水体污染分析与修复技术

2017-12-02樊惠玲邓静文广州市番禺区环境监测站广东广州511483

化工管理 2017年33期

关键词：污染源解析水体

樊惠玲邓静文（广州市番禺区环境监测站，广东广州511483）

水体污染分析与修复技术

樊惠玲邓静文（广州市番禺区环境监测站，广东广州511483）

随着经济发展与人口的增长，生活污水与生产废水的排放量超出水体的容纳能力，进而导致水体污染，因此本文阐述了水体污染分析手段——水质监测分析、水质评价、源解析，并探讨了水体修复技术。

水体污染；分析；修复

水是人类生存、发展的基础，择水而居就是人类对水需求的最好写照。然而人类社会对环境资源的过度开发，导致水体污染与水环境恶化，进而造成人类生存发展的困境。根据国家环境状况公报，2016年全国地表水国考断面中Ⅳ～Ⅴ类占23.7%，劣Ⅴ类占8.6%，与之对比，2006年Ⅳ～Ⅴ类占32%，劣Ⅴ类占28%，表明经过多年治理水体污染状况已有明显改观。然而，目前地表水污染比例仍然接近1/3。地下水污染治理因为比较难，2016年监测项目中较差级占45.4%，极差级占14.7%，污染程度比地表水严重得多。地表水污染的主要指标为化学需氧量（COD）、总磷（TP）和五日生化需氧量（BOD5），地下水污染指标主要为锰、铁、总硬度、溶解性固体、“三氮”、硫酸盐、氟化物等。治理水体污染的关键是对水体污染特征进行科学的分析，进而提出有针对性的修复措施，因此本文对相关内容进行了探讨。

1 水体污染分析

1.1 水质监测与分析

水体污染分析的基础是水质监测与分析，其内容包括布设采样点、水质或底质采样、水样分析。地表水监测项目、布点、采样、水样保存与运输、分析方法可按《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91-2002）及《水质采样技术指导》（HJ 494-2009）的相关规定执行。地下水的监测项目、布点、采样、水样保存与运输、分析方法可按照《地下水环境监测技术规范》（HJ/T 164-2004）及HJ 494-2009的相关规定执行。

1.2 水质评价

根据水质监测数据，按照一定的评价指标并选择合适的评价标准，就能对水质优劣和污染程度进行定性或定量的评价。水质评价的主要内容包括确定评价目标与评价指标、选择评价标准、建立评价模式、求解评价指标的污染值、判别水质类别及污染程度。评价目标主要是掌握水体污染状况，确定污染程度，划分污染类型，预测污染趋势，为水体污染修复提供依据。评价指标一般根据水体类型、水质及评价方法确定。例如河流以COD、BOD、石油类等指标为主，湖泊、水库以TP、TN等指标为主，因为后者以富营养化污染为特征。通常，地表水可采用《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）进行评价，而地下水则采用《地下水质量标准》（GB/T 14848-93）进行评价。评价模式主要有单因子评价模型和综合评价模型两类，前者采用水质最劣指标确定水质类别，后者通过多个水质参数的运算得出水体水质综合状况。目前，水质评价方法主要有指数评价法、新评价方法两大类。指数评价法包括单因子评价法、综合污染指数法两小类。单因子评价法又包括标准指数法、超标倍数法；综合污染指数法包括简单综合污染指数法、内梅罗指数法、布朗指数法、罗斯指数法、K法综合污染指数法等。水质新评价方法包括物元分析法、灰色系统评价法、人工神经网络模型、模糊综合评价法等[1]。表1是基于某流域水质监测的几种评价方法的结果。

表1 某流域水质监测的评价结果（mg/L）

由表1可见，不同评价方法得出的结论是不一样的，这是因为各个方法的评价依据和计算方法是有差别的。其中模糊综合评价法与单因子指数法的评价结果较为接近，但也并非完全一致，编号8就不同。单因子指数法是单因子评价法中的一种，也称为标准指数法，是以最差的水质类别作为综合评价结果，所以评价最为严厉。模糊综合评价法是模糊数学和层次分析法结合的产物，避免了传统数学“唯一解”的弊端，但作为评价指标权重赋值的层次分析法也有主观性，而且赋权时偏重最大污染因子（TN）的影响，这也是其与单因子指数法结果比较接近的原因。基于单因子评价法的局限性，学者们提出了基于多项评价指标的综合污染指数法（简称综合指数法），其中简单综合指数法是各项评价指标的标准指数相加求和的算术平均值（WQI），例如WQI介于0.4～0.7为轻污染，WQI介于0.7～1.0为中污染，WQI介于1.0～2.0为重污染，WQI大于2.0为严重污染。灰色关联法是灰色系统评价法中的一种，以实际监测浓度作为评价指标的参考序列，以水质类别标准作为比较序列，求出水质指标相对于各灰类的关联度，并将最大关联度对应的比较序列的水质类别作为水质综合评价结果，其评价结果优于功能区水质类别。

1.3 水体污染源解析

污染源解析即对污染物来源进行定性或定量分析。通过源解析可以判断污染物来源、计算各类污染源贡献大小，这样才能有针对性地治理污染，如果不清楚污染源，即使花费很多资源修复污染水体，到头来还是无法彻底解决污染问题。源解析最初是从解析大气颗粒物污染源（TSP、PM10、PM2.5）发展起来的，后来也用于水体污染源和土壤污染源的解析。源解析根据研究对象的差异分为扩散模型和受体模型两类。前者用来研究污染源迁移、稀释方面的变化规律，可以预测排放量和环境浓度；后者主要用于“诊断”而不是预测，通过受体样品的分析确定各污染源的贡献率，但只适用于污染区域。扩散模型必须预先获得污染源排放量的数据，但该数据存在一定不确定性，导致预测结果失准，所以从污染治理角度看受体模型应用效果更为突出。受体模型的理论基础基于质量守恒定律，即各污染源排放过程中如果没有新物质形成和原有物质的消失，受体中污染物含量为各污染源贡献之和。目前，受体模型中定性分析方法包括比值法、指纹谱图法、特征化合物法等，定量分析方法包括化学质量平衡模型法（CMB）、正定矩阵因子分解模型（PMF）、同位素分析法、逸度模型法等[2]。

2 水体污染修复

2.1 水体修复技术类型与特点

水体修复主要通过物理、化学、生物-生态三种途径完成[3]。物理途径包括截污分流、引水冲污、底泥疏浚、人工曝气增氧等；化学途径包括化学氧化、化学絮凝、化学固定等；生物-生态途径包括水生植物净化、微生物强化、人工湿地、生态浮岛、生态塘、生物膜净化等。物理修复技术短期内可以收到很好的治理效果，但往往“治标不治本”，经常这样处理费用很高，且存在二次污染的可能，而人工曝气增氧可以提高溶解氧，增强好氧微生物活性，但能耗高。化学修复技术针对性强，见效快，但副作用也较明显，甚至破坏水体原有生态系统。生物-生态修复技术效果温和，但常常能产生长期治理效果，而且能耗很低。正因为生物-生态修复技术所具有的突出优势，目前成为水体修复技术研究的热点，尤其是人工湿地、生态浮岛显著高于其他技术[4]。因为水体修复的关键是水体获得自净能力，这样才能治标又治本，而这样能力的获得，根据生态学原理，必须保持生物多样性、系统开放、物质循环与能量流动、生态平衡，生物-生态修复正基于此。水生植物是人工湿地、生态浮岛的重要组成部分，因此下面讨论水生植物的修复技术。

2.2 水生植物修复技术

水生植物利用其长期进化所形成的特殊解剖结构，可以有效去除水体中的氮、磷、重金属等污染物，在生物塘（净化塘）、人工湿地、生态浮岛（生态浮床）中获得应用，并在生活污水净化、石油化工有机废水净化、放射性废水处理中发挥积极作用[5]。以人工湿地为例，芦苇、香蒲、灯芯草在处理BOD、COD方面效率较高，而且种植简单，管理方便。生态浮岛利用了无土栽培技术原理，方便实现原位修复，采用蕹菜、美人蕉作为浮床植物，对氮、磷有明显去除效果。慈菇、大、穗状狐尾藻、凤眼莲、水花生、浮萍、紫萍等对有机废水有明显净化效果。