物質(zhì)量,常用單位有t、kg等。由于污染物的濃度和流量均隨時(shí)間變化而變化,再加上觀測(cè)條件的限制,在實(shí)際情況下不可能完全做到長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)同步監(jiān)測(cè),故本研究以一次測(cè)量的流量及濃度進(jìn)行污染負(fù)荷量估算,計(jì)算公式為：

式中：P為污染負(fù)荷總量；Ci為濃度；Qi為水量[7]。

根據(jù)水量測(cè)定結(jié)果以及水質(zhì)指標(biāo)分析結(jié)果,推算得羅山河每天接納來(lái)自排污口排放的氨氮負(fù)荷總量約為169.96 kg/d。

3.3.3 面源氨氮負(fù)荷量

雨季時(shí)河道周邊地面、農(nóng)田徑流和河面降雨中攜帶的污染物,通過(guò)地表徑流匯入河道,構(gòu)成了羅山河水體中氨氮的來(lái)源。

將河道周邊下墊面分為硬化路面、綠地和農(nóng)田,不同的下墊面對(duì)應(yīng)不同的徑流系數(shù),所含污染成分不同,農(nóng)田污染中還含有種植過(guò)程中農(nóng)藥化肥的殘留。根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕涤陻?shù)據(jù)計(jì)算,由三類下墊面徑流產(chǎn)生的入河污染物中氨氮負(fù)荷總量約為58.14 kg/d。

徐海波等[8]在研究分析中表明,雨水中含有不同濃度的可沉降物、總磷、總氮、氨氮以及高錳酸鹽指數(shù),且濃度隨降雨量的變化有不同程度的變化。就羅山河而言,測(cè)量當(dāng)?shù)氐湫蛨?chǎng)次降雨的氨氮含量,選取2008 年降雨量資料進(jìn)行分析,計(jì)算羅山河河面雨水及匯入其支流的河面雨水總量中所含的氨氮負(fù)荷量約為2.57 kg/d。

綜合地面徑流、農(nóng)業(yè)面源以及河面降雨三類污染源產(chǎn)生的氨氮負(fù)荷,羅山河面源匯總的氨氮負(fù)荷總量約為60.71 kg/d。

3.4 羅山河氨氮負(fù)荷量分析

經(jīng)過(guò)對(duì)羅山河現(xiàn)狀污染源即內(nèi)源、點(diǎn)源、面源的分析,通過(guò)這三類污染源進(jìn)入水體中的氨氮總負(fù)荷為241.35 kg/d。其中點(diǎn)源貢獻(xiàn)率為70.42%,面源貢獻(xiàn)率為25.15%,內(nèi)源貢獻(xiàn)率為4.43%。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）羅山河的污染源主要為點(diǎn)源、面源、內(nèi)源。點(diǎn)源污染主要為通過(guò)排口排放的生活污水以及工業(yè)廢水。面源污染主要來(lái)源于河道周邊地面徑流、農(nóng)田徑流和直接落入河內(nèi)的降雨。內(nèi)源污染主要為河道沉積物中污染物的釋放。

（2）通過(guò)數(shù)據(jù)分析,羅山河水體中氨氮的貢獻(xiàn)主要來(lái)源于點(diǎn)源,其次為面源,內(nèi)源相對(duì)于點(diǎn)源和面源其貢獻(xiàn)率較小。

（3）點(diǎn)源作為氨氮貢獻(xiàn)率最大的源頭,對(duì)其進(jìn)行有效控制后,可很大程度上減少河道水體中氨氮的的含量。輔助增設(shè)面源治理措施及內(nèi)源釋放控制措施,可進(jìn)一步提高水體中氨氮去除率。