摘要:為了解城市河道的污染物分布情況，在某城市河道某一河段設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，分別在4個(gè)季節(jié)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定河水的溶解氧(DO)質(zhì)量濃度、pH值、溫度等參數(shù)，并采集水樣和泥樣，分別測(cè)定上覆水、孔隙水和底泥中有機(jī)物、氮污染物、硫酸鹽的分布情況.結(jié)果表明，河水的DO質(zhì)量濃度和溫度在不同季節(jié)波動(dòng)較大，pH值則始終處于弱堿范圍.該城市河道中存在有機(jī)物、氨氮、硝氮、硫酸鹽等污染物，其中，有機(jī)物在底泥中的含量較低，主要存在于上覆水和孔隙水中，且隨季節(jié)變化較大，有機(jī)物質(zhì)量濃度范圍分別為10.0～99.6mg/L和21.2～85.2mg/L;氨氮主要存在于孔隙水中，且在春、夏兩季含量較高，在夏季氨氮質(zhì)量濃度最高達(dá)173.7mg/L，但秋、冬兩季底泥中的氨氮含量增多，分別為1.34mg/g和1.43mg/g;硝氮主要存在于底泥中，在春、秋兩季含量較高，分別為2.84mg/g和2.27mg/g;硫酸鹽的分布與氨氮的分布呈正相關(guān)，其主要分布于孔隙水中，隨季節(jié)變化的趨勢(shì)與氨氮一致，且在夏季達(dá)到最高值600.3mg/L，同時(shí)底泥中含量達(dá)到最低值0.57mg/g.

　　關(guān)鍵詞:城市河道;有機(jī)物;氨氮;硝氮;硫酸鹽;黑臭水體

　　0引言水是人類生存的基礎(chǔ)物質(zhì)之一，隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，水環(huán)境的惡化和水資源的短缺造成水資源形勢(shì)的日趨緊張.城市河道是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著提供水源、防洪排澇、調(diào)節(jié)氣候、降低污染等重要任務(wù)[1-2].然而，近年來(lái)隨著工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，大量工業(yè)廢水及生活污水未經(jīng)有效處理就直接排入城市河道，導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，水體呈現(xiàn)季節(jié)性或者終年黑臭[3-5].國(guó)務(wù)院高度重視城市水體黑臭問(wèn)題，2015年4月公布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》[6]強(qiáng)調(diào)，到2020年，地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以內(nèi);到2030年，基本消除城市黑臭水體問(wèn)題.

　　水污染論文范例：水污染治理產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)模式的創(chuàng)新研究

　　中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳于2016年2月公布的黑臭水體名單顯示，全國(guó)有73%以上的城市存在黑臭水體，共計(jì)1811個(gè)，其中河流占85.3%[7].由此可知，城市河道的水體黑臭問(wèn)題仍然十分嚴(yán)重，其生態(tài)修復(fù)是目前研究的重點(diǎn).有機(jī)物、硫酸鹽、氨氮是導(dǎo)致城市水體黑臭的重要原因，明確這幾種污染物在城市河道中的分布規(guī)律對(duì)于分析污染物的轉(zhuǎn)化途徑，以及進(jìn)一步確定城市河道的生態(tài)修復(fù)策略至關(guān)重要[8-9].目前，關(guān)于城市河道污染情況的系統(tǒng)研究較少，尚不足以支撐河道生態(tài)修復(fù)策略的確定.因此，本文擬對(duì)淮河流域某城市河道的上覆水、孔隙水及底泥中的污染物分布特征進(jìn)行研究，以期為確定城市河道生態(tài)修復(fù)方案及徹底解決河道污染問(wèn)題提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù).

　　1材料與方法

　　1.1主要試劑與儀器

　　主要試劑:(NH4)2SO4、NaNO2、KNO3，均為優(yōu)級(jí)純，阿拉丁試劑有限公司產(chǎn).主要儀器:TU-1810型紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司產(chǎn);ProPlus型便攜式水質(zhì)參數(shù)測(cè)定儀，美國(guó)YSI集團(tuán)產(chǎn).

　　1.2研究對(duì)象選取

　　選取淮河流域某城市河道為研究對(duì)象，所選區(qū)域段全長(zhǎng)10.4km.截至采樣前，該段河道沿岸均有居民，其生活污水均未經(jīng)處理直接排入河流，導(dǎo)致河道常年黑臭.在該段河道沿河水流向設(shè)置了5個(gè)采樣點(diǎn).

　　1.3實(shí)驗(yàn)方法

　　1.3.1采樣方法根據(jù)《水質(zhì)采樣方案設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(HJ495—2009)[10]的相關(guān)要求，分別在5月份、8月份、11月份、2月份(分別代表春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié))對(duì)圖1所示的5個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣.采樣前，對(duì)采樣點(diǎn)的pH值、溶解氧(DO)質(zhì)量濃度、溫度(T)等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定.之后，采用直立式采水器采集上覆水，并迅速轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)編號(hào)的帶蓋棕色儲(chǔ)存瓶?jī)?nèi).采用底泥采樣器采集表層5cm以下底泥樣品，并轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)編號(hào)的帶蓋聚乙烯瓶?jī)?nèi).樣品采集完畢后帶回實(shí)驗(yàn)室，于4℃冰箱內(nèi)保存，待測(cè).

　　1.3.2底泥處理方法底泥靜置2h后，棄去上清液，在8000r/min，20℃條件下離心15min，提取上清液作為孔隙水樣品測(cè)定污染物含量.剩余底泥在60℃條件下烘干后再自然風(fēng)干，完全干燥后取出，冷卻后碾碎至10目以下.將5g篩后泥樣倒入錐形瓶中，加入100mL濃度為2mol/L的KCl溶液，在振蕩器上振蕩48h，以浸提底泥中的污染物，靜置后取上層清液，待測(cè)[11].

　　1.3.3分析方法分別采用納氏試劑分光光度法、N-1-萘基乙二胺分光光度法、鉻酸鋇分光光度法、快速消解分光光度法測(cè)定樣品中氨氮、亞硝酸鹽氮、硫酸鹽、COD含量，測(cè)定波長(zhǎng)分別設(shè)置為420nm、540nm、440nm、440nm;采用紫外分光光度法測(cè)定樣品中硝酸鹽氮含量，測(cè)定波長(zhǎng)設(shè)置為220nm和275nm.

　　2結(jié)果與討論

　　2.1河水的理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

　　不同采樣點(diǎn)、不同季節(jié)河水的理化指標(biāo)參數(shù).河道上覆水溫度在5月份和8月份較高.5月份，8月份，11月份，2月份的溫度范圍分別為23.0～23.9℃，27.9～29.0℃，12.4～18.7℃，14.0～15.2℃.由此可知，不同采樣點(diǎn)的河水溫度在春、夏、冬三季的分布相對(duì)均勻，不同采樣點(diǎn)之間相差不大，但在秋季波動(dòng)較大.這可能是由于河道沿線的化肥廠在11月份產(chǎn)量較大，排放污水較多，在不同地點(diǎn)排放的水量不同，影響到河水的水質(zhì)參數(shù).河水中的DO質(zhì)量濃度可以直接反映河道的污染程度[12]，在不同采樣點(diǎn)、不同季節(jié)的分布變化較大.

　　總體來(lái)說(shuō)，夏季河水中的DO質(zhì)量濃度最低，5個(gè)采樣點(diǎn)均小于1mg/L，這是由于夏季氣溫高，O2在水中的溶解度降低，另外較高溫度下微生物的活性增加，消耗DO的速度加快，從而導(dǎo)致河水中的DO質(zhì)量濃度降低.此外，從采樣點(diǎn)來(lái)看，5#取樣點(diǎn)的DO質(zhì)量濃度總體低于4#采樣點(diǎn)，這表明支流的匯入帶來(lái)了更多的污染物，進(jìn)而影響到采樣河道中的DO質(zhì)量濃度.由于周邊生活污水的排入，河道的pH值在不同采樣點(diǎn)、不同季節(jié)均處于中性偏堿性的范圍，適合進(jìn)行氨氮的氧化反應(yīng)[13].因此，在DO充足的條件下，氨氮可以較快地氧化為硝態(tài)氮.

　　2.2河道中有機(jī)物的分布規(guī)律

　　河道上覆水、孔隙水和底泥中的有機(jī)物含量均以COD質(zhì)量濃度表示，上覆水中COD質(zhì)量濃度在不同季節(jié)的波動(dòng)較大，5個(gè)采樣點(diǎn)在不同季節(jié)的平均值分別為99.6mg/L、70.3mg/L、10.0mg/L和18.4mg/L.這主要是因?yàn)榇杭竞拖募揪用裼盟�量較多，生活污水排放量較大，因此COD質(zhì)量濃度相對(duì)于秋季和冬季較高.同時(shí)，由于夏季河水中DO質(zhì)量濃度較低，限制了有機(jī)物的降解速率，因而更易導(dǎo)致水體黑臭現(xiàn)象的發(fā)生.孔隙水中的COD質(zhì)量濃度在不同季節(jié)也有較大的差異，其中，春季COD質(zhì)量濃度最高，為85.2mg/L，而夏季COD質(zhì)量濃度最低，僅為21.2mg/L.

　　同時(shí)，夏季底泥中COD含量也較低，僅為0.57mg/g.這再次說(shuō)明，夏季微生物的活性較高，不但可加速有機(jī)物的氧化，同時(shí)也消耗了DO，而DO的不足，又限制了排入上覆水中的有機(jī)物的完全降解.該研究結(jié)果與DO質(zhì)量濃度在夏季最低的結(jié)果一致.在冬季，雖然上覆水和孔隙水中COD質(zhì)量濃度均有所降低，但底泥中COD含量顯著增加，從秋季的0.61mg/g增加到1.54mg/g.冬季溫度較低，河水溫度僅為15℃左右，而底泥溫度可能更低，這限制了微生物的活性，大量的有機(jī)物被吸附在底泥中而沒(méi)有被進(jìn)一步降解.雖然該季節(jié)的DO質(zhì)量濃度較高，但也從側(cè)面反映了微生物并沒(méi)有充分消耗掉DO.

　　此外，有機(jī)物的變化與反硝化過(guò)程有較大的關(guān)聯(lián)[14]，反硝化過(guò)程也會(huì)影響COD的變化，當(dāng)COD充足時(shí)，反硝化過(guò)程會(huì)及時(shí)消耗硝態(tài)氮.通過(guò)以上分析可知，春夏兩季的排水量較大，河道中有機(jī)物的質(zhì)量濃度較高，特別是夏季溫度較高，可以及時(shí)轉(zhuǎn)化COD，因此底泥和孔隙水中COD含量均較低.秋冬兩季雖然沒(méi)有大量的廢水排入，上覆水中COD質(zhì)量濃度較低，但污泥吸附有機(jī)物后不能及時(shí)將其氧化，導(dǎo)致孔隙水中COD質(zhì)量濃度較高，且底泥中COD含量在冬季達(dá)到最高.由此可知，上覆水中的有機(jī)物更多受到排水、降雨等的影響，而孔隙水和底泥中的污染物則主要受微生物活性的影響.

　　2.4河道中硫酸鹽的分布規(guī)律

　　不同季節(jié)河道中硫酸鹽含量變化情況.在不同季節(jié)，硫酸鹽在孔隙水中的質(zhì)量濃度均高于上覆水，表明硫酸鹽主要存在于底泥孔隙中，而底泥對(duì)硫酸鹽的吸附是發(fā)生在城市河道中的主要行為，這也是硫酸鹽容易被還原，進(jìn)而產(chǎn)生硫化氫等臭味氣體的重要原因[17].

　　夏季孔隙水中的硫酸鹽質(zhì)量濃度最高，達(dá)600.3mg/L，而底泥中硫酸鹽含量較低，僅為0.57mg/g.這說(shuō)明底泥中的硫酸鹽在較高的溫度下被解吸出來(lái)，進(jìn)入到孔隙水中.硫酸鹽主要來(lái)源于排泄物及工業(yè)廢水，春季底泥中硫酸鹽含量最高，達(dá)2.50mg/g，這是由于春季溫度相對(duì)較低，同時(shí)居民用水量大、排污量大，進(jìn)入河道的硫酸鹽量增多，這一方面會(huì)導(dǎo)致上覆水及孔隙水中硫酸鹽質(zhì)量濃度的提高，另一方面會(huì)導(dǎo)致底泥吸附大量硫酸鹽，為夏季底泥中硫酸鹽的解吸提供支撐.

　　水中的硫酸鹽不能完全還原，堆積到底泥中，導(dǎo)致孔隙水中的硫酸鹽質(zhì)量濃度升高.在秋冬兩季，底泥中硫酸鹽含量相對(duì)較高，但上覆水和孔隙水中硫酸鹽質(zhì)量濃度較低.整體而言，春季的硫酸鹽總體含量高于其他季節(jié).底泥中硫酸鹽含量的升高表明，較低的溫度更有利于底泥對(duì)污染物的吸附，上覆水及孔隙水中不能及時(shí)被微生物消耗的部分硫酸鹽，會(huì)再次被底泥吸附.因此，對(duì)于硫酸鹽而言，在春夏溫度較高的季節(jié)，通過(guò)增強(qiáng)底泥活性，提高對(duì)孔隙水中硫酸鹽的還原，是消除該污染物的關(guān)鍵.

　　此外，孔隙水中硫酸鹽的質(zhì)量濃度分布與氨氮的質(zhì)量濃度分布呈現(xiàn)相關(guān)性.在春夏兩季，孔隙水中氨氮和硫酸鹽質(zhì)量濃度均較高.孔隙水中的污染物含量反映了微生物轉(zhuǎn)化過(guò)程的強(qiáng)弱，這一方面表明，氨氮和硫酸鹽來(lái)自同一排污源;另一方面也反映底泥中可能存在同時(shí)轉(zhuǎn)化氨氮和硫酸鹽的反應(yīng)，例如硫酸鹽還原氨氧化反應(yīng)，該反應(yīng)可同時(shí)去除硫酸鹽和氨氮，將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑢⒘蛩猁}轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，從而使孔隙水中氨氮與硫酸鹽的質(zhì)量濃度變化呈正相關(guān).關(guān)于該反應(yīng)如何強(qiáng)化河道污染物的轉(zhuǎn)化，以及對(duì)氮硫循環(huán)的貢獻(xiàn)，仍需作進(jìn)一步研究.

　　通過(guò)以上分析可知，不同季節(jié)河道中硫酸鹽的變化趨勢(shì)與氨氮一致，主要存在于孔隙水而非上覆水中，且在春夏兩季含量較高.底泥中硫酸鹽含量也較高，但在夏季由于底泥的解吸作用，硫酸鹽含量最低.比較幾種污染物的分布可知，孔隙水中的污染物含量均高于上覆水，這說(shuō)明底泥的緩釋是河道污染的一個(gè)重要因素.強(qiáng)化底泥活性、增強(qiáng)氮硫循環(huán)，是徹底解決河道污染的關(guān)鍵.此外，底泥的解吸作用受溫度影響較大，溫度升高能夠促進(jìn)其對(duì)污染物的釋放，因而應(yīng)該選擇在溫度較高的季節(jié)強(qiáng)化微生物的活性.

　　3結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)某城市某段河道河水的理化指標(biāo)參數(shù)，以及上覆水、孔隙水及底泥中有機(jī)物、氨氮、硝氮、硫酸鹽等污染物的測(cè)定及分析可知:1)夏季水溫最高，DO質(zhì)量濃度最低，pH值始終處于8.0左右;2)上覆水中的有機(jī)物更多受排水、降雨等因素影響，而孔隙水和底泥中的有機(jī)物含量則受溫度、DO和微生物活性等因素影響，底泥中的COD含量在冬季最高;3)氨氮主要存在于孔隙水中，且在春夏兩季較高，硝氮主要存在于底泥中，強(qiáng)化底泥中氮的轉(zhuǎn)化是徹底去除氮污染物的關(guān)鍵;4)硫酸鹽在孔隙水中的含量均高于上覆水，且隨季節(jié)的變化趨勢(shì)與氨氮一致.總體而言，對(duì)城市河道的修復(fù)應(yīng)該從底泥入手，提高底泥中相關(guān)微生物的活性，增強(qiáng)污染物的轉(zhuǎn)化，同時(shí)，為了保證底泥中污染物的充分釋放，應(yīng)選擇在夏季進(jìn)行修復(fù).

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　　作者：張肖靜，位登輝，陳召，張楠，張紅麗