水體污染分析與修復(fù)技術(shù)

樊惠玲 鄧靜文（廣州市番禺區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣東廣州511483）

水體污染分析與修復(fù)技術(shù)

樊惠玲 鄧靜文（廣州市番禺區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣東廣州511483）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口的增長(zhǎng)，生活污水與生產(chǎn)廢水的排放量超出水體的容納能力，進(jìn)而導(dǎo)致水體污染，因此本文闡述了水體污染分析手段——水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析、水質(zhì)評(píng)價(jià)、源解析，并探討了水體修復(fù)技術(shù)。

水體污染；分析；修復(fù)

水是人類生存、發(fā)展的基礎(chǔ)，擇水而居就是人類對(duì)水需求的最好寫照。然而人類社會(huì)對(duì)環(huán)境資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致水體污染與水環(huán)境惡化，進(jìn)而造成人類生存發(fā)展的困境。根據(jù)國(guó)家環(huán)境狀況公報(bào)，2016年全國(guó)地表水國(guó)考斷面中Ⅳ～Ⅴ類占23.7%，劣Ⅴ類占8.6%，與之對(duì)比，2006年Ⅳ～Ⅴ類占32%，劣Ⅴ類占28%，表明經(jīng)過(guò)多年治理水體污染狀況已有明顯改觀。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?yàn)楸容^難，2016年監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中較差級(jí)占45.4%，極差級(jí)占14.7%，污染程度比地表水嚴(yán)重得多。地表水污染的主要指標(biāo)為化學(xué)需氧量（COD）、總磷（TP）和五日生化需氧量（BOD5），地下水污染指標(biāo)主要為錳、鐵、總硬度、溶解性固體、“三氮”、硫酸鹽、氟化物等。治理水體污染的關(guān)鍵是對(duì)水體污染特征進(jìn)行科學(xué)的分析，進(jìn)而提出有針對(duì)性的修復(fù)措施，因此本文對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了探討。

1 水體污染分析

1.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)與分析

水體污染分析的基礎(chǔ)是水質(zhì)監(jiān)測(cè)與分析，其內(nèi)容包括布設(shè)采樣點(diǎn)、水質(zhì)或底質(zhì)采樣、水樣分析。地表水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、布點(diǎn)、采樣、水樣保存與運(yùn)輸、分析方法可按《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 91-2002）及《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》（HJ 494-2009）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。地下水的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、布點(diǎn)、采樣、水樣保存與運(yùn)輸、分析方法可按照《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 164-2004）及HJ 494-2009的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

1.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按照一定的評(píng)價(jià)指標(biāo)并選擇合適的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，就能對(duì)水質(zhì)優(yōu)劣和污染程度進(jìn)行定性或定量的評(píng)價(jià)。水質(zhì)評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容包括確定評(píng)價(jià)目標(biāo)與評(píng)價(jià)指標(biāo)、選擇評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、建立評(píng)價(jià)模式、求解評(píng)價(jià)指標(biāo)的污染值、判別水質(zhì)類別及污染程度。評(píng)價(jià)目標(biāo)主要是掌握水體污染狀況，確定污染程度，劃分污染類型，預(yù)測(cè)污染趨勢(shì)，為水體污染修復(fù)提供依據(jù)。評(píng)價(jià)指標(biāo)一般根據(jù)水體類型、水質(zhì)及評(píng)價(jià)方法確定。例如河流以COD、BOD、石油類等指標(biāo)為主，湖泊、水庫(kù)以TP、TN等指標(biāo)為主，因?yàn)楹笳咭愿粻I(yíng)養(yǎng)化污染為特征。通常，地表水可采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）進(jìn)行評(píng)價(jià)，而地下水則采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848-93）進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)模式主要有單因子評(píng)價(jià)模型和綜合評(píng)價(jià)模型兩類，前者采用水質(zhì)最劣指標(biāo)確定水質(zhì)類別，后者通過(guò)多個(gè)水質(zhì)參數(shù)的運(yùn)算得出水體水質(zhì)綜合狀況。目前，水質(zhì)評(píng)價(jià)方法主要有指數(shù)評(píng)價(jià)法、新評(píng)價(jià)方法兩大類。指數(shù)評(píng)價(jià)法包括單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法兩小類。單因子評(píng)價(jià)法又包括標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法、超標(biāo)倍數(shù)法；綜合污染指數(shù)法包括簡(jiǎn)單綜合污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、布朗指數(shù)法、羅斯指數(shù)法、K法綜合污染指數(shù)法等。水質(zhì)新評(píng)價(jià)方法包括物元分析法、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊綜合評(píng)價(jià)法等[1]。表1是基于某流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)的幾種評(píng)價(jià)方法的結(jié)果。

表1 某流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)的評(píng)價(jià)結(jié)果（mg/L）

由表1可見(jiàn)，不同評(píng)價(jià)方法得出的結(jié)論是不一樣的，這是因?yàn)楦鱾€(gè)方法的評(píng)價(jià)依據(jù)和計(jì)算方法是有差別的。其中模糊綜合評(píng)價(jià)法與單因子指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果較為接近，但也并非完全一致，編號(hào)8就不同。單因子指數(shù)法是單因子評(píng)價(jià)法中的一種，也稱為標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法，是以最差的水質(zhì)類別作為綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，所以評(píng)價(jià)最為嚴(yán)厲。模糊綜合評(píng)價(jià)法是模糊數(shù)學(xué)和層次分析法結(jié)合的產(chǎn)物，避免了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)“唯一解”的弊端，但作為評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重賦值的層次分析法也有主觀性，而且賦權(quán)時(shí)偏重最大污染因子（TN）的影響，這也是其與單因子指數(shù)法結(jié)果比較接近的原因?；趩我蜃釉u(píng)價(jià)法的局限性，學(xué)者們提出了基于多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合污染指數(shù)法（簡(jiǎn)稱綜合指數(shù)法），其中簡(jiǎn)單綜合指數(shù)法是各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)相加求和的算術(shù)平均值（WQI），例如WQI介于0.4～0.7為輕污染，WQI介于0.7～1.0為中污染，WQI介于1.0～2.0為重污染，WQI大于2.0為嚴(yán)重污染?；疑P(guān)聯(lián)法是灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法中的一種，以實(shí)際監(jiān)測(cè)濃度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的參考序列，以水質(zhì)類別標(biāo)準(zhǔn)作為比較序列，求出水質(zhì)指標(biāo)相對(duì)于各灰類的關(guān)聯(lián)度，并將最大關(guān)聯(lián)度對(duì)應(yīng)的比較序列的水質(zhì)類別作為水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，其評(píng)價(jià)結(jié)果優(yōu)于功能區(qū)水質(zhì)類別。

1.3 水體污染源解析

污染源解析即對(duì)污染物來(lái)源進(jìn)行定性或定量分析。通過(guò)源解析可以判斷污染物來(lái)源、計(jì)算各類污染源貢獻(xiàn)大小，這樣才能有針對(duì)性地治理污染，如果不清楚污染源，即使花費(fèi)很多資源修復(fù)污染水體，到頭來(lái)還是無(wú)法徹底解決污染問(wèn)題。源解析最初是從解析大氣顆粒物污染源（TSP、PM10、PM2.5）發(fā)展起來(lái)的，后來(lái)也用于水體污染源和土壤污染源的解析。源解析根據(jù)研究對(duì)象的差異分為擴(kuò)散模型和受體模型兩類。前者用來(lái)研究污染源遷移、稀釋方面的變化規(guī)律，可以預(yù)測(cè)排放量和環(huán)境濃度；后者主要用于“診斷”而不是預(yù)測(cè)，通過(guò)受體樣品的分析確定各污染源的貢獻(xiàn)率，但只適用于污染區(qū)域。擴(kuò)散模型必須預(yù)先獲得污染源排放量的數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)存在一定不確定性，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果失準(zhǔn)，所以從污染治理角度看受體模型應(yīng)用效果更為突出。受體模型的理論基礎(chǔ)基于質(zhì)量守恒定律，即各污染源排放過(guò)程中如果沒(méi)有新物質(zhì)形成和原有物質(zhì)的消失，受體中污染物含量為各污染源貢獻(xiàn)之和。目前，受體模型中定性分析方法包括比值法、指紋譜圖法、特征化合物法等，定量分析方法包括化學(xué)質(zhì)量平衡模型法（CMB）、正定矩陣因子分解模型（PMF）、同位素分析法、逸度模型法等[2]。

2 水體污染修復(fù)

2.1 水體修復(fù)技術(shù)類型與特點(diǎn)

水體修復(fù)主要通過(guò)物理、化學(xué)、生物-生態(tài)三種途徑完成[3]。物理途徑包括截污分流、引水沖污、底泥疏浚、人工曝氣增氧等；化學(xué)途徑包括化學(xué)氧化、化學(xué)絮凝、化學(xué)固定等；生物-生態(tài)途徑包括水生植物凈化、微生物強(qiáng)化、人工濕地、生態(tài)浮島、生態(tài)塘、生物膜凈化等。物理修復(fù)技術(shù)短期內(nèi)可以收到很好的治理效果，但往往“治標(biāo)不治本”，經(jīng)常這樣處理費(fèi)用很高，且存在二次污染的可能，而人工曝氣增氧可以提高溶解氧，增強(qiáng)好氧微生物活性，但能耗高。化學(xué)修復(fù)技術(shù)針對(duì)性強(qiáng)，見(jiàn)效快，但副作用也較明顯，甚至破壞水體原有生態(tài)系統(tǒng)。生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)效果溫和，但常常能產(chǎn)生長(zhǎng)期治理效果，而且能耗很低。正因?yàn)樯?生態(tài)修復(fù)技術(shù)所具有的突出優(yōu)勢(shì)，目前成為水體修復(fù)技術(shù)研究的熱點(diǎn)，尤其是人工濕地、生態(tài)浮島顯著高于其他技術(shù)[4]。因?yàn)樗w修復(fù)的關(guān)鍵是水體獲得自凈能力，這樣才能治標(biāo)又治本，而這樣能力的獲得，根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，必須保持生物多樣性、系統(tǒng)開(kāi)放、物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)、生態(tài)平衡，生物-生態(tài)修復(fù)正基于此。水生植物是人工濕地、生態(tài)浮島的重要組成部分，因此下面討論水生植物的修復(fù)技術(shù)。

2.2 水生植物修復(fù)技術(shù)

水生植物利用其長(zhǎng)期進(jìn)化所形成的特殊解剖結(jié)構(gòu)，可以有效去除水體中的氮、磷、重金屬等污染物，在生物塘（凈化塘）、人工濕地、生態(tài)浮島（生態(tài)浮床）中獲得應(yīng)用，并在生活污水凈化、石油化工有機(jī)廢水凈化、放射性廢水處理中發(fā)揮積極作用[5]。以人工濕地為例，蘆葦、香蒲、燈芯草在處理BOD、COD方面效率較高，而且種植簡(jiǎn)單，管理方便。生態(tài)浮島利用了無(wú)土栽培技術(shù)原理，方便實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)，采用蕹菜、美人蕉作為浮床植物，對(duì)氮、磷有明顯去除效果。慈菇、大 、穗狀狐尾藻、鳳眼蓮、水花生、浮萍、紫萍等對(duì)有機(jī)廢水有明顯凈化效果。

3 結(jié)語(yǔ)

水體污染分析是水體修復(fù)的基礎(chǔ)，污染分析手段中水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析有成熟的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，但水質(zhì)評(píng)價(jià)方法眾多，源解析近年來(lái)才開(kāi)始應(yīng)用，可見(jiàn)水體污染分析并不簡(jiǎn)單，隨著水體污染治理工作的深入，這些技術(shù)必將大有用武之地，因此環(huán)境監(jiān)測(cè)工作人員必須加強(qiáng)學(xué)習(xí)和研究，以便為環(huán)境管理提供更好的服務(wù)。

[1]楊靜.改進(jìn)的模糊綜合評(píng)價(jià)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué)，2014.

[2]陳海洋，滕彥國(guó)，王金生，等.基于NMF與CMB耦合應(yīng)用的水體污染源解析方法[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011,31(2)：316-321.

[3]李紅霞，張建，楊帥.河道水體污染治理與修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016,44(4)：74-76.

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[5]溫閃閃，劉芳.水生植物對(duì)污染水體修復(fù)的研究進(jìn)展[J].凈水技術(shù)，2014,33(4)：9-13.