辽宁北部城市工业废水污染物扩散和削减规律分析

2018-08-29杨金尉

水利技术监督 2018年4期

杨金尉

(辽宁省铁岭水文局，辽宁铁岭 112000)

当前，随着辽宁工业化的不断发展，工业废水点源排放的污染已逐步成为影响水环境健康发展的重要因素[1- 5]。近些年来，对城市工业废水水质组成及其污染物的削减规律也逐步成为国内水环境学者的研究的热点[6- 9]；但是工业废水污染物存在明显的季节变化特征，以往研究大都针对污染物年际变化及扩散特征进行分析，而对工业废水组成季节变化特征研究还较少，特别是各主要污染物扩散和削减效应也存在明显的季节变化特征。辽宁北部为辽宁省主要的工业城市，为此本文结合各工业区水质采样测定数据，对辽宁北部某城市的工业废水主要组成及其扩散和削减率的季节变化特征进行分析研究，研究成果对于辽宁北部城市水环境保护具有总要的参考价值。

1 材料与方法

1.1 水样采集与检测方法

为对城市工业废水的组成进行时空分布特征的分析，对区域主要工业区布设了6个采样点，水质采样主要分布在各工业区的排污口。考虑工业废水的季节变化特征，分别在夏季和冬季，进行水样的采集。分析的工业废水指标为氨氮、总氮、总磷、化学需氧量、亚硝酸盐、硝酸盐、重金属镉。其中氨氮、总氮采用分光光度计方法进行检测，总磷采用钼酸铵分光光度法进行测定、化学需氧量采用高锰酸钾容量法进行测定，亚硝酸盐、硝酸盐采用紫外分光光度法，而对于重金属的测定主要采用重金属检测仪进行检测。

1.2 数据分析方法

研究采用主成分分析方法对工业废水的主要污染组成进行分析，在进行污染削减率计算时，主要采用以下方程进行削减率的计算，计算方程为：

(1)

式中，R—削减率，%；ρ0—污染物的初设浓度，mg/L；ρl—污染物采样点检测浓度，mg/L；l—采样点到扩散点的距离，km。

2 试验结果分析

2.1 工业废水主要组成分析

结合各采样点工业废水的检测值，采样主成分分析方法对各采样点工业废水的主要组成进行分析，结果见表1和如图1所示。

表1 工业废水的主要污染组成检测浓度单位：mg/L

图1 工业废水主要组成浓度变化过程

经过主成分分析，辽宁北部城市工业废水的污染主要组成为氨氮、亚硝酸盐、化学需要量以及重金属镉，其排污口监测数据分析，工业废水的总体水质标准达到IV类～V类。氨氮及亚硝酸盐的浓度偏高，各污染物浓度分别在3.54～5.57mg/L，35.8～51.3mg/L，12.8～22.5mg/L，0.004～0.009mg/L。夏季由于工业产量较高，使得夏季工业废水的排放浓度明显高于冬季。

2.2 工业废水污染物削减率变化规律分析

结合各污染物削减率的计算公式，对区域各采样点工业废水污染物的削减率进行分析，分析结果见表2、3。

表2 冬季各采样点工业废水污染物削减率计算结果

表3 夏季各采样点工业废水污染物削减率计算结果

在各污染物中，氨氮削减率最大，削减率均值达到2.15mg/L±12%，重金属镉削减率最低，达到0.006mg/L±5%，这主要是因为氨氮的扩散性能较差，在进入河道较短的时间内，其浓度削减率增加速率较快，在一定的扩散范围内，污染物的削减量逐步加大。而亚硝酸盐和化学需氧量在水质扩散区域内，其削减能力低于氨氮，使得这两种工业废水排放的污染物浓度低于氨氮。而对于重金属镉而言，比较难降解，因此使得其扩散率最低。从污染物削减率的空间分布特征可看出，北部区域污染物削减率高于南部，这主要是因为和水体流速有关。

2.3 污染物扩散与削减率的规律性分析

结合各采样点沿程观测数据，分析了研究区域工业废水扩散与削减率的规律，分析结果如图2所示。

图2 工业废水主要组成污染物扩散距离与削减率的规律分析结果

从图2中可看出，工业废水排放的各污染物浓度在夏季扩散距离与削减率的相关性都明显好于冬季，这主要是因为在夏季河道内水量较为充足，而水量直接决定的工业废水污染物排放浓度的扩散效应和削减率，而冬季特别是对于辽宁区域而言，冬季河道结冰，使得河道内的水量锐减，而当工业废水排放进行河道后，由于水量的减少，使得扩散距离和削减率相关性减弱。但是总体而言，工业废水排放的各污染物的扩散距离和削减率在冬季和夏季都具有较好的相关性。从工业废水各污染物的扩散距离和削减率的相关性分析可以看出，研究城市工业废水污染物削减率与扩散率呈现明显的负相关，氨氮随着扩散距离增加其削减率递减速率最快，重金属镉的递减速率最慢。