鎮江金山湖水體污染源解析

謝家國,蘇航,解清杰,陳志剛,陳軍靜(.鎮江市水利投資公司,江蘇鎮江000;.江蘇大學環境與安全工程學院,江蘇鎮江03)

鎮江金山湖水體污染源解析

謝家國1,蘇航2,解清杰2,陳志剛2,陳軍靜2
(1.鎮江市水利投資公司,江蘇鎮江212000;2.江蘇大學環境與安全工程學院,江蘇鎮江212013)

分析了2012年金山湖各監測段的水質情況,并對金山湖水體污染源進行解析。結果表明,運糧河入流水質較差,金山湖TN值超標；降雨地表徑流是金山湖的第一大污染源,并且城鎮地表徑流所產生的污染物的負荷及濃度要遠高于農田地表徑流；由于截污工程的實施,工業生產廢水與城鎮生活污水對污染的貢獻率較低。

水質分析；污染源；地表徑流；金山湖

鎮江市地處江蘇省西南部,長江下游南岸,北緯31°37憶～32°19憶,東經118°58憶～119°58憶,市區面積154.56 km2,屬亞熱帶濕潤季風氣候。鎮江市降水充沛,多年平均降水量1 376mm[1]。鎮江市的金山湖水面約8.8 km2,占鎮江城市水系水面的80%以上。引航道閘與焦南壩水利樞紐完工后,金山湖與長江水體的交換水量與交換頻率減少,夏季高溫環境下可能出現富營養化現象,甚至可能出現藍藻水華,因此,金山湖水體水質需要合理調控。本文就金山湖水體水質現狀及污染源進行分析,旨在為改善金山湖水環境提供參考。

1 金山湖基本概況

1.1 污染源現狀

金山湖由原來的鎮江港港池形成,原與長江自然連通,兩岸分布有大量的工業企業,是鎮江城市經濟的重要組成部分。由于金山湖水環境質量問題逐漸得到重視,鎮江老港池碼頭和部分污染企業已經外遷,這給金山湖水環境質量的改善提供了有利的條件。但是,金山湖四周目前仍然分布有工廠和企業,與金山湖連通的運糧河和虹橋港仍是重污染河道,是金山湖主要的污染源。降雨期間,江濱污水截流泵站的排污和沿江污水截流井的溢流,成為金山湖水質惡化的點源。金山湖岸邊堆放的垃圾和金山湖區域分布的大量魚塘,是造成金山湖水質惡化的面源。古運河、運糧河和虹橋港是與金山湖相通的3條主要城市河流。自1993年開始,在古運河、運糧河兩岸的局部地區實施了污水截流工程,原先直接排入河道的污水被截留,大大改善了這兩條河流的水環境。但是,這些地區仍然存在生活污水直排的現象,尚有部分管網的溢流和雨水徑流進入金山湖。

1.2 污水收集現狀

鎮江市1993年開始建設污水截流工程,2003年建成了古運河、運糧河、金山湖3個截流系統和7個污水(雨水)提升泵站以及征潤洲污水處理廠。鎮江主城現狀排水管渠多為合流制管渠,約占所有排水管道數量的53.0%,而在新建地區、舊城改造區及道路改造區實行分流制排水管渠。目前鎮江主城區排水管道總長約646.384 km,屬于市政管養的排水管道長474.368 km,排水管道密度為2407m/km2,管網普及率為80%。在鎮江虹橋港區域,新建的米山路、禹山北路已按分流制建成獨立的污水管網[2]。

2 研究方法

本研究依據基礎調研數據和鎮江環境監測站提供的金山湖水體質量監測數據,對2012年1—12月金山湖主要監測斷面的水質和污染源進行分析,并結合當地實際情況,根據污染源污染物的排放總量和產污系數,來分析各污染源對金山湖的污染貢獻度[3]。

3 研究結果

3.1 主要污染指標質量濃度情況

圖1為金山湖水域水系流向圖。金山湖水域3條主要河流為運糧河、虹橋港和古運河,引航道為金山湖引清換水的主要閘口,3條河流及引航道與金山湖連通區域都由閘站控制。對金山湖不同湖區監測點的水體水質進行對比,可以定性地識別金山湖污染的主要來源。圖2為2012年金山湖不同監測斷面的COD、TP、TN質量濃度變化情況。監測時各閘站處于關閉狀態,這些數據能反映各河流與金山湖連通處的水質情況。

從圖2(a)可以看出,金山湖各監測段COD的空間分布區別較大。除11月以外,運糧河處的COD質量濃度全年都處于最高值,引航道與古運河的COD質量濃度均值較接近,焦南壩處COD質量濃度值較低且保持平穩。此外,除焦南壩COD質量濃度值保持平穩以外,5月、8月金山湖各監測段的COD質量濃度值都較高。金山湖各監測段TP基本處于地表水環境質量III類水質標準左右,除運糧河處在3—5月較高,全年各監測段TP質量濃度值比較平穩(圖2(b))。對不同監測段TN質量濃度值進行對比分析,發現金山湖TN污染較嚴重,在地表水環境質量IV類及V類水質標準以上,其中TN質量濃度最高值基本都出現在運糧河段(圖2(c))。可見,作為景觀湖泊及鎮江市備用水源地,金山湖的水質已經受到TN的嚴重影響。

圖1 金山湖水系流向

圖2 2012年金山湖主要監測段COD、TP、TN質量濃度變化情況

3.2 污染源

3.2.1 工業廢水

鎮江地處長江與京杭大運河的交匯點,水陸交通暢通,經濟發達,化工生產是這座城市最大的產業之一。截污工程實施前,在金山湖沿岸分布著25個工業生產廢水排放口,每年向金山湖內排放116.0萬m3的工業生產廢水,廢水中的COD、TN及TP分別達454.5 t/a、98.4 t/a、4.8 t/a。近幾年截污工程實施后,工業生產廢水的入湖量有了較大幅度的減少,截污率達到70%左右。目前,每年入湖廢水量為35.0萬m3,廢水中含有的COD、TN及TP分別為136.4 t、29.5 t和1.4 t[4]。

3.2.2 生活污水

據統計,長居于金山湖流域的用水人口達到43.8萬,結合當地居民的生活方式與消費水平,每人用水量為200 L/d。考慮到用水的部分流失,人均排水量一般以用水量的85%估算。對生活污水的收集率,鎮江市在城鄉兩地存在較大差異。在城鎮,地下污水管網較為發達,生活污水得以截留凈化后再排放,污水的收集處理率可以達到99%以上。而在農村,由于沒有發達的排水管網,或管網多為直排式,使污水直接進入水體,污水收集率不到60%。綜合考慮城鄉兩地的人口差異以及流域截污工程的實施情況,計算生活污水排放量時生活污水年平均收集處理率取95%。為獲取鎮江市城鎮生活污水中各污染物質量濃度,本研究對金山湖流域內幾個特征居民區進行了采樣監測,取以下平均值作為污染物質量濃度值：COD,300mg/L;TN,40mg/L;TP,5mg/L。

3.2.3 降雨徑流

鎮江市屬于沿江型城市和河網地區城市,地表徑流帶來的非點源污染已經成為城市水體污染的主要來源之一。鎮江年平均降雨量為1 376mm,常年平均氣溫15.5oC。根據土地利用現狀,金山湖流域面積98.46 km2,其中農田面積38.64 km2,城鎮面積59.82 km2。污染物的質量濃度參考相近地區的經驗值和實測值。農田地表徑流和城鎮地表徑流在產流系數上存在較大的差異,城鎮產流系數為0.70。農田綠地產流系數為0.35[5](表1)。

表1 農田地表徑流與城鎮地表徑流的差異

3.2.4 大氣沉降

鎮江市化工企業發達,大氣受其影響,城區大氣環境質量整體處于輕度污染狀態[6]。參照已有研究成果并結合鎮江市實際狀況,監測獲得不同污染物的沉降量,見表2。

表2金山湖大氣污染物沉降量kg/(km2·a)

3.3 主要污染源貢獻率

根據金山湖污染源污染物的排放總量及產污系數,參考相關文獻[7-8],計算得到4種主要污染源所產生污染物的年排放入湖量,見表3。由表3可知,由降雨地表徑流產生的入湖污染物量較大,每年向金山湖排放TN、TP與COD分別高達186.9 t、38.3 t與4 693.6 t。與降雨地表徑流相比,其他各污染源污染物排放入湖的量要小得多。由于2010年全部截污工程實施后[9],鎮江市企業廢水均被城市污水截流工程截留,統一處理后再排放,而生活污水通過城市污水處理廠收集處理,故工業生產廢水與城鎮生活污水所產生的污染物排放量較小,兩者COD的排放總量僅為降雨地表徑流的1/9,其TP與TN的排放總量也遠小于降雨地表徑流。大氣沉降污染物的TN、TP與COD的排放入湖量分別為39.9 t/a、3.8 t/a與236.2 t/a。

表3 主要污染源所產生污染物的年排放入湖量t

4種主要污染源對污染物的貢獻率見圖3。

從圖3可以看出,降雨地表徑流為金山湖水體污染的第一大污染源,其對COD、TP及TN的貢獻率分別為87%、75%和60%;其次為城鎮生活污水,對COD、TP及TN的貢獻率分別為7%、14%和18%。由于流域截污工程的實施,工業生產廢水得到有效截留,對金山湖水體污染的貢獻率較小,除對TN貢獻率稍高外,對COD和TP的貢獻率均在5%以下。由于鎮江市空氣質量狀況處于輕度污染狀態,大氣沉降對各污染物的貢獻率處于城鎮生活污水與工業生產廢水對各污染物的貢獻率之間,其對COD、TP及TN的貢獻率分別為4%、8%和13%。可見,面源污染對金山湖水體的污染及影響越來越嚴重,已成為鎮江城市水體水質惡化的主要原因之一。

圖3 4種主要污染源對COD、TP、TN的貢獻率

就降雨地表徑流來講,兩種不同下墊面的地表徑流對金山湖水體污染的貢獻率也存在較大差異。城鎮地表徑流中COD、TP及TN濃度分別占到全部徑流污染物的92.07%、90.33%與92.51%(圖4),城鎮地表徑流污染物的負荷及濃度要遠高于農田地表徑流,這與Sartor的研究結果[10]相吻合。同樣,大氣干沉降與大氣濕沉降對水體污染的貢獻也存在一定的差異。COD與TN主要源于大氣濕沉降,分別占總沉降量的73.33%與72.18%,而TP主要源于大氣干沉降,大氣干沉降產生的TP占總沉降量的75%(圖5)。

圖4 不同地表徑流對污染物貢獻的對比

圖5 大氣干、濕沉降對污染物貢獻的對比

4 結論

a.綜合對比3種常規污染物指標(COD,TP, TN)在金山湖各監測段的質量濃度變化情況,發現金山湖長江入流與湖泊出流段水質相對較好,3種指標在運糧河入流處的質量濃度都較高,說明金山湖受內陸河流排放的污水影響較大;3月各監測段的各污染物指標質量濃度都處于較高值,尤其TN值較高,氮污染嚴重,表明金山湖水質較差。

b.在現有的污水收集管網條件下,工業生產污水與城鎮生活污水被有效截流,金山湖點源污染得到有效控制。工業生產污水與城鎮生活污水對金山湖的COD、TP、TN的貢獻率分別為9%、17%、27%。

c.鎮江市屬于沿江型城市和河網地區城市,降雨地表徑流對金山湖的COD、TP、TN貢獻率分別為87%、75%、60%,是金山湖最大的污染源。其中城鎮地表徑流占主體,城鎮地表徑流中COD、TP、TN含量分別占全部徑流污染物的92.07%、90.33%與92.51%。針對金山湖降雨徑流產生污染的問題,優化金山湖閘站調度,對保護金山湖水質意義重大。

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[2]鎮江市建設局.鎮江市城市“十一五”排水規劃[EB/ OL].[2008-07-22].http：//jsj.zhenjiang.gov.cn/ xxgk/fzgh/200908/t20090805_156358.htm.

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[10]SARTOR J D,BOYD G B.Water pollution aspects of street surface contaminants[M].Washington D C：The United States Environmental Protection Agency,1972.

Analysis of water pollution sources in Jinshan Lake,in Zhenjiang

XIE Jiaguo1,SU Hang2,XIE Qingjie2,CHEN Zhigang2,CHEN Junjing2
(1.Zhenjiang Water Conservancy Investment Company,Zhenjiang 212000,China; 2.School of the Environment,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)

The water quality of severalmonitoring sections in Jinshan Lake in the year 2012 and water pollution sources of the lake were analyzed.The results show that the water quality of inflow of the Yunliang River was poor and TN in Jinshan Lake exceeded the standard.The surface runoff was the largest source of pollution of Jinshan Lake water.The pollutant load and concentration of surface runoff in the town were far higher than those in the farmland.Due to the implementation of sewage interception projects,industrial wastewater and urban sewage contributed little to the pollutants.

water quality analysis;pollution sources;surface runoff;Jinshan Lake

X524;X501

A

1004 6933(2014)05 0052 04

2013 11 17編輯：彭桃英)

10.3969/j.issn.1004 6933.2014.05.009

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07102-001);江蘇省水利廳科技項目(2012086)

謝家國(1968—),男,工程師,主要從事水污染控制研究。E-mail：davidshshsh@163.com

蘇航,碩士研究生。E-mail：sc251038569@126.com