地表水污染程度及自凈程度的評價方法研究

盧創新 陳俊

（1廣東省環境技術中心 廣東廣州 510308 2中山大學環境科學與工程學院 廣東廣州 510275）

河流和湖泊等地表水是生態系統的重要組成部分，也是人類生產和生活用水的來源之一。然而，隨著社會經濟的飛速發展，城市對水資源的需求和依賴不斷增大，大量工業廢水和生活污水排入河流和湖泊等地表水體，而隨之帶來的地表水水質惡化也日益嚴重。

國家于2002年頒布實施了《地表水環境質量標準》，該標準對地表水作了功能分類，對地表水的保護起到了非常重要的作用。但由于地表水污染因素和原因復雜，污染程度相差較大，采用綜合方法對地表水污染情況進行評價顯得更為必要和迫切。

本文針對地表水污染現狀，對目前常用的幾種地表水污染程度和自凈程度評價方法進行了比較和總結，以期為地表水的水質評價提供有效的方法和思路。

1 地表水污染程度的評價

1.1 綜合污染指數法

綜合污染指數法是應用范圍最廣、較為成熟的一種評價方法。國內各級環境保護部門在進行河流水質評價時一般都采用綜合污染指數法，所選取的污染因子一般為地表水環境質量標準31項中的一部分，指標數從幾項至十幾項不等，鮮有超過18項指標的。污染因子一般涵蓋有機污染指標、三氮類指標、重金屬指標等。中國環境監測總站通常選取高錳酸鹽指數、生化需氧量、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、揮發酚、總氰化物、總砷、總汞、總鎘、六價鉻、總鉛和石油類共13項進行評價。地方環境保護部門通常選取上述13項中的若干項及一些具有地方特點的污染因子進行水質評價[1]。

單項污染指數和平均污染指數的計算公式分別為公式（1）和公式（2）。

式中：

Pi——單項污染指數；

Ci——第i個參評項目的實測值；

C0——第i個參評項目的標準值;

n——參評項目的個數。

依據單項污染指數將單項污染程度劃分為五級。各分級界限值見表1。

表1 地表水單項污染指數級別分類

依據平均污染指數，將地表水水體綜合污染程度劃分為六級。平均污染指數分級（綜合污染程度分級）界限值見表2。

表2 地表水平均污染指數級別分類

根據水質綜合污染指數來判別污染程度是相對的，即對應于水體功能要求評判其污染程度。如II類水體的水質要求明顯高于III類、IV類、V類水體，假如不同類別水體的水質相同，則要求越高的水體，其對應的污染程度越嚴重。

1.2 綜合營養狀態指數法

綜合營養狀態指數主要用于湖泊（水庫）富營養化程度的評價，可通過葉綠素 a（chla）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數（CODMn）共5個評價指標計算，計算公式為公式（3）。

式中：

TLI（∑）——綜合營養狀態指數；

Wj——第j種參數的營養狀態指數的相關權重；

TLI（j）——第j種參數的營養狀態指數。

以chla作為基準參數，則第j種參數的歸一化的相關權重計算公式為：

式中：

rij—第j種參數與基準參數chla的相關系數；

m—評價參數的個數。

中國湖泊（水庫）的chla與其它參數之間的相關關系rij及見表3[2]。

表3 中國湖泊（水庫）部分參數與chla的相關關系r ij及值

表3 中國湖泊（水庫）部分參數與chla的相關關系r ij及值

?

營養狀態指數計算公式為：

（1）TLI（chl）=10（2.5+1.086lnchl）

（2）TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）

（3）TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）

（4）TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD）

（5）TLI（CODMn）=10（0.109+2.661 ln CODMn）

式中：葉綠素a chl單位為mg/m3，透明度SD單位為m；其它指標單位均為mg/L。

采用0～100的一系列連續數字對湖泊（水庫）營養狀態進行分級，在同一營養狀態下，指數值越高，其營養程度越重。各富營養化等級界限值見表4。

表4 水體富營養化程度級別分類

1.3 異養細菌總數法

異養菌是指在水中以有機物作為合成自身菌體的碳源，靠有機物氧化產生化學能進行代謝的一類混合菌群，主要包括氨化菌、硫化菌、反硝化菌。氨化菌屬化能異養菌，能使含氮有機物降解為氨態氮，其生長、繁殖需消耗有機物，它們的存在促使有機物不斷進行氧化降解，硫化菌是化能異養型好氧菌；反硝化菌是兼性厭氧菌。

異養細菌總數與水體污染程度呈正相關，其數量變化能間接反映地表水污染情況的改變。異養細菌總數與水質污染程度的關系見表5。

表5 異養細菌總數評價水體污染程度級別分類

1.4 原生指示動物判別法

原生動物與它們生存的水環境是相互依存、相互制約的統一體。一旦水體受到污染，水質發生變化，就會對原生動物產生影響，原生動物也會對此變化做出反應，其反應可轉為評價水質的指標[3]。

根據地表水的特點，可以將水體劃分為寡污性水體、α-中污性水體、β-中污性水體和多污性水體。在應用原生動物作為指示生物時最好采用常見而又占優勢的種類來指示該水體的污染程度。不同污染水體中作為指示生物的原生動物為：

（1）寡污性水體。原生動物有鵝長頸蟲、無色額口蟲、鐘形鐘蟲、截形平鞘蟲、Mayorella等。

（2）α-中污性水體。原生動物有鞭毛蟲如草履唇滴蟲、卵形隱滴蟲、變形鞭毛蟲及袋鞭蟲等。纖毛蟲如銳利盾形蟲、螅狀獨縮蟲、僧帽斜管蟲、僧帽腎形蟲、盤狀游行蟲、尾草履蟲等。變形蟲如齒表殼蟲、普通表殼蟲、池沼多核變形蟲、古納舊蟲等。

（3）β-中污性水體。原生動物有鞭毛蟲如紅球蟲、葡萄合尾滴蟲、衣滴蟲等。纖毛蟲如珍珠映毛蟲、三刺榴彈蟲、雙環櫛毛蟲、天鵝長吻蟲和嬌旋口纖蟲等。變形蟲如卡羅林多核變形蟲、大變形蟲等。

（4）多污性水體。原生動物有施氏腎形蟲、變豆形蟲、閃瞬目蟲、梨形四膜蟲、小口鐘蟲、及扭頭蟲、齒口蟲等。

2 水體自凈程度的評價（三氮分析法）

當水體受到含氮有機物污染時，其中的含氮化合物由于水中微生物和氧的作用，可以逐步分解氧化為無機的氨 (NH3)或銨)、亞硝酸鹽()、硝酸鹽()等簡單的無機氮化物。通常把氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮稱為三氮。這幾種形態氮的含量都可以作為水質指標，分別代表有機氮轉化為無機氮的各個不同階段。在有氧條件下，氮產物的生物氧化分解一般按氨或銨、亞硝酸鹽、硝酸鹽的順序進行，硝酸鹽是氧化分解的最終產物。

隨著含氮化合物的逐步氧化分解，水體中的細菌和其它有機污染物也逐步分解破壞，因而達到水體的凈化作用。測量有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的相對含量，在一定程度上可以表示含氮有機物污染的時間長短，從而反映水體自凈過程的變化。評價標準見表6。

表6 三氮分析法的評價標準

3 各種評價方法的應用總結

3.1 評價方法選取的原則

（1）全面性原則。要求選擇的評價方法覆蓋各種污染類型的污染因子，能夠較全面地反映水環境污染的特點和污染程度。

（2）針對性原則。針對水體的污染程度和水體是否處于自凈過程，采用不同的評價方法。

（3）代表性原則。各地表水自然背景的本底值差異較大，所選方法應該盡可能反映人為污染這一特點。

3.2 評價方法應用的特點

綜合污染指數法廣泛應用于各種污染類型的地表水，可確定水體的污染類型，對評價地表水污染具有重要的實際意義。綜合營養狀態指數法主要針對湖泊（水庫）等微污染地表水，以評價水體的富營養程度。異養細菌總數法和原生指示動物判別法均為生物監測法，操作較復雜，實際應用中使用相對較少。三氮分析法主要針對污染水體的變化過程進行動態分析，對了解水體污染歷史、污染物分解趨勢和水體自凈狀況等有很高的參考價值。

[1]羅海江，朱建平，蔣火華．我國河流水質評價污染因子選擇方案探討[J]．中國環境監測，2002，18(4)：51-54．

[2]金相燦，屠清瑛．湖泊富營養化調查規范［M］．2版．北京：中國環境科學出版社，1990．

[3]鄭立柱，杜敏娟．原生動物在水質監測中的應用[J]．廣州環境科學，2010，25(4)：15-17．