新疆克孜勒蘇河喀什市段入河污染物估算及特征分析

張 濤，白金鳳，馬 超，康 宏，朱建雯

估算污染物進(jìn)入目標(biāo)水體的總量以及分析污染物組成特點(diǎn)，可以為水資源保護(hù)以及水污染防治工作提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，其中，準(zhǔn)確估算污染物入河量成為研究水環(huán)境污染問題的一個(gè)必要前提。目前，我國許多地區(qū)對污染物入河量的估算采用在污染源排放口直接檢測估算入河量，但實(shí)際上許多污染物從排放口排出后往往會經(jīng)過暗渠、明渠或漫流等方式進(jìn)入河流，導(dǎo)致污染源排放口直接檢測估算的入河量與實(shí)際入河量偏差較大。

隗經(jīng)斌等［1-2］的研究表明，克孜勒蘇河河流水質(zhì)在進(jìn)入喀什市前為III 類，而流出喀什市后水質(zhì)成為劣V 類，表明該河流在經(jīng)過城市市區(qū)后接受的污染物對水質(zhì)產(chǎn)生了很大影響。本文根據(jù)2013年5月的污染源調(diào)查數(shù)據(jù)，估算了克孜勒蘇河經(jīng)過喀什市段污染物的入河量，并對污染源特征進(jìn)行了分析，為今后該區(qū)段河流水污染物控制管理措施的制定提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 研究區(qū)域的環(huán)境特征

克孜勒蘇河是喀什噶爾河流域內(nèi)最大的河流，干流流經(jīng)喀什市，長度約11 km?？κ彩衅骄０胃叨? 289 m，屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，全年平均氣溫11.7 ℃，7月溫度最高(平均溫度27 ℃)，最低溫度出現(xiàn)在1月(平均氣溫為－6 ℃)。年均降水量121 mm，年均蒸發(fā)量達(dá)2 162 mm，年無霜期達(dá)224 d。克孜勒蘇河流經(jīng)地區(qū)土壤性質(zhì)屬于鹽堿土［3］。

1.2 污染源類型及排放量統(tǒng)計(jì)

污染源調(diào)查采用全國污染源普查中的通用調(diào)查方法。

污染源類型主要分為點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源污染2 個(gè)部分，點(diǎn)源主要包括城市生活源和工業(yè)源，非點(diǎn)源主要包括農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源、城市非點(diǎn)源(城市中未納入市政污水管網(wǎng)的生活污水排放)。對于工業(yè)廢水的排污口，可直接定位于污染產(chǎn)生的相應(yīng)工業(yè)企業(yè)，而城市生活污染和污水處理廠的排污口，則將源定位在市政管網(wǎng)的覆蓋范圍內(nèi)。

本研究的點(diǎn)源包括啤酒廠總排口、豆腐廠總排口、污水處理廠總排口、明宇廣場總排口。各排污口的污染物入河量估算方法:啤酒廠首先利用廢水在線監(jiān)測系統(tǒng)取得排放廢水的污染物濃度數(shù)據(jù)，然后再通過距離法估算出污染物的入河量;豆腐廠總排口排污量，是將納污范圍內(nèi)集中連片的15 家豆腐廠排污量相加，再以匯水區(qū)域的中心點(diǎn)為虛擬產(chǎn)污點(diǎn)，并以此虛擬產(chǎn)污點(diǎn)到河流的距離作為入河距離，估算出豆腐廠總排口的污染物入河量;城市生活源的污染物，采用人均排污單位當(dāng)量法估算，即用納污范圍內(nèi)人口數(shù)量乘以人均污染物排放量，從而得到該納污范圍內(nèi)的生活污染物排放量;污水處理廠的納污范圍內(nèi)沒有大型工業(yè)企業(yè)的污水排入市政管網(wǎng)，污水來源均為城市生活污水。目前，喀什市約有50 萬人，污水處理廠設(shè)計(jì)處理能力為每日處理8 萬m2城市生活污水。

所研究的非點(diǎn)源包括七里橋稻田排水、七里橋魚塘排水、吐曼河分支入河處。其中吐曼河支流匯入的污染物濃度利用其斷面的污染物濃度及流量進(jìn)行估算。

1.3 指標(biāo)確定

根據(jù)克孜勒蘇河流經(jīng)城市市區(qū)及污染源的特點(diǎn)，結(jié)合國家“十二五”環(huán)境總量控制指標(biāo)，選擇化學(xué)需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)2 個(gè)指標(biāo)，反映該河段受有機(jī)物污染的影響程度。由于排入該河段的污染源中含有大量的生活廢水，它是引起水體富營養(yǎng)化的重要因素，因此又選擇了總氮(TN)和總磷(TP)2 個(gè)指標(biāo)，反映該河段的水體富營養(yǎng)化的影響程度。

1.4 污染物入河量估算方法

目前，對于污染物入河量的估算方法主要有距離法、實(shí)驗(yàn)法和經(jīng)驗(yàn)法3 種。實(shí)驗(yàn)法采用在入河口監(jiān)測的各污染物濃度來估算污染物入河量，但該方法往往會受研究區(qū)域的客觀環(huán)境影響;經(jīng)驗(yàn)法是在總結(jié)不同地區(qū)污染物入河系數(shù)的基礎(chǔ)上，通過類比，選出與本地環(huán)境條件相適宜的入河系數(shù)來估算當(dāng)?shù)匚廴疚锶牒恿?，在我國沿海地區(qū)和中部地區(qū)都已經(jīng)有相關(guān)研究［4-8］，但由于新疆喀什地區(qū)低降水量、高蒸發(fā)量、土壤性質(zhì)特殊、夏季高溫日數(shù)偏多等自然環(huán)境特征與我國沿海地區(qū)和中部地區(qū)差異很大，同時(shí)又缺乏該區(qū)域相關(guān)的研究工作，故不宜采用經(jīng)驗(yàn)法來估算污染物入河量。因此，本文采用距離法對污染物入河量進(jìn)行估算。

根據(jù)中國環(huán)境規(guī)劃院編寫的《全國水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》，可利用污染物入河距離長短來確定入河系數(shù)，再乘以污染物排放量，估算出污染物的入河量。在距離法中，入河系數(shù)確定的主要原則:

1)依據(jù)企業(yè)排放口和城市污水處理廠污水排放口到入河排污口的距離(L)遠(yuǎn)近確定入河系數(shù)。當(dāng)L≤1 km 時(shí)，入河系數(shù)取1.0;當(dāng)1 km ＜L≤10 km 時(shí)，入河系數(shù)取0.9。

2)入河系數(shù)修正。通過未襯砌明渠入河，修正系數(shù)取0.6 ～0.9，本文取0.7。

3)溫度修正系數(shù)。全年平均氣溫為10 ～30 ℃時(shí)，入河系數(shù)乘以0.8 ～0.95，本文取0.85。

4)城市人均產(chǎn)污系數(shù)。COD 一般為60 ～100 g/(人·d)，NH3-N 一般為4 ～8 g/(人·d)。本文COD 取80 g/(人·d)，NH3-N 取6 g/(人·d)。

2 結(jié)果與討論

2.1 克孜勒蘇河喀什市段納污范圍

根據(jù)污染源調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料，克孜勒蘇河喀什市段有6 個(gè)排污口及1 個(gè)吐曼河分支匯入口。由于吐曼河也是一條流經(jīng)喀什市的河流，其污染源也是以生活污染物為主，因此將其歸為生活污染源。各排污口的詳細(xì)內(nèi)容見表1。根據(jù)對各區(qū)域中污染源排放調(diào)查的信息，可大致確定各主要排污口的納污范圍，如圖1所示。

表1 排污口位置及納污區(qū)域面積與入河距離

圖1 克孜勒蘇河排污口納污范圍劃分示意圖

2.2 克孜勒蘇喀什市段污染物入河量估算

根據(jù)污染源調(diào)查資料，采用距離法對研究區(qū)域進(jìn)行污染物入河量的估算，結(jié)果見表2。

表2 克孜勒蘇河喀什市段污染物入河量

由表2可知，污水處理廠總排口排放污染物最多，其中COD 排放量占研究區(qū)域總排放量的63.62%，年排放量達(dá)到1 927.21 t;NH3-N 排放量占研究區(qū)域總排放量的82.99%，年排放量達(dá)到560.64 t;TN 排放量占研究區(qū)域總排放量的79.50%，年排放量達(dá)到931.48 t;TP 排放量占研究區(qū)域總排放量的61.05%，年排放量達(dá)到31.83 t。其次為豆腐廠總排口污染物排放量，其中COD 排放量占研究區(qū)域總排放量的34.46%，年排放量達(dá)到1 044.00 t;NH3-N 排放量占總排放量的16.79%，年排放量達(dá)到113.44 t;TN 排放量占總排放量的20.28%，年排放量達(dá)到237.61 t;TP 排放量占總排放量的36.98%，年排放量達(dá)到19.82 t。由以上數(shù)據(jù)分析可知，污水處理廠及豆腐廠總排口的COD 排放量占研究區(qū)域的98.08%，年排放量為2 971.21 t;NH3-N 排放量占總排放量的99.78%，年排放量達(dá)到674.10 t;TN排放量占總排放量的99.78%，年排放量達(dá)到1 169.39 t;TP 排放量占總排放量的98.03%，年排放量達(dá)到51.65 t。因此，克孜勒蘇河流經(jīng)喀什市的主要污染物是來自污水處理廠總排口及豆腐廠總排口排放的污染物。

喀什市污水處理廠占地8.29 hm2，采用國內(nèi)先進(jìn)的A2/O 處理工藝，目前污水日均處理能力為6.63 ×104m3，處理后出水達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)?？俗卫仗K河是自治區(qū)確定的重點(diǎn)流域，根據(jù)國家環(huán)保部2006年5月8日發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)修改單中，城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入國家和省確定的重點(diǎn)流域及湖泊、水庫等封閉、半封閉水域時(shí)，執(zhí)行一級A 標(biāo)準(zhǔn)。因此，污水處理廠處理后的排水不能直接排入河道。依據(jù)“收集—處理—回收—再利用”運(yùn)行模式，規(guī)劃引入下游戈壁荒灘，作為生態(tài)防風(fēng)林灌溉用水。但由于種種原因目前的引水灌溉工程仍處于建設(shè)中，污水處理廠的排水只能排入附近的、多年以前使用的氧化塘中儲存，因氧化塘容量的有限性及多年沒有清淤與維護(hù)，使儲水溢出流入克孜勒蘇河后成為該河的主要污染源，并造成二次污染，嚴(yán)重影響了克孜勒蘇河的水質(zhì)，也是導(dǎo)致該河水質(zhì)由III 類變?yōu)榱覸 類的重要原因。由此可見，盡快完成污水處理廠出水灌溉引水工程，既是污水處理效益得以發(fā)揮的重要途徑，又是解決克孜勒蘇河水質(zhì)下降問題的一個(gè)重要措施。

沿河約15 個(gè)家庭作坊式豆腐生產(chǎn)廠，由于歷史原因，其生產(chǎn)范圍內(nèi)無污水處理設(shè)施，生產(chǎn)污水未經(jīng)處理就直接排入河道，成為克孜勒蘇河喀什河段的又一重要的污染源。由于豆腐生產(chǎn)廢水中含有大量的懸浮物和高濃度有機(jī)物，不能直接排入市政管網(wǎng)，為此，要解決豆腐生產(chǎn)廢水對河流水質(zhì)的影響問題，應(yīng)首先對生產(chǎn)廢水進(jìn)行集中處理，達(dá)到市政管網(wǎng)允許的廢水濃度標(biāo)準(zhǔn)后再排入污水處理廠進(jìn)行系統(tǒng)處理。

在目前的入河污染物中，農(nóng)業(yè)污染物所占的比例很小，但隨著水稻種植、魚類養(yǎng)殖過程中農(nóng)藥、化肥、飼料、添加劑等物質(zhì)的大量使用，且這些物質(zhì)中可能含有具有累積效應(yīng)影響的重金屬，若直接排入河流中，將會對河流中的水生生物、河水水質(zhì)及人類健康產(chǎn)生重大影響，因此，應(yīng)嚴(yán)格控制河岸周圍農(nóng)業(yè)種植和養(yǎng)殖過程中可能對水體產(chǎn)生污染的農(nóng)用物質(zhì)使用，減少對河流排放農(nóng)業(yè)污染物。

2.3 克孜勒蘇河喀什市段不同污染源類型貢獻(xiàn)率分析

從圖2可以看出，按污染物來源性質(zhì)分析，經(jīng)過克孜勒蘇河喀什市段的受納污染物以生活污染源占第一位，4 種污染指標(biāo)的貢獻(xiàn)率均超過60%，其中COD 貢獻(xiàn)率為63.94%，NH3-N 貢獻(xiàn)率為83.05%，TN 貢獻(xiàn)率為79.54%，TP 貢獻(xiàn)率為61.12%。貢獻(xiàn)率排在第二位的是工業(yè)源，其中COD 貢獻(xiàn)率為 35.91%，NH3-N 貢獻(xiàn)率為16.84%，TN 貢獻(xiàn)率為20.23%，TP 貢獻(xiàn)率為38.57%。不同類型的污染源中，生活源COD、NH3-N、TN、TP 的貢獻(xiàn)率分別是工業(yè)源的2、5、4、1.6 倍。農(nóng)業(yè)源的貢獻(xiàn)率均不到1%。因此，生活污染源是克孜勒蘇河喀什市段最主要的污染源，其次是工業(yè)源。農(nóng)業(yè)源目前對克孜勒蘇河喀什市段的水質(zhì)貢獻(xiàn)率很小。

圖2 各污染源貢獻(xiàn)率圖

按污染物排放形式分析，克孜勒蘇河喀什市段的點(diǎn)源COD 排放量占總排放量的99.78%，NH3-N占99.88%，TN 占99.87%，TP 占98.65%。因此，點(diǎn)源排放是克孜勒蘇河喀什市段污染物排放的主要形式。

由以上分析可知，克孜勒蘇河喀什市段污染源應(yīng)重點(diǎn)治理點(diǎn)源污染物排放。在減少排放量的同時(shí)，也可采用離岸排放的方式，利用河水的推流、稀釋作用，緩解局部污水濃度過高而產(chǎn)生的污染問題。同時(shí)，應(yīng)采取有效措施，對處理后的生活廢水進(jìn)行再利用，提高區(qū)域水資源的利用率。

3 結(jié)論

1)根據(jù)污染源調(diào)查數(shù)據(jù)，采用距離法估算入河污染物量，結(jié)果表明:克孜勒蘇河喀什段主要污染物排放源為污水處理廠和豆腐廠總排口，污水處理廠的COD、NH3-N、TN、TP 排放量分別占研究區(qū)域污染物總排放量的63.62%、82.99%、79.50%、61.05%，各污染物排放量均排第一位;豆腐廠排放口的COD、NH3-N、TN、TP 排放量分別占研究區(qū)域污染物總排放量的 34.46%、16.79%、20.28%、36.98%，排在第二位;污水處理廠和豆腐廠總排口各指標(biāo)排放量之和均超過區(qū)域總排放量的98%以上。

2)生活源和工業(yè)源是目前影響克孜勒蘇河喀什市段水質(zhì)質(zhì)量的主要污染源類型，其中排在第一位的是生活源，COD、NH3-N、TN、TP 的貢獻(xiàn)率分別為63.94%、83.05%、79.54%、61.12%;排在第二位的是工業(yè)源，COD、NH3-N、TN、TP 的貢獻(xiàn)率分別為 35.91%、16.84%、20.23%、38.57%。不同類型的污染源中，生活源COD、NH3-N、TN、TP 的貢獻(xiàn)率分別是工業(yè)源的2、5、4、1.6 倍。農(nóng)業(yè)源的4 項(xiàng)指標(biāo)貢獻(xiàn)率均小于1%，對克孜勒蘇河喀什市段的水質(zhì)影響很小。

3)從污染物排放類型來看，點(diǎn)源排放是克孜勒蘇河喀什段的主要類型，其中COD、NH3-N、TN、TP 的貢獻(xiàn)率分別為99.78%、99.88%、99.87%、98.65%。因此，改善克孜勒蘇河喀什市段水質(zhì)的關(guān)鍵是對污水處理廠及豆腐廠總排口的污水治理及減排。

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