东辽河重点河段氮磷污染特征分析

秦 杨,刘 洋,朱 娜,吴雨华

(吉林省生态环境监测中心,吉林 长春 130000)

富营养化问题是当今水污染的主要问题之一,虽然我国的污水处理效率逐步提高,但河流氮磷污染问题仍没有很好解决。氮素物质对水体及人类有很大的危害,氨氮会消耗水体中的溶解氧,同时还可转化为亚硝胺,对人和鱼类等生物有毒害作用。富含磷酸盐的水在光照作用下非常适合藻类生长,随着藻类死亡及代谢,会耗去水中大量的溶解氧,造成水体质量恶化和水生态结构破坏。

近年来,东辽河流域污染较为严重,成为吉林省41 条江河中污染最为严重的河流之一。根据近年水质监测结果,东辽河6 个国控监测断面,除上游辽河源能达到优良水体,其余5 个断面Ⅴ类、劣Ⅴ类占比非常高,污染严重,主要污染指标分别为氨氮、总磷、高锰酸盐指数、生化需氧量、化学需氧量。已经成为影响吉林省和下游辽宁省经济与社会可持续发展的重大制约性因素。

随着经济社会的发展,流域内人口迅速增多,用水量迅速加大,对河流水质需求也越来越高,水资源供需矛盾的日益突出,已严重制约了流域内社会经济的健康良好发展。从污染成因上看,水体污染以及水体环境化学成分的改变主要受自然因素、城市化和农业活动影响[1]。而氮磷元素作为诱发水体富营养化的主要原因,分析其在水体中污染的分布特征和分析水质污染来源,有利于进一步分析河流污染问题,本研究选用东辽河重点河段为研究对象,以期为东辽河流域水环境评估策略和有效的水质管理提供很好的技术支持。

1 研究区概况

1.1 自然情况

东辽河是辽河干流上游地区东侧的大支流,发源于吉林省辽源市东辽县的哈达岭山脉小寒葱顶子峰东南萨哈领五座庙福安屯附近,源区海拔高360 米,流经东辽县、辽源市区、四平市伊通满族自治县、梨树县、公主岭市区、双辽市及辽宁省的西丰、昌图等市县,在双辽市出省境,在辽宁省康平县三门郭家与西辽河汇合,出省境断面为四双大桥。东辽河干流全长360 米,吉林省境内长 321 公里,多年平均径流量3.7 亿立方米[2]。

吉林省辽河流域属资源型重度缺水地区。东辽河地处辽河水系上游区,无过境水,而受气候变化影响该地区持续性降水偏少,呈现资源型缺水[3]。流域人均水资源量495立方米,仅为全省人均值的31%、全国人均值的23%。东辽河主要支流年内大部分时间基本呈现河道断流、滞流状态。加之城市工业、生活用水挤占生态用水,水体自净能力弱,几乎没有环境容量,河流断流问题日益突出[4]。

1.2 水环境质量状况

根据历年吉林省各级环境监测站的监测结果,2015年-2016 年东辽河除上游辽河源断面水质保持Ⅱ类外,其余5 个断面水质持续恶化,Ⅴ类、劣Ⅴ类水体占比达70%以上。2017 年以来,流域水环境质量状况略有好转,至2018 年Ⅴ类、劣Ⅴ类水体占比降至35%以下,3 个断面由2017 年的Ⅴ类转为Ⅳ类,1 个断面由Ⅴ类转为劣Ⅴ类。2019 年持续好转,东辽河治理初见成效,见表1。

表1 2015-2019 年东辽河流域水环境质量状况

2016 年以来东辽河干流的主要污染物均有所下降,2019 年,水质状况有所好转,由重度污染变为中度污染,氨氮、生化需氧量和化学需氧量分别为0.99mg/L、3.6mg/L、18.5mg/L,与2016 年相比分别下降-27.5%、58.2%和17.2%。详见图1。

2 研究方法

2.1 样点布设

依据地表水监测的布点原则：(1)监测断面必须有代表性,其点位和数量应能反映水体环境质量、污染物时空分布及变化规律,力求以较少的断面取得最好的代表性。(2)监测断面应避开死水区、回水去和排污口处,应尽量选择河(湖)床稳定、河段顺直、湖面宽阔、水流平稳之处。(3)监测断面布设应考虑交通状况、经济条件、实施安全、水文资料是否容易获取,确保实际采样的可行性和方便性。从上游至下游,在东辽河干流上设立辽河源、拦河闸、河清、城子上、周家河口、四双大桥6 个监测断面。

2.2 样品采集

采样时用GPS 对每一个采样点精准定位,采样方法执行地表水与污水监测技术规范(HJ/T91-2002),并在现场加入保存剂后运输回实验室进行分析。

2.3 监测指标及样品分析方法

监测指标为氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)。

氨氮(NH4+-N)采用《水质氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ535-2009),总磷(TP)采用《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》(GB11893-89)和便携式分光光度法(现场测定)。

3 氨氮分布特征

3.1 氨氮季节分布特征

2015 年至2019 年东辽河河流6 个断面氨氮丰水期(7、8 月)平均浓度为 0.789mg/L,枯水期(1、2、3、11、12 月)平均浓度 2.738mg/L,平水期(4、5、6、9、10 月)平均浓度为1.387mg/L。枯、平水期氨氮污染较重,丰水期污染较轻,说明流域主要污染负荷来自点源。

3.2 氨氮空间分布特征

2015 年至2019 年辽河源断面氨氮平均浓度为0.286mg/L,拦河闸断面平均浓度为1.586mg/L,河清断面平均浓度为3.655mg/L,城子上断面平均浓度为2.685mg/L,周家河口断面平均浓度为1.198mg/L,四双大桥断面平均浓度为1.216mg/L。总体来说,东辽河上游辽河源断面水质状况较好,入二龙湖前途经辽源市区,受城市排污影响拦河闸和河清断面水质状况极差,河清断面连续五年为劣Ⅴ类,虽经过二龙湖后水质有所改善,但出省断面四双大桥的水质为Ⅳ类,东辽河干流整体水质状况为中度污染。

4 总磷分布特征

4.1 总磷时间分布特征

2015 年至2019 年东辽河河流断面总磷丰水期(7、8月)平均浓度为 0.1773mg/L,枯水期(1、2、3、11、12 月)平均浓度 0.3135mg/L,平水期(4、5、6、9、10 月)平均浓度为0.1792mg/L。枯、平水期总磷污染较重,丰水期污染较轻,说明流域主要污染负荷来自点源。

图1 2016 年至2019 年东辽河干流主要污染指标浓度变化

图2 东辽河水质监测断面示意图

4.2 总磷空间分布特征

2015 年至2019 年辽河源断面氨氮平均浓度为0.0663mg/L,拦河闸断面平均浓度为0.2287mg/L,河清断面平均浓度为0.2720mg/L,城子上断面平均浓度为0.5454mg/L,周家河口断面平均浓度为0.1490mg/L,四双大桥断面平均浓度为0.1321mg/L。总体来说,东辽河上游辽河源断面水质状况较好,入二龙湖前途经辽源市区,受城市排污影响拦河闸和河清断面水质状况极差,河清断面连续五年为劣Ⅴ类,虽经过二龙湖后水质有所改善,但出省断面四双大桥的水质为Ⅳ类,东辽河干流整体水质状况为中度污染。

5 东辽河氮磷来源分析

5.1 环境基础设施薄弱

部分城市处理能力不足导致污水溢流问题突出。污水收集配套管网建设滞后于城镇发展,排污管线覆盖率较低且不均衡,污水管网系统不健全、管网路径设计不合理或管径偏小、日常维护管理不及时等问题较为普遍,致使部分污水没有通过处理就直接排放,特别是城乡结合部管网问题尤为突出[5]。此外,乡镇污水收集处理能力严重不足,重点镇和常住人口万人以上乡镇中绝大部分不具备污水收集和处理能力,污水直排入河,对河流(特别是支流)水环境质量影响较大。

5.2 畜禽养殖污染严重,侵占生态空间问题突出

畜禽养殖污染严重,规模以下养殖场环境监管薄弱,粪污收集、转运和集中处理体系尚未建立,大量粪污随意堆放,造成严重污染[6]。禁养区内部分养殖场未做到“去功能化”,存在“死灰复燃”隐患。农村存在大量非正规垃圾堆放点,垃圾污染问题突出。辽河、饮马河、伊通河、辉发河、拉林河流域河道和河滩地被占用问题突出,导致流域生态环境压力加大。

5.3 点源污染负荷大,环境违法问题仍屡有发生

重污染行业污染负荷居高不下,工业集聚区污水集中处理设施建设滞后,部分已建污水处理厂因进水量远低于设计水量,“大马拉小车”,造成污水处理厂运行不稳定[7]。此外,城镇污水处理厂运行不稳定、污水“超越”直排、在线自动监控装置运行不正常等问题突出,特别是在枯水期,污水处理厂不稳定运行是断面水质超标的最重要原因(主要原因之一)[8]。

图3 东辽河氨氮季节变化情况(2015-2019 年)

图4 东辽河氨氮空间变化情况(2015-2019 年)

图5 东辽河总磷季节变化情况(2015-2019 年)

图6 东辽河总磷空间变化情况(2015-2019 年)

5.4 各地水污染防治投入不足,治污项目进展缓慢

各地在落实水污染防治工作任务方面,不同程度存在着重视程度不够、压力逐级衰减现象,一些重点目标任务均未按预期时限完成,导致治污项目建设滞后于水环境质量改善需求。从各地不达标水体达标方案年度自查情况看,普遍存在水环境质量目标和重点工程项目进度均未达到时限要求的情况。此外,各地虽然实施了一批工程项目,但“治岸不治水”,该上的项目没有及时上,对流域水环境质量改善直接效果不明显,治污精准性不高问题突出[9]。

5.5 不利水文气象条件加剧了水环境质量恶化

冬季河道内基本无天然径流,补水基本靠污水处理厂排水,而污水处理厂在冬季因为进水水温低导致运行不稳定、脱氮效率下降,加大了冬季水质改善难度[10]。冬季气温低,影响污水处理效果。气温低致使污水处理厂处理效率下降,现场检查发现,多数污水处理厂排水中氨氮浓度在5-8 毫克/升之间。浓度值虽达到排放标准要求,但对于以污水处理厂排水为主要补水的河流而言,水质降为劣五类是必然结果。另外,由于气温低,河流氨氮的自净能力减弱,使氨氮去除效率下降。与此同时,降水少,河流生态径流量降低。根据各地提供的水文资料显示,辉发河、布尔哈通河、海兰河、珲春河等支流今年1 月水量与去年同期相比降低50%左右,导致水体生态补水少,污染物浓度升高。