南四湖流域硫酸鹽來源及管控措施分析

王濱勇， 劉 楠， 童 力

(①山東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，250000，濟南市；②青島理工大學環(huán)境與市政工程學院，266033，山東省青島市)

南四湖是我國華北地區(qū)面積最大的淡水、草型湖泊，屬于淮河流域沂沭泗水系，由南陽湖、獨山湖、昭陽湖、微山湖4個湖泊組成[1].流域總面積34800 km2，湖面面積1266 km2，承接山東、河南、江蘇、安徽4省34個縣(市、區(qū))31700 km2的來水，直接入湖河流53條，其中流域面積在1000 km2以上的大中型河道有8條.1960年在湖腰處建成二級壩樞紐工程，將其分成上、下級湖[2].

南四湖是南水北調(diào)東線工程的輸水干線和重要調(diào)蓄水庫，也是山東省的水生動植物寶庫和重要淡水漁業(yè)基地，在促進區(qū)域生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展方面具有重大戰(zhàn)略意義[3-5].由于南四湖位于南水北調(diào)東線工程中的關(guān)鍵位置，近年來越來越多的專家對南四湖流域的水環(huán)境進行研究，分析可能存在的污染源并提出改善措施.武周虎[6]等依據(jù)平均綜合污染指數(shù)法來評價水質(zhì)和篩選重污染河流，將化學需氧量(CODcr)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)和總氮(TN)設(shè)為主要水質(zhì)指標，通過歸納統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，TN是主要污染物.郭森[7]等利用ICP-OES方法并結(jié)合健康風險評價模型對南四湖水下重金屬的危害程度進行測定并得出結(jié)論：Cr是首要污染物.

目前對南四湖流域污染物的研究中，水質(zhì)指標大多分析化學需氧量(CODcr)、總磷(TP)和總氮(TN)，大部分文獻研究的重金屬為Cd、Cr、Fe、Mn、Zn等，涉及到硫酸鹽的的研究甚少.作為一種化合物，硫酸鹽大多溶于水，由硫酸根離子和其他金屬離子構(gòu)成[8].溶解性硫酸鹽作為流域水體中主要的化學組成成分，也是導致礦物度增加、水質(zhì)酸化的主導因素[9].湖水中的沉積物由于硫酸鹽的溶入會引起蓄積的磷的釋放，間接導致水體富營養(yǎng)化[10].湖內(nèi)多種水生動植物會因水體中氧溶解量的降低而缺氧死亡，還會威脅飲用水源的安全.

基于此問題，越來越多的研究指出，水體的硫酸鹽(SO42-)問題更應重視.江用彬[11]等以太平湖流域水體作為研究對象，通過研究水化學和硫酸鹽硫同位素的組成，探討人類活動的污染排放對流域地質(zhì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響.劉靜[12]等采用硫酸鹽雙同位素法，通過高頻率采樣統(tǒng)計與分析，研究西江上游南、北盤江和紅水河的水體，提出季風氣候?qū)α饔蚝铀辛蛩猁}濃度的影響.Zhou[13]等以淄博市洪山、寨里煤礦區(qū)的生活水井的水體作為研究對象，探討其硫酸鹽來源.結(jié)果顯示，大氣降水是該地區(qū)硫酸鹽的主要輸入源.曹星星[14]等采用硫、氧同位素法分析濕地水體中的硫酸鹽來源.結(jié)果表明，硫化物氧化是產(chǎn)生草海濕地地下水中的硫酸鹽的主要原因.

本研究針對南四湖流域水體硫酸鹽濃度過高現(xiàn)象，著重分析南四湖流域硫酸鹽治理的現(xiàn)狀，指出了南四湖流域硫酸鹽的主要來源，并結(jié)合南四湖地區(qū)的發(fā)展情況，提出對南四湖流域硫酸鹽管控的建議措施.

1 南四湖流域硫酸鹽治理現(xiàn)狀

近年來，在省委、省政府堅強領(lǐng)導下，山東省以改善水環(huán)境質(zhì)量為目標，綜合施策、攻堅克難，一些專家學者稱為“天下治污第一難”的南四湖實現(xiàn)了湖區(qū)水質(zhì)由劣五類向三類的躍升，為保障南水北調(diào)沿線地區(qū)生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水奠定了堅實基礎(chǔ).為進一步提升南四湖水質(zhì)保障水平，我省又采取一系列針對性措施，大力降低南四湖硫酸鹽指標濃度.重點開展了以下工作.

1.1 健全地方法律法規(guī)體系

《山東省南水北調(diào)工程沿線區(qū)域水污染防治條例》將南水北調(diào)工程沿線區(qū)域劃分為核心、重點和一般共3個等級的保護區(qū)，明確了各級保護區(qū)相應的不同政策措施，為保障南四湖水質(zhì)提供了有力的法律武器.《山東省水污染防治條例》進一步明確了各級政府、環(huán)保部門、其他負有監(jiān)管職責的部門、企事業(yè)單位、社會組織和公眾、新聞媒體6個方面的水污染防治職責，創(chuàng)新了生態(tài)紅線、生態(tài)補償、環(huán)境約談、區(qū)域限批等一系列制度措施，對于深入推進南四湖流域水污染防治具有重要意義.

按照流域特點和環(huán)境管理需求，《南四湖東平湖流域水污染物綜合排放標準》中將硫酸鹽、全鹽量納入控制因子，要求區(qū)域內(nèi)重點企業(yè)外排水硫酸鹽排放限值為650 mg/L，含鹽量排放限值為1600 mg/L.同時，根據(jù)南四湖流域水環(huán)境管理要求，增加了禁止向核心保護區(qū)直接排放投餌養(yǎng)殖廢水的規(guī)定；根據(jù)《山東省南水北調(diào)工程沿線區(qū)域水污染防治條例》和《山東省京杭運河航運污染防治辦法》要求，增加了禁止船舶污染直排的規(guī)定.

《山東省打好黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)作戰(zhàn)方案(2018-2020年)》《山東省打好飲用水水源水質(zhì)保護攻堅戰(zhàn)作戰(zhàn)方案(2018-2020年)》明確了南四湖流域水污染防治、水生態(tài)修復、水資源管理的總體思路，主要目標、重點措施和任務(wù)分工，確保2020年底流域內(nèi)國控斷面全部穩(wěn)定達到國家確定的水質(zhì)目標要求.

1.2 扎實推進專項排查整治

原山東省環(huán)境保護廳、省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳、省水利廳聯(lián)合印發(fā)《2018年重大外事活動飲用水水質(zhì)(硫酸鹽指標)達標保障方案》，明確要求流域內(nèi)各市以硫酸鹽指標為重點，組織開展轄區(qū)內(nèi)影響水質(zhì)安全環(huán)境隱患大排查，對排查中發(fā)現(xiàn)的突出環(huán)境問題及時查明原因，限期解決，做到邊查邊改，立查立糾，特別是對外排廢水不能穩(wěn)定達標且治理無望的工礦企業(yè)，果斷采取停產(chǎn)、關(guān)?；蛳蕻a(chǎn)限排措施.同時，突出抓好源頭控制、水量調(diào)配、供水提升三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)提升硫酸鹽指標安全保障水平.此外，山東省還以中央環(huán)保督察、省級環(huán)保督察以及城市黑臭水體整治環(huán)保專項行動、集中式飲用水水源地環(huán)保專項行動、水環(huán)境專項執(zhí)法等為契機，始終保持嚴厲打擊南四湖流域涉水環(huán)境違法行為高壓態(tài)勢，指導督促硫酸鹽排放源實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放.

1.3 著力強化科技支撐水平

組織開展南水北調(diào)東線山東段特征污染物調(diào)查與防治對策研究，實施南水北調(diào)沿線全鹽量污染控制情況調(diào)研監(jiān)測，發(fā)布《紡織印染工業(yè)高鹽廢水污染控制與治理技術(shù)規(guī)范》；濟寧市召開了高含鹽廢水治理與資源化利用技術(shù)研討會，集中研討硫酸鹽廢水治理目標、治理路徑、治理措施與調(diào)控策略；泰安市開展了東平湖硫酸鹽來源調(diào)查分析和修復策略研究，研究提出了針對性治理路徑.

2 南四湖流域硫酸鹽來源分析

依據(jù)標準HJ/T84-2001對南四湖流域硫酸鹽進行現(xiàn)場采樣測定，利用離子色譜法對無機陰離子(硫酸根)進行采樣.目前，南水北調(diào)調(diào)水期間進入南四湖下級湖的硫酸鹽濃度為120～160 mg/L，但從南四湖上級湖進入梁濟運河和東平湖硫酸鹽濃度達到220～280 mg/L，多數(shù)時段超過250 mg/L.因此，南四湖硫酸鹽濃度偏高與南水北調(diào)上游來水無明顯關(guān)聯(lián)，主要來源是湖區(qū)外源性污染和內(nèi)源性污染兩個方面.

2.1 外源性污染方面

南四湖湖區(qū)外源性污染主要包括入湖河流、大氣降水、濱湖地區(qū)農(nóng)業(yè)種植等等.其中，入湖河流硫酸鹽指標偏高是主要因素；大氣降水雖然也含有少量的二氧化硫，但對湖泊水質(zhì)的稀釋作用更為明顯；濱湖地區(qū)農(nóng)業(yè)種植施用硫酸鹽肥料，其排水主要通過入湖河流進入南四湖.根據(jù)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，南四湖53條入湖河流硫酸鹽濃度均值約為340 mg/L，其中一些主要河流硫酸鹽濃度均值約為500 mg/L，這些河流年徑流量大，對湖區(qū)硫酸鹽濃度具有明顯的抬升作用.根據(jù)《山東省水資源綜合規(guī)劃報告》，南四湖流域多年平均年徑流量為11.5億m3.假設(shè)南水北調(diào)每年調(diào)水入南四湖10億m3(硫酸鹽平均濃度150 mg/L)，53條入湖河流每年入湖水量10億m3(硫酸鹽平均濃度350 mg/L)，經(jīng)物理混合后，硫酸鹽濃度將提升到250 mg/L左右.

經(jīng)調(diào)查研究，造成入湖河流硫酸鹽濃度高的主要因素有2個方面.

一是地下水硫酸鹽本底值高，長期開采利用地下水導致入湖河流硫酸鹽濃度居高不下.根據(jù)魯西南地質(zhì)工程勘察院對濟寧市魚臺縣和金鄉(xiāng)縣的地下水調(diào)查數(shù)據(jù)，調(diào)查地區(qū)地下水硫酸鹽超標嚴重，其中淺層孔隙水硫酸鹽超標率為66.67%，深層孔隙水超標率為83.33%，淺層和深層孔隙水硫酸鹽平均濃度分別為471 mg/L、390 mg/L.此外，有關(guān)資料顯示，棗莊、菏澤部分區(qū)域地下水硫酸鹽濃度也整體較高.南四湖流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉、居民生活、工業(yè)生產(chǎn)等長期取用地下水(居民生活用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)公共用水中取用地下水的比例約分別為99%、57%和86%)，導致排水中硫酸鹽濃度高，進而造成入湖河流硫酸鹽濃度偏高.

通過調(diào)研分析，入湖河流硫酸鹽來源主要有直排企業(yè)、污水處理廠和農(nóng)田面源3大類，對硫酸鹽的貢獻率排名為直排企業(yè)(日排放約220噸、占42%)>城鎮(zhèn)污水處理廠(日排放約202噸、占39%)>農(nóng)田面源(日排放約101噸、19%).直排企業(yè)中，重點行業(yè)為煤礦行業(yè)、造紙行業(yè)和電力行業(yè)，對硫酸鹽的貢獻占比排名分別為：煤礦行業(yè)(22%)>造紙行業(yè)(12%)>電力行業(yè)(8%).

二是土壤鹽漬化問題長期存在，很大程度上抬高了入湖河流硫酸鹽濃度.南四湖流域由黃河、淮河、海河泛濫沖積而成，地勢平緩、排水不暢、地下水位較高，歷史上經(jīng)常遭受旱澇鹽堿災害.南水北調(diào)東線通水后，引入大量長江水，提高了原來的蓄水位，一定程度上加劇了土壤鹽漬化問題.此外，入湖河流幾乎都修建了控制水位的閘壩，攔河筑壩會抬高水位，進一步導致附近地區(qū)土壤鹽堿化；區(qū)域內(nèi)很多地區(qū)農(nóng)業(yè)種植在無排水條件下大水漫灌，也大面積抬高地下水位，促使土壤返鹽；流域內(nèi)種植水稻由來已久，每畝稻田每年用水670 m3左右，每年引水120～140 d，大面積種稻的渠系和田間大量滲水，易破壞水鹽平衡，導致稻田鹽漬化程度高，并且稻田退水后攜鹽濃度較高，對入湖硫酸鹽的貢獻不容忽視.

此外，南四湖流域化肥、農(nóng)藥施用量較高，但主要糧食作物化肥利用率僅為35%，主要農(nóng)作物農(nóng)藥利用率不足43%，大量未有效利用的化肥、農(nóng)藥在汛期隨農(nóng)田退水直接進入河道，也是導致入湖河流硫酸鹽濃度高的因素之一.

2.2 內(nèi)源性污染方面

南四湖湖區(qū)內(nèi)源性污染主要包括湖底沉積物釋放、湖泊蒸發(fā)、湖底地下水交換、漁業(yè)養(yǎng)殖等等.目前，南四湖湖區(qū)漁業(yè)養(yǎng)殖已被禁止.

一是湖區(qū)沉積物累積富集，造成湖體硫酸鹽濃度持續(xù)升高.南四湖歷史上存在大量水產(chǎn)養(yǎng)殖，在沉積物中積累了大量硫酸鹽.因沉積物釋放硫酸鹽具有長期、緩慢的特點，所以即使湖區(qū)養(yǎng)殖已被嚴格禁止，但是沉積物中已經(jīng)積累的硫酸鹽還會在相當長的時間內(nèi)向水體釋放硫酸鹽，造成湖水硫酸鹽含量升高.

二是湖區(qū)水資源持續(xù)蒸發(fā)濃縮，加劇硫酸鹽指標升高態(tài)勢.南四湖流域年平均降水量為774.9 mm，湖區(qū)水面年蒸發(fā)量為898.7 mm，年蒸發(fā)量超出年降水量123.8 mm，折合年水量約1.57億m3，造成硫酸鹽濃度進一步升高.

三是湖區(qū)非法采砂屢禁不止，造成地表水與地下水交換頻繁，地表水硫酸鹽濃度因此升高.近年來，南四湖存在很多采砂活動，隨著抽砂深度的增加，致使湖區(qū)出現(xiàn)了多處較深的砂坑，形成了地下水與地表水互通.在南水北調(diào)調(diào)水期間，受調(diào)水水流影響，加速了地下水與地表水的交換，地下水流出到地表時，巖石土壤中礦物組分的風化和溶淋以及金屬硫化物的氧化形成的硫酸鹽也會溶入到地表水中，從而導致地表水中硫酸鹽濃度逐漸升高.

3 南四湖流域硫酸鹽管控對策建議

硫酸鹽指標雖不作為評價地表水環(huán)境質(zhì)量的基本項目，但屬于評價集中式生活飲用水地表水源地的補充項目.目前，南水北調(diào)東線一期工程魯北段、魯東段、膠東輸水干線部分地區(qū)生活飲用水對南水北調(diào)調(diào)水依賴程度較大.根據(jù)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，青島市棘洪灘水庫、德州市武城縣大屯水庫等南水北調(diào)沿線水庫部分時段出現(xiàn)硫酸鹽指標超標現(xiàn)象.對此，相關(guān)城市按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB 3838-2002)》要求，綜合采取水源優(yōu)化調(diào)度、水廠深度處理改造、摻混海水淡化水等措施，實現(xiàn)了自來水廠出水達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》，有效保障了人民群眾飲水安全.作為南水北調(diào)輸水入魯?shù)牡谝粋€調(diào)蓄湖泊，南四湖水環(huán)境質(zhì)量特別是硫酸鹽指標的持續(xù)改善，對于保障下游水環(huán)境和水生態(tài)安全具有重要意義.對此，提出以下南四湖硫酸鹽指標管控措施.

3.1 堅持節(jié)水優(yōu)先原則

2017年全省總供水量為209.47億m3，其中濟寧市、菏澤市實際供水量分別為21.59億m3、20.99億m3，居全省第一、二位.針對流域內(nèi)供水、排水量居高不下的現(xiàn)狀，應當加快節(jié)水型社會建設(shè)，積極推進工業(yè)和城鎮(zhèn)節(jié)水，大力開展節(jié)水型農(nóng)業(yè)發(fā)展.一是加快開展節(jié)水型農(nóng)業(yè).2017年，濟寧、菏澤地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水量分別為14.88億m3、14.08億m3，分別居全省第二、三位，大水漫灌現(xiàn)象較為普遍.對此，應當逐步減少流域內(nèi)高耗水的水田面積，并加快實施灌區(qū)續(xù)建配套工程，加速實行末級渠系襯砌以及田間節(jié)水灌溉工程，切實減少農(nóng)業(yè)灌溉用水量.二是全面開發(fā)工業(yè)節(jié)水.針對目標是流域工業(yè)企業(yè)，重點核心是提高流域水的利用率，全面提升南四湖流域工業(yè)用水能力.三是推進實施城鎮(zhèn)生活節(jié)水.大力宣傳推廣生活節(jié)水用具的使用，對不符合節(jié)水標準的生活用具實施“零容忍”標準，及時淘汰落后產(chǎn)品.

3.2 堅持水資源統(tǒng)籌調(diào)度

堅持“先外調(diào)水、后當?shù)厮?，先地表水、后地下水，先再生水、后?yōu)質(zhì)水”的水資源優(yōu)化配置原則[15]，合理配置、高效利用，加快置換高鹽地下水.一是大力壓采地下水.綜合采取控采限量、節(jié)水壓減、水源置換、修復補源等措施[16]，嚴格控制南四湖流域地下水超采，切實減少地下水中高濃度硫酸鹽進入地表水.二是優(yōu)先利用地表水.加強流域內(nèi)地表水開發(fā)利用，推進蓄水工程建設(shè)，新建和擴建一批水庫，不斷加大雨洪資源開發(fā)利用力度，提高地表水供水比例.同時，因地制宜利用采礦塌陷地建設(shè)平原水庫和生態(tài)濕地，集蓄雨洪水、礦井疏干排水等，綜合發(fā)揮塌陷地蓄水、生態(tài)等功能.三是充分利用再生水.加強流域內(nèi)煤礦、造紙、電力等高耗水行業(yè)廢水深度處理回用，嚴格落實區(qū)域用水總量限批制度，新增取水許可優(yōu)先利用礦井排水、再生水等非常規(guī)水源.2020年年底前，流域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠再生水利用率應達到25%以上，再生水利用水量與利用能力基本匹配.

3.3 堅持推進“四減四增”

以實施“四減四增”為契機，積極推進高耗水產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動實現(xiàn)綠色發(fā)展.一是停退傳統(tǒng)過時產(chǎn)業(yè).對傳統(tǒng)易污染企業(yè)實施零容忍標準，依照相關(guān)法律法規(guī)淘汰質(zhì)量不達標、產(chǎn)品不合格的落后產(chǎn)能.二是調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局.遵循產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場經(jīng)濟運行規(guī)律，把高耗水行業(yè)轉(zhuǎn)型升級作為加快新舊動能轉(zhuǎn)換的重要舉措和突破口，著力破除瓶頸制約，努力實現(xiàn)高耗水行業(yè)布局優(yōu)化、質(zhì)量提升.三是大力實行“四上四壓”.在南四湖流域內(nèi)建設(shè)項目，不能觸碰環(huán)境質(zhì)量標準的底線，嚴格落實污染物排放原則，實施上新壓舊、上大壓小、上高壓低、上整壓散“四上四壓”[17].

3.4 堅持多措并舉

一是科學篩選最佳治理技術(shù).目前流域內(nèi)工業(yè)企業(yè)對于硫酸鹽的治理較為滯緩，主要原因是硫酸鹽廢水解決過程繁瑣，因此要進一步提高科學技術(shù)水平，結(jié)合硫酸鹽廢水處理指標以及成本，選擇最優(yōu)廢水處理方案.二是整治流域內(nèi)工業(yè)企業(yè)達標排放.以硫酸鹽指標為重點，對各類工業(yè)企業(yè)排污情況進行調(diào)研評估，開展流域內(nèi)工業(yè)污染源全面整改計劃，確保水質(zhì)符合標準要求.三是控制硫酸鹽總量的排放.探索建立流域內(nèi)硫酸鹽排放總量控制標準條例，持續(xù)加大環(huán)境綜合執(zhí)法力度，嚴厲查處超標排放、偷排漏排等環(huán)境違法行為.

3.5 堅持多手發(fā)力

一是逐步改善土壤鹽漬化問題.加強農(nóng)田供排水系統(tǒng)建設(shè)管理，因地制宜地處理好灌溉與排水的關(guān)系.對灌溉和排水設(shè)施不全又無排水出路的灌區(qū)，應鼓勵實施井灌為主的井渠并用和輪用方式(適用于淺層/深層地下水鹽分含量不高的地區(qū))，逐步改良土壤.二是調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu).大力發(fā)展節(jié)水型生態(tài)農(nóng)業(yè)，逐年減少水稻的種植面積，改作旱田種植或其他經(jīng)濟性較高的農(nóng)作物，以改善本地區(qū)稻田退水對湖區(qū)鹽量的影響.三是防治漁業(yè)養(yǎng)殖污染.湖泊內(nèi)區(qū)禁止人工圍網(wǎng)養(yǎng)殖，同時外區(qū)探討人工濕地模式，全方位削減南四湖污染問題.四是降低南四湖流域化肥、農(nóng)藥使用量.大力推廣減肥增效技術(shù)，組織實施水肥一體化示范工程，加大復合(混)肥、水溶性肥料、緩釋肥施用比例；逐步減少農(nóng)藥使用量，鼓勵使用生物農(nóng)藥和采用病蟲害綜合防治技術(shù).

3.6 堅持污水處理提質(zhì)增效

一是開展污水管網(wǎng)檢測評估.落實排水管網(wǎng)周期性檢測評估制度，逐步建立以5～10年為一個排查周期的長效機制和費用保障機制；對現(xiàn)有管網(wǎng)進行更新修復，全面提升現(xiàn)有設(shè)施效能[18].二是推進生活污水收集處理設(shè)施建設(shè)及改造.針對硫酸鹽指標不達標的城鎮(zhèn)污水處理廠，配套建設(shè)硫酸鹽治理設(shè)施，確保硫酸鹽指標穩(wěn)定達標排放，減少對流域水體水質(zhì)的影響.

4 結(jié)論與展望

南四湖硫酸鹽濃度偏高與南水北調(diào)上游來水無明顯關(guān)聯(lián)，主要影響因素是入湖河流硫酸鹽指標偏高和湖區(qū)內(nèi)部沉積物的累積.近年來通過采取一系列針對性措施，南四湖硫酸鹽指標濃度大大降低.

綜上，硫酸鹽濃度過高會導致水體富營養(yǎng)化從而威脅水域生態(tài).應高度重視削減源頭硫酸鹽廢水排放；優(yōu)化調(diào)整用水結(jié)構(gòu)；堅持推進實施“四減四增”；堅持多手發(fā)力強化農(nóng)業(yè)面源脫鹽；堅持污水處理提質(zhì)增效等方法措施，持續(xù)降低南四湖流域硫酸鹽濃度，維護流域水體安全，對確保南水北調(diào)水質(zhì)以及改善南四湖生態(tài)環(huán)境、發(fā)展南四湖生態(tài)旅游有十分重要的意義.