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摘要 采用历史文献调查和现场采样检测的方法,对鱼鸟河下游黑臭水体动态与治理对策进行研究。结果发现,长期以来鱼鸟河水体呈现黑臭、经治理好转、又变黑臭、经治理好转、又变黑臭的反复变化过程。黑臭水体不仅导致河流缺少生物踪迹,还散发出恶臭气味,使附近居民不敢开窗。黑臭水体得不到根治的原因是乱排污水、河流自净能力低、治理措施治标不治本。为根治鱼鸟河下游黑臭水体,提出以下措施:实行清洁生产,建立企业间废料利用链,减少工业污染物产生量;经过沼气生产环节的无害化处理,实现人、畜、禽粪便还田,减少有机物排放量和化肥使用量;去河坝、护岸,以增大流速和增加河流干涸时段,提高河流自净能力;提高流域植被覆盖率和增加曲流河道,促进地表水转化为地下水,提供更多的优质水资源。
关键词 鱼鸟河;黑臭水体;治理对策;废料利用链;粪便;地下水
中图分类号 X 52 文献标识码 A
文章编号 0517-6611(2021)18-0059-04
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.016
开放科学(资源服务)标识码(OSID):
Countermeasures for Black and Smelly Water Bodies in the Lower Reaches of Yuniao River
SUN Rui-chuan (Yantai Environmental Engineering Consulting and Design Institute Co.,Ltd.,Yantai,Shandong 264000)
Abstract The dynamics of the black and smelly water bodies in the lower reaches of the Yuniao River and countermeasures were studied by the means of historical literature investigation and field sampling.The result showed that for a long time,the water bodies of Yuniao River presented a continuous process of black and smelly,improved and turned black and smelly again after treatment.The black and smelly water not only leaves the river devoid of life,but also gives off a stench that makes nearby residents afraid to open their windows.The reason why the black and smelly water can’t be cured was that the sewage was discharged in disorder,low self-purification capacity of rivers,treatment measures treated a symptom not a root cause.This paper proposed the following measures:establish inter-enterprise waste utilization chain,so as to reduce the production of industrial pollutants;after the harmless treatment of biogas production,the manure of human,livestock and poultry can be returned to the field to reduce the emission of organic matter and the use of chemical fertilizer;remove dam,revetment in order to increase the flow rate and increase the river dry period and improve the river self-purification capacity;the vegetation coverage of the basin should be improved and meander channels should be increased to promote the conversion of surface water into groundwater and provide better and more water resources.
Key words Yuniao River;Black and smelly water body;Countermeasures;Waste utilization chain;Excrement;Groundwater
鱼鸟河下游黑臭水体破坏了河流生态环境,使水生动植物绝迹;破坏了附近居民的生存环境,恶臭气味使人们不敢开窗。鱼鸟河下游黑臭水体的治理刻不容缓。有关河流水体污染的治理,前人提出或实施了以下措施。第一,废水处理。主要包括废水分类处理、严格控制废水排放、截污治理、铺设截污管涵,这些措施可减少排入河道废水量,但是,当废水排放量超过废水处理能力时,多余的废水仍要进入河道。第二,工程措施。主要包括拆除河坝、恢复河道连通性、生态护坡、截流并構建人工湿地、曝气工程和生态浮床技术。恢复河流连通性、曝气工程能够增强河流的自净能力。人工湿地、生态护坡和生态浮床技术能够利用水生动植物和微生物降解BODC以及减少水体中氮、磷含量。第三,水环境治理。主要包括清淤,水生动植物、微生物修复技术,引清冲污和生态补水。上述措施只能阶段性显著减少河流水体中的污染物质,不能根治河流水体的污染问题[1-6]。 鱼鸟河水体污染治理由来已久。20世纪90年代,鱼鸟河综合治理,采取废水全面治理,修建污水管网、排水沟等措施[7];鱼鸟河环境综合治理[8];鱼鸟河水环境综合治理[9];鱼鸟河部分河段综合治理[10]。2000年以来,进行鱼鸟河水质修复[11],治理措施包括废水治理、生态护坡、截流构建人工湿地、清淤与生物浮床技术。由于上述治理河流水体污染的措施大多是治标不治本,导致鱼鸟河下游黑臭水体反复出现,难以根治。笔者采用历史文献调查和现场采样检测的方法,对鱼鸟河下游黑臭水体的出现与治理以及魚鸟河下游黑臭水体的现状进行研究,得到鱼鸟河治理、水质的历史数据和现状数据;依据治本的思路,提出鱼鸟河黑臭水体的治理措施,以期从根本上解决鱼鸟河黑臭水体难题,研究成果对改变黑臭水体的治理思路具有启迪作用。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
1.1.1 位置。
鱼鸟河流域位于烟台市牟平区的西北部(121.52°~ 121.61°E、37.25°~ 37.43°N),跨宁海街道、文化街道、武宁镇和武陵镇(图1)。
1.1.2 地质与地貌。自晚元古代至晚第三纪,鱼鸟河流域所在区域为长期隆起地带。出露地层有下元古代胶东群变质岩和第四纪中、晚更新世的堆积物。早元古代古老变质岩系分布在文化街道办事处南沟村,以大理岩、片岩和透闪岩为主。从低山丘陵上部、石质山岭到滨海低地,依次分布着残积物、坡积物、洪积物、冲积物、海积物等第四纪堆积物,厚度从1~2 m到25 m。
流域内山地较少,岿山(455 m)、蝠石顶(261 m)分布在流域东南边界上。低山丘中,固塞顶(245 m)、浩岭山(128 m)分布在流域东南部。平原以倾斜平地、微斜平地为主,地层深厚,分别由洪积物和冲积物组成。另有河滩地、近山阶地、滨海缓平地和滨海洼地。
1.1.3 降水与蒸发。
多年平均降水量736.6 mm,降水年际变化大,最大年降水量是多年平均降水量的156%,最小年降水量是多年平均降水量的60%;降水季节变化大,春季降水量占全年降水量的15.2%,夏季占59.5%,秋季占17.3%,冬季占8.0%;降水集中在7、8月,占全年降水量的50%。多年平均蒸发量达836 mm。
1.1.4 河流特征。鱼鸟河发源于高陵镇玉皇庙山北麓,流经高陵镇、武宁街道、宁海街道西北部,于武宁街道东北部注入黄海。上游有支流苏家口河汇入,下游有支流武宁河、小鱼鸟河汇入。干流全长14.5 km,平均宽度80 m。流域面积103.9 km2。天然河流径流季节变化大;“然水涨则河身加宽,水退则河身浅狭,或至于涸”[12];洪峰期径流量为2 597.5×104 m3。
1.1.5 人类活动。
1.1.5.1 筑堤与筑坝。1956年修筑东、西河堤,总长13 444 m,杜绝了鱼鸟河的水患[13]。1958年6月,在支流武宁河上修建金龙水库,总库容269×104 m3,控制流域面积4.1 km2,有效灌溉面积173 hm2。1960年4月,在支流武宁河上修建浩岭水库,总库容486×104 m3,控制流域面积9.3 km2,灌溉农田233 hm2。1966年5月,在支流苏家口河上修建苏家口水库,总库容224×104 m3,控制流域面积4.5 km2,灌溉农田200 hm2。1980年以来,在鱼鸟河干流的中、下游河段上修建了9座拦河坝。
1.1.5.2 居民区。鱼鸟河流域耕地集中,人口密集。鱼鸟河沿岸现有45个村庄,1个城区和5个住宅小区,大约有9.5万人。
1.1.5.3 工业企业。鱼鸟河右岸有机床加工、塑料(2家)、建材(5家)、机械(3家)、装饰(3家)、木业、电子(3家)、辊厂、金属制品(5家)、模具、纺织、热电、变压器、电机、包装、泵业、建筑用胶和家具等企业。左岸有家具、金属、饮料、包装机械和液压设备等企业。
1.2 研究方法
1.2.1 文献调查。查阅相关地方文献和论文,获得鱼鸟河河流结构、径流过程、开发利用、水质和治理措施的历史数据。
1.2.2 水样采集及检测。
(1)采样点设置。设置3个采样点位,分别位于小鱼鸟河入河直排口(1#)、鱼鸟河排水口(2#)和鱼鸟河高架桥下(3#)(图2)。
(2)采样。按照规范HJ/T 52—1999《水质河流采样技术指导》进行采样。
(3)测定指标。COD、总磷、总氮、氨氮、叶绿素含量。
(4)测定方法。按照地表水环境质量标准基本项目分析方法对上述指标进行测定。COD含量采用重铬酸钾法测定;总磷含量采用钼酸铵分光光度法测定;总氮含量采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定;氨氮含量采用水杨酸分光光度法测定;叶绿素含量采用丙醇提取分光光度法测定。
2 结果与分析
2.1 鱼鸟河下游水体污染历史状况
鱼鸟河下游水体污染由来已久。1993、1995—1996、2009和2011年均因水质污染进行了综合治理。2013年以来,鱼鸟河下游虽经多次整治,但在好转一段时间后,再次变成黑臭水体。2013年,鱼鸟河水体黑臭严重,溶解氧极度缺乏(表1)[11]。为此,采用微生物促生、简易曝气生物滤池、人工生物膜设置以及生态浮岛技术整治,改善了鱼鸟河水体水质[14]。
文献资料调查和现场取样检测结果表明,1993年以来,鱼鸟河黑臭水体治理经历了5个阶段:黑臭—治理—好转(1993年)、黑臭—治理—好转(1995—1996年)、黑臭—治理—好转(2009年)、黑臭—治理—好转(2013年)、黑臭(2019年)。鱼鸟河水体陷入“黑臭—治理—好转—黑臭—治理—好转—黑臭”的重复循环过程。鱼鸟河下游黑臭水体成了一个难题。 2.2 鱼鸟河下游水体现状 2019年鱼鸟河下游水体采样检测结果表明,水体污染严重,富营养化明显(表2)。现场观感,仍属黑臭水体。后经在污染河流的上游和下游同时向水域中央依次投加高效吸附剂、混凝剂以及底泥稳定固化剂等,实现污水中各类污染物充分去除的效果,暂时消除了部分河段水体的黑臭现象。
2.3 黑臭水体对环境的影响 鱼鸟河下游黑臭水体破坏了河流生态环境和附近居民的生存环境。河道堆积淤泥,河水泛着泡沫,水中没有鱼虾,滩涂不同海鸟[15]。黑色的河水散发着臭味。尤其是春季,天干水少,臭味更濃。路过的车辆疾驰而过,附近小区的居民不敢开窗[16]。
2.4 黑臭水体形成的原因
2.4.1 污水乱排。鱼鸟河下游原为牟平城区的主要纳污河。鱼鸟河曾经的排污功能让人们感觉在无奈之下向鱼鸟河排污也情有可原。
雨污分流工程不彻底。牟平城区,已建厂房、小区、单位等均未实施雨污分流,鱼鸟河一定程度上暂时充当着排污的渠道。
污水处理厂处理能力有限。辛安河污水处理厂主要处理莱山区、高新区和牟平区的日常污水,设计日处理能力只有12×104 m3/d,实际处理量已达到11.2×104 m3/d。牟平区的污水无法全部处理,无奈只能靠鱼鸟河排污。
2.4.2 河流自净能力低。
鱼鸟河具有明显的季节变化,冬季、春季河水干枯。河身的宽、窄变化,水量的丰、枯变化,提高河流的自净能力。氧是一种活性最强的物质。河水的横向流动与纵向快速流动,促进了大气中的氧气进入水体中,有利于水体中有机污染物质的氧化分解。冬季、春季河流的干涸,河床露底,底泥龟裂,促进大气中氧气与河床污染沉积物的接触,有利河床沉积污染物质氧化分解。
后期修建的河堤、护岸和拦水坝,限制河水的变化。河道变窄,中、下游河道变成了“一串池塘”。除丰水期有河水流动外,其他时期河流既少流动,也不干涸。水体中溶解氧浓度极低,大气中的氧气也失去与河床底泥接触的机会。河流的自净能力受到严重破坏,增大河流水体的黑臭程度。
2.4.3 治理措施治标不治本。鱼鸟河下游河段已进行了多期治理,主要治理实践包括鱼鸟河综合治理、鱼鸟河环境综合治理、鱼鸟河梯级拦蓄工程已完成750 m的河道清淤护岸和橡胶坝工程[17]、鱼鸟河部分河段综合治理、对鱼鸟河等河道进行水环境综合治理[18]。鱼鸟河生态修复与生境营造[19]和鱼鸟河水质修复示范工程。
治理措施包括4种类型:①污染治理,污水管网建设;②生态护岸、造流增氧、修复湿地和引入植被;③药剂投放,河道清淤;④护岸、橡胶坝建设。第1类措施能够减少排入河道的污水,属末端控制,但是,随着经济发展和人口集中,产生的污水量增多,而污水处理厂的处理能力有限,无法阻挡多余的污水排入河道;第2类措施能够提高河流的自净能力,但是,不能显著地提高和长期地保持水体的自净能力;第3类措施能够减少水体中污染物的数量,减少底泥再悬浮的机会;第4类措施不仅不能改善水质,反而降低水体的自净能力。上述措施成本高、投入多、经济回报少,水质改善成效不可持续。它们只是治理水体污染的“症状”,不是治理引起水体污染的“原因”,即治标不治本。
3 对策
鱼鸟河下游产生黑臭水体的原因,在于生产企业、居民生活、畜禽养殖产生的污水排入,在于护岸、河坝降低河流的自净能力降低。因此,只有减少污水产生量,只有恢复河流的自净能力,才能从根本上解决鱼鸟河下游黑臭水体问题。
3.1 实行清洁生产,构建企业间的废料利用链,减少企业水体污染物的产生量
当前,流域内产业重复建设多,大部分企业处于“散兵游勇”“单打独斗”的状态,造成资源、能源浪费严重,环境污染的压力巨大。流域内的环境管理模式应该从末端控制走向污染预防。企业选用清洁的原料与能源,采用先进的生产工艺和管理方法,提高能源、原材料和水的利用率,最大限度地减少每个企业水体污染物的产生量;建立企业间的废料利用链。通过建立企业废料信息数据库和废料运输物流网络,形成流域企业间的废料利用链,实现废料的再利用、充分利用,减少流域内水体污染物的产生量。通过清洁生产和构建废料利用链,充分利用原料、能源和水,大幅提高资源、能源和水的利用率,提高产品产量,减少污染物产量,在获得更好的经济效益的同时,获得环境效益。
3.2 人、畜、禽粪便归田,减少水体污染物排放量
以2017年的数据为例[20-22]。鱼鸟河流域内有近9.5万人,年产人粪尿大约4.86万 t。流域内大约有770头牛,11 000头猪,1 800只羊,304万只家禽,年产畜、禽粪尿大约12.51万 t[21]。牟平区有耕地38 043.8 hm2,园地24 303.5 hm2。年施用化肥6.86万 t,折纯量为1.71万 t。长期施用化肥,会造成土壤板结,肥力下降,降低农产品品质。
“庄稼一枝花,全靠粪当家”。仅鱼鸟河流域产生的人、畜、禽粪便就可提供总氮2.66万 t[21],超过牟平全区年施用化肥的折纯量。人、畜、禽粪便通过无害化处理后归田,大量减少化肥使用量,能够增加土壤肥力、改良土壤结构,提高粮食产量和品质,减少水体污染物排放量。
人、畜、禽粪便归田的关键环节是粪便的无害化处理和粪便的收集运输系统。高温堆肥,厌氧分解粪便有机质产生沼气,是粪便无害化处理过程中资源化利用的有效途径。每天鱼鸟河流域产生的人、畜、禽粪便,通过厌氧处理可产生沼气4.629万m3 [23]。建立自动化程度高的现代化粪便收集运输系统,也是实现人畜禽粪便顺利归田的关键。
3.3 减少河坝、护岸,恢复河流自净能力
天然的鱼鸟河丰水期河水流速大,枯水期河道干涸时间长。流速大,水体中溶解氧浓度高,促进水体中有机物降解。干涸时间长,底泥龟裂,促进大气氧气深入裂隙,有利于泥中有机质的降解。 修建河坝、护岸的目的是为了拦蓄河水,并形成水面景观。但是,“一串池塘”显著降低水体中溶解氧浓度,河道底泥失去接触大气的机会,降低了河流的自净能力,恶化了河流水环境,增大了河道清淤的投入。
因此,因地制宜地减少河坝,变实体护岸为透水护岸,适当恢复鱼鸟河的天然径流状态。 “该快流时就快流” “该断流时就断流”,以恢复鱼鸟河的天然自净能力。
3.4 蓄水于地下,保护水资源
利用河坝、护岸拦蓄的地表水资源,水质差,蒸发损失多。根据年蒸发量与干流、水库水面面积估算,在鱼鸟河流域,仅鱼鸟河干流、浩岭水库、金龙水库和苏家口水库的年蒸发量就达到57万m3,造成大量的水资源损失。
地表水下渗,转化为地下水,经过地层过滤,可有效提高水质,并显著减少水资源的蒸发量。增大流域植被覆盖率可有效增大地表水下渗量。增多河流曲流,可增长河水在陆地上的流动时间,增长地表水下渗的历时,也会增大地表水的下渗量。
适当去坝、去护岸,增加曲流,蓄水于地下,可获得优质水资源,改善河流水环境,减少河流水体治理的投入,减少饮用水资源处理的投入。
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关键词 鱼鸟河;黑臭水体;治理对策;废料利用链;粪便;地下水
中图分类号 X 52 文献标识码 A
文章编号 0517-6611(2021)18-0059-04
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.016
开放科学(资源服务)标识码(OSID):
Countermeasures for Black and Smelly Water Bodies in the Lower Reaches of Yuniao River
SUN Rui-chuan (Yantai Environmental Engineering Consulting and Design Institute Co.,Ltd.,Yantai,Shandong 264000)
Abstract The dynamics of the black and smelly water bodies in the lower reaches of the Yuniao River and countermeasures were studied by the means of historical literature investigation and field sampling.The result showed that for a long time,the water bodies of Yuniao River presented a continuous process of black and smelly,improved and turned black and smelly again after treatment.The black and smelly water not only leaves the river devoid of life,but also gives off a stench that makes nearby residents afraid to open their windows.The reason why the black and smelly water can’t be cured was that the sewage was discharged in disorder,low self-purification capacity of rivers,treatment measures treated a symptom not a root cause.This paper proposed the following measures:establish inter-enterprise waste utilization chain,so as to reduce the production of industrial pollutants;after the harmless treatment of biogas production,the manure of human,livestock and poultry can be returned to the field to reduce the emission of organic matter and the use of chemical fertilizer;remove dam,revetment in order to increase the flow rate and increase the river dry period and improve the river self-purification capacity;the vegetation coverage of the basin should be improved and meander channels should be increased to promote the conversion of surface water into groundwater and provide better and more water resources.
Key words Yuniao River;Black and smelly water body;Countermeasures;Waste utilization chain;Excrement;Groundwater
鱼鸟河下游黑臭水体破坏了河流生态环境,使水生动植物绝迹;破坏了附近居民的生存环境,恶臭气味使人们不敢开窗。鱼鸟河下游黑臭水体的治理刻不容缓。有关河流水体污染的治理,前人提出或实施了以下措施。第一,废水处理。主要包括废水分类处理、严格控制废水排放、截污治理、铺设截污管涵,这些措施可减少排入河道废水量,但是,当废水排放量超过废水处理能力时,多余的废水仍要进入河道。第二,工程措施。主要包括拆除河坝、恢复河道连通性、生态护坡、截流并構建人工湿地、曝气工程和生态浮床技术。恢复河流连通性、曝气工程能够增强河流的自净能力。人工湿地、生态护坡和生态浮床技术能够利用水生动植物和微生物降解BODC以及减少水体中氮、磷含量。第三,水环境治理。主要包括清淤,水生动植物、微生物修复技术,引清冲污和生态补水。上述措施只能阶段性显著减少河流水体中的污染物质,不能根治河流水体的污染问题[1-6]。 鱼鸟河水体污染治理由来已久。20世纪90年代,鱼鸟河综合治理,采取废水全面治理,修建污水管网、排水沟等措施[7];鱼鸟河环境综合治理[8];鱼鸟河水环境综合治理[9];鱼鸟河部分河段综合治理[10]。2000年以来,进行鱼鸟河水质修复[11],治理措施包括废水治理、生态护坡、截流构建人工湿地、清淤与生物浮床技术。由于上述治理河流水体污染的措施大多是治标不治本,导致鱼鸟河下游黑臭水体反复出现,难以根治。笔者采用历史文献调查和现场采样检测的方法,对鱼鸟河下游黑臭水体的出现与治理以及魚鸟河下游黑臭水体的现状进行研究,得到鱼鸟河治理、水质的历史数据和现状数据;依据治本的思路,提出鱼鸟河黑臭水体的治理措施,以期从根本上解决鱼鸟河黑臭水体难题,研究成果对改变黑臭水体的治理思路具有启迪作用。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
1.1.1 位置。
鱼鸟河流域位于烟台市牟平区的西北部(121.52°~ 121.61°E、37.25°~ 37.43°N),跨宁海街道、文化街道、武宁镇和武陵镇(图1)。
1.1.2 地质与地貌。自晚元古代至晚第三纪,鱼鸟河流域所在区域为长期隆起地带。出露地层有下元古代胶东群变质岩和第四纪中、晚更新世的堆积物。早元古代古老变质岩系分布在文化街道办事处南沟村,以大理岩、片岩和透闪岩为主。从低山丘陵上部、石质山岭到滨海低地,依次分布着残积物、坡积物、洪积物、冲积物、海积物等第四纪堆积物,厚度从1~2 m到25 m。
流域内山地较少,岿山(455 m)、蝠石顶(261 m)分布在流域东南边界上。低山丘中,固塞顶(245 m)、浩岭山(128 m)分布在流域东南部。平原以倾斜平地、微斜平地为主,地层深厚,分别由洪积物和冲积物组成。另有河滩地、近山阶地、滨海缓平地和滨海洼地。
1.1.3 降水与蒸发。
多年平均降水量736.6 mm,降水年际变化大,最大年降水量是多年平均降水量的156%,最小年降水量是多年平均降水量的60%;降水季节变化大,春季降水量占全年降水量的15.2%,夏季占59.5%,秋季占17.3%,冬季占8.0%;降水集中在7、8月,占全年降水量的50%。多年平均蒸发量达836 mm。
1.1.4 河流特征。鱼鸟河发源于高陵镇玉皇庙山北麓,流经高陵镇、武宁街道、宁海街道西北部,于武宁街道东北部注入黄海。上游有支流苏家口河汇入,下游有支流武宁河、小鱼鸟河汇入。干流全长14.5 km,平均宽度80 m。流域面积103.9 km2。天然河流径流季节变化大;“然水涨则河身加宽,水退则河身浅狭,或至于涸”[12];洪峰期径流量为2 597.5×104 m3。
1.1.5 人类活动。
1.1.5.1 筑堤与筑坝。1956年修筑东、西河堤,总长13 444 m,杜绝了鱼鸟河的水患[13]。1958年6月,在支流武宁河上修建金龙水库,总库容269×104 m3,控制流域面积4.1 km2,有效灌溉面积173 hm2。1960年4月,在支流武宁河上修建浩岭水库,总库容486×104 m3,控制流域面积9.3 km2,灌溉农田233 hm2。1966年5月,在支流苏家口河上修建苏家口水库,总库容224×104 m3,控制流域面积4.5 km2,灌溉农田200 hm2。1980年以来,在鱼鸟河干流的中、下游河段上修建了9座拦河坝。
1.1.5.2 居民区。鱼鸟河流域耕地集中,人口密集。鱼鸟河沿岸现有45个村庄,1个城区和5个住宅小区,大约有9.5万人。
1.1.5.3 工业企业。鱼鸟河右岸有机床加工、塑料(2家)、建材(5家)、机械(3家)、装饰(3家)、木业、电子(3家)、辊厂、金属制品(5家)、模具、纺织、热电、变压器、电机、包装、泵业、建筑用胶和家具等企业。左岸有家具、金属、饮料、包装机械和液压设备等企业。
1.2 研究方法
1.2.1 文献调查。查阅相关地方文献和论文,获得鱼鸟河河流结构、径流过程、开发利用、水质和治理措施的历史数据。
1.2.2 水样采集及检测。
(1)采样点设置。设置3个采样点位,分别位于小鱼鸟河入河直排口(1#)、鱼鸟河排水口(2#)和鱼鸟河高架桥下(3#)(图2)。
(2)采样。按照规范HJ/T 52—1999《水质河流采样技术指导》进行采样。
(3)测定指标。COD、总磷、总氮、氨氮、叶绿素含量。
(4)测定方法。按照地表水环境质量标准基本项目分析方法对上述指标进行测定。COD含量采用重铬酸钾法测定;总磷含量采用钼酸铵分光光度法测定;总氮含量采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定;氨氮含量采用水杨酸分光光度法测定;叶绿素含量采用丙醇提取分光光度法测定。
2 结果与分析
2.1 鱼鸟河下游水体污染历史状况
鱼鸟河下游水体污染由来已久。1993、1995—1996、2009和2011年均因水质污染进行了综合治理。2013年以来,鱼鸟河下游虽经多次整治,但在好转一段时间后,再次变成黑臭水体。2013年,鱼鸟河水体黑臭严重,溶解氧极度缺乏(表1)[11]。为此,采用微生物促生、简易曝气生物滤池、人工生物膜设置以及生态浮岛技术整治,改善了鱼鸟河水体水质[14]。
文献资料调查和现场取样检测结果表明,1993年以来,鱼鸟河黑臭水体治理经历了5个阶段:黑臭—治理—好转(1993年)、黑臭—治理—好转(1995—1996年)、黑臭—治理—好转(2009年)、黑臭—治理—好转(2013年)、黑臭(2019年)。鱼鸟河水体陷入“黑臭—治理—好转—黑臭—治理—好转—黑臭”的重复循环过程。鱼鸟河下游黑臭水体成了一个难题。 2.2 鱼鸟河下游水体现状 2019年鱼鸟河下游水体采样检测结果表明,水体污染严重,富营养化明显(表2)。现场观感,仍属黑臭水体。后经在污染河流的上游和下游同时向水域中央依次投加高效吸附剂、混凝剂以及底泥稳定固化剂等,实现污水中各类污染物充分去除的效果,暂时消除了部分河段水体的黑臭现象。
2.3 黑臭水体对环境的影响 鱼鸟河下游黑臭水体破坏了河流生态环境和附近居民的生存环境。河道堆积淤泥,河水泛着泡沫,水中没有鱼虾,滩涂不同海鸟[15]。黑色的河水散发着臭味。尤其是春季,天干水少,臭味更濃。路过的车辆疾驰而过,附近小区的居民不敢开窗[16]。
2.4 黑臭水体形成的原因
2.4.1 污水乱排。鱼鸟河下游原为牟平城区的主要纳污河。鱼鸟河曾经的排污功能让人们感觉在无奈之下向鱼鸟河排污也情有可原。
雨污分流工程不彻底。牟平城区,已建厂房、小区、单位等均未实施雨污分流,鱼鸟河一定程度上暂时充当着排污的渠道。
污水处理厂处理能力有限。辛安河污水处理厂主要处理莱山区、高新区和牟平区的日常污水,设计日处理能力只有12×104 m3/d,实际处理量已达到11.2×104 m3/d。牟平区的污水无法全部处理,无奈只能靠鱼鸟河排污。
2.4.2 河流自净能力低。
鱼鸟河具有明显的季节变化,冬季、春季河水干枯。河身的宽、窄变化,水量的丰、枯变化,提高河流的自净能力。氧是一种活性最强的物质。河水的横向流动与纵向快速流动,促进了大气中的氧气进入水体中,有利于水体中有机污染物质的氧化分解。冬季、春季河流的干涸,河床露底,底泥龟裂,促进大气中氧气与河床污染沉积物的接触,有利河床沉积污染物质氧化分解。
后期修建的河堤、护岸和拦水坝,限制河水的变化。河道变窄,中、下游河道变成了“一串池塘”。除丰水期有河水流动外,其他时期河流既少流动,也不干涸。水体中溶解氧浓度极低,大气中的氧气也失去与河床底泥接触的机会。河流的自净能力受到严重破坏,增大河流水体的黑臭程度。
2.4.3 治理措施治标不治本。鱼鸟河下游河段已进行了多期治理,主要治理实践包括鱼鸟河综合治理、鱼鸟河环境综合治理、鱼鸟河梯级拦蓄工程已完成750 m的河道清淤护岸和橡胶坝工程[17]、鱼鸟河部分河段综合治理、对鱼鸟河等河道进行水环境综合治理[18]。鱼鸟河生态修复与生境营造[19]和鱼鸟河水质修复示范工程。
治理措施包括4种类型:①污染治理,污水管网建设;②生态护岸、造流增氧、修复湿地和引入植被;③药剂投放,河道清淤;④护岸、橡胶坝建设。第1类措施能够减少排入河道的污水,属末端控制,但是,随着经济发展和人口集中,产生的污水量增多,而污水处理厂的处理能力有限,无法阻挡多余的污水排入河道;第2类措施能够提高河流的自净能力,但是,不能显著地提高和长期地保持水体的自净能力;第3类措施能够减少水体中污染物的数量,减少底泥再悬浮的机会;第4类措施不仅不能改善水质,反而降低水体的自净能力。上述措施成本高、投入多、经济回报少,水质改善成效不可持续。它们只是治理水体污染的“症状”,不是治理引起水体污染的“原因”,即治标不治本。
3 对策
鱼鸟河下游产生黑臭水体的原因,在于生产企业、居民生活、畜禽养殖产生的污水排入,在于护岸、河坝降低河流的自净能力降低。因此,只有减少污水产生量,只有恢复河流的自净能力,才能从根本上解决鱼鸟河下游黑臭水体问题。
3.1 实行清洁生产,构建企业间的废料利用链,减少企业水体污染物的产生量
当前,流域内产业重复建设多,大部分企业处于“散兵游勇”“单打独斗”的状态,造成资源、能源浪费严重,环境污染的压力巨大。流域内的环境管理模式应该从末端控制走向污染预防。企业选用清洁的原料与能源,采用先进的生产工艺和管理方法,提高能源、原材料和水的利用率,最大限度地减少每个企业水体污染物的产生量;建立企业间的废料利用链。通过建立企业废料信息数据库和废料运输物流网络,形成流域企业间的废料利用链,实现废料的再利用、充分利用,减少流域内水体污染物的产生量。通过清洁生产和构建废料利用链,充分利用原料、能源和水,大幅提高资源、能源和水的利用率,提高产品产量,减少污染物产量,在获得更好的经济效益的同时,获得环境效益。
3.2 人、畜、禽粪便归田,减少水体污染物排放量
以2017年的数据为例[20-22]。鱼鸟河流域内有近9.5万人,年产人粪尿大约4.86万 t。流域内大约有770头牛,11 000头猪,1 800只羊,304万只家禽,年产畜、禽粪尿大约12.51万 t[21]。牟平区有耕地38 043.8 hm2,园地24 303.5 hm2。年施用化肥6.86万 t,折纯量为1.71万 t。长期施用化肥,会造成土壤板结,肥力下降,降低农产品品质。
“庄稼一枝花,全靠粪当家”。仅鱼鸟河流域产生的人、畜、禽粪便就可提供总氮2.66万 t[21],超过牟平全区年施用化肥的折纯量。人、畜、禽粪便通过无害化处理后归田,大量减少化肥使用量,能够增加土壤肥力、改良土壤结构,提高粮食产量和品质,减少水体污染物排放量。
人、畜、禽粪便归田的关键环节是粪便的无害化处理和粪便的收集运输系统。高温堆肥,厌氧分解粪便有机质产生沼气,是粪便无害化处理过程中资源化利用的有效途径。每天鱼鸟河流域产生的人、畜、禽粪便,通过厌氧处理可产生沼气4.629万m3 [23]。建立自动化程度高的现代化粪便收集运输系统,也是实现人畜禽粪便顺利归田的关键。
3.3 减少河坝、护岸,恢复河流自净能力
天然的鱼鸟河丰水期河水流速大,枯水期河道干涸时间长。流速大,水体中溶解氧浓度高,促进水体中有机物降解。干涸时间长,底泥龟裂,促进大气氧气深入裂隙,有利于泥中有机质的降解。 修建河坝、护岸的目的是为了拦蓄河水,并形成水面景观。但是,“一串池塘”显著降低水体中溶解氧浓度,河道底泥失去接触大气的机会,降低了河流的自净能力,恶化了河流水环境,增大了河道清淤的投入。
因此,因地制宜地减少河坝,变实体护岸为透水护岸,适当恢复鱼鸟河的天然径流状态。 “该快流时就快流” “该断流时就断流”,以恢复鱼鸟河的天然自净能力。
3.4 蓄水于地下,保护水资源
利用河坝、护岸拦蓄的地表水资源,水质差,蒸发损失多。根据年蒸发量与干流、水库水面面积估算,在鱼鸟河流域,仅鱼鸟河干流、浩岭水库、金龙水库和苏家口水库的年蒸发量就达到57万m3,造成大量的水资源损失。
地表水下渗,转化为地下水,经过地层过滤,可有效提高水质,并显著减少水资源的蒸发量。增大流域植被覆盖率可有效增大地表水下渗量。增多河流曲流,可增长河水在陆地上的流动时间,增长地表水下渗的历时,也会增大地表水的下渗量。
适当去坝、去护岸,增加曲流,蓄水于地下,可获得优质水资源,改善河流水环境,减少河流水体治理的投入,减少饮用水资源处理的投入。
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