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水污染排放特征和防治方法措施——有关马莲河宁县段
摘要：环境决策的重要根据是水污染排放特征，本文通过对马莲河宁县段的水环境质量现状的分析，对主要污染指标COD和NH3-N进行确立，以不同污染源与相关统计资料对二者的污染排放量负荷、分布特征及污染构成特征进行了评价,并提出了马莲河宁县段水污染的防治方法措施。
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自20世纪90年代中期中国确立污染物排放总量控制制度以来，水环境污染防治问题取得了明显改善，水环境总体质量得到了提高，但在经济中、高速增长和城市化快速推进的压力下，水污染防治形势依然严峻[1]。十八大以来，党中央、国务院就生态文明建设和环境保护做出了一系列重大安排，提出了《水污染防治行动计划》和《关于全面推行河长制的意见》等新举措，为构建山水林田湖草命运共同体的生态文明体系提供了长远的制度保障，进一步明确了实现水污染防治的新路径。水污染排放特征是环境决策的重要根据，明确污染源排放特征，加强源头控制，做到责任承包，分段治理，科学实施污染减排项目。
1、研究区概况
马莲河是甘肃省庆阳市境内最大的一条河流，属于黄河流域上游主要支流泾河水系最大的一级支流，发源于宁夏盐池县麻黄山和陕西定边县的白于山一带，自北向南流经庆阳境内的环县、华池、庆城、合水和宁县，连通陇东黄土高原南北，于宁县政平村汇入泾河（如图1马莲河宁县段水系分布图所示）。干流总长度375km，流域面积1.9×104km2，多年平均径流量4.48×108m3[2]。马莲河上游即环县以北称环江，下游环县以南称马莲河。
该河是宁县境内流域面积最广的河流，基本涵盖整个宁县区域，在宁县境内河长59km，河道平均坡降1.45‰，主要支流有城北河、九龙河等，多年平均径流量分别为0.45×108m3、0.22×108m3。宁县位于甘肃省庆阳市东南部，处于陇东黄土高原的东南部，境内梁峁起伏，黄土残塬发育，沟壑纵横。地势总体东北高、西南低，海拔890~1680m，相对高差约800m，最低处为西南政平河谷地带，海拔886m，最高处为东北子午岭兴隆关，海拔1687m。区内出露的地层岩性以第四系风积黄土为主，上覆黄土的厚度一般为几十米至百余米。区内气候类型为陇中南部温带半湿润气候区，多年平均气温8.7℃，多年平均降水量565.9mm，降雨主要集中在7~9月，约占全年降水量的54%以上。宁县现辖14镇4乡，总人口56.06万人（2015年），常住人口40.30万。总土地面积2653. 7 2km2，土地利用以耕地、林地和草地等为主。
2、水环境质量评价
马莲河流域位于鄂尔多斯盆地南部，区内生态环境脆弱，是重要的能源化工基地，长期的石油开采对水资源造成了严重污染[3]。由于马莲河是庆阳市唯一的污水接纳河流,流域内90%以上的企业所排放的污水都未经处理或处理不达标而直接或间接的排入了马莲河,导致河水污染负荷严重,超出了马莲河的最大水环境容量[4]，使得断面水质长期不能达标，水污染问题日益突出。整个流域内马莲河河水pH在7.7~8.9之间，呈弱碱性，TDS较高，均值为2.6g/L，属于苦咸水 ，远远大于黄河流域的均值0.38g/L[2]。
2.1 断面现状水质类别
马莲河在宁县境内共有1处市考断面和1处国考断面，分别为铁李川大桥断面和宁县桥头断面，前者为入境断面，后者为出境断面。国控断面（点位）每月监测一次，全国地表水环境质量年度评价，以每年12次监测数据的算术平均值进行评价[5]。本文采用2016年全年水质监测结果的算术平均值评价两处断面的水质。铁李川大桥断面、宁县桥头断面水质类别均为Ⅳ类（轻度污染）。
2.2 水质变化及污染指标确定
根据《2010-2016年甘肃省环境状况公报》中的资料及前人统计结果[6]显示，2006-2016年期间，宁县桥头断面水质仅2014年达到Ⅲ类水质标准，其它时间水质类别处于Ⅳ-劣Ⅴ类（见表12006-2016年马莲河宁县桥头断面水质监测表）。根据庆阳市环境监测站2016年的水质监测数据分析（如图2所示2016年宁县桥头断面COD、NH3-N年度变化图），宁县桥头断面主要污染物为COD和NH3N，COD在12.5~28.9mg/L之间，月均值22.58mg/L，NH3-N在0.23~3.14mg/L，月均值1.21mg/L，其中COD超标最为严重，超标倍数0.06~0.45。当断面水质超过Ⅲ类标准时，先按照不同指标对应水质类别的优劣，选择水质类别最差的前三项指标作为主要污染指标。当不同指标对应的水质类别相同时计算超标倍数，将超标指标按其超标倍数大小排列，取超标倍数最大的前三项为主要污染指标 。当氰化物或铅、铬等重金属超标时，优先作为主要污染指标。对于水温、pH值和溶解氧等项目不计算超标倍数[6]。由于马莲河宁县桥头断面和铁李川断面只有DO、COD和NH3-N超标，因此本次将COD和NH3-N作为马莲河质量评价的主要污染指标。
3、水环境污染状况评价
地表河流的污染源可分为点污染源和面污染源两类。宁县段马莲河流域主要点污染源包括工业源、城镇生活源和规模化畜禽养殖，主要面污染源包括农村生活源、农村畜禽养殖、农田化肥流失和水土流失。
3.1 污染排放评论方法
3.1.1 工业源污染：马莲河流域宁县段共有重点工业企业4家，企业类型分别为果汁生产、医药制造、药材加工和煤矿生产。工业源污染状况以实际调查为准。
3.1.2 城镇及农村生活源污染：城镇（农村）生活源主要包括生活垃圾和生活污水。城镇生活污染物排放量可采用下式[8]进行估算：Gp=3650·N·Fp式中：Gp为城镇（农村）居民生活污染物的年排放量，单位：kg/a（千克/年）；N为城镇（农村）居民常住人口，单位：万人；Fp为城镇（农村）居民生活污染物的排放系数，污染物排放系数单位：g/pd（克/人·天）。人口数量采用2015年统计年鉴资料。城镇污染物排放系数主要依据《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》[8]来确定（见表2宁县城镇、农村生活污水及垃圾排放系数）。由于农村地区缺少相应的规范标准，目前国内学者仅在太湖、四川、密云水库和滇池等地区对农村生活污染排放进行了调查研究[9]，本文参考了太湖地区的农村污染物排放系数。
3.1.3 农村畜禽养殖污染：由于农村养殖场存在设备简陋、管理不善的情况，不能使畜禽粪便等废弃物的排放和污染问题得到良好解决，大量废水和粪便在堆存期间因降水淋滤出来的污染物排入到了周围的土壤环境，然后进入地表水，造成水体污染[10]。畜禽养殖主要统计养殖场(小区)及养殖专业户，暂不考虑散养。宁县共有19个规模化畜禽养殖场。畜禽养殖污染物排放量等于畜禽数量乘以排放系数。畜禽养殖污染排放系数（见表3农村禽畜养殖污染物排放系数）依据甘肃本地的相关文献[11]得到。
3.1.4 农田化肥流失污染：化肥污染是指农田施用大量化肥在降雨和农田灌溉的诱发条件下流失到水环境所造成的水体污染，流失的主要途径是淋溶和挥发[11]。研究表明，任何种类及形态的农用化肥，都不可能完全被植物所吸收利用[12]。据统计分析，我国化肥的有效利用率很低，氮肥平均利用率为30% ~ 35 %，磷肥为10%~20%，钾肥为35%~50%。农田化肥的污染排放量等于化肥（氮肥、磷肥、复合肥）施用折纯量（不考虑COD）乘以排放系数[13]。化肥中NH3-N排放量按TN排放量的10%计算，氮肥的流失率按20%计[14]，氮肥的施用比例按51%计[15]。农田化肥折纯量采用宁县2015年统计年鉴资料。
3.1.5 水土流失污染：宁县地处西北黄土丘陵区，地表土体结构疏松多孔，长期以来过度垦殖，导致植被覆盖减少，水土流失严重。水土流失过程不但破坏了土壤表层的有机质，而且夹带泥沙以及有机物、金属、磷酸盐等污染物进入水体，形成面源污染[16]。土壤侵蚀模数是衡量水土流失状况,即土壤侵蚀程度和强度的数量指标。土壤侵蚀模数越大，则水土流失越严重。在评估水土流失状况时，土壤侵蚀模数和通用土壤流失方程（USLE）是两个比较常用的方法[18]。本文采用了土壤侵蚀模数法，水土流失污染物排放量的估算公式为：M=E×S×C 式中：E—水土流失面积（km2）；S—水土流失平均侵蚀模数[t/(km2·a)]； C—土壤有机质含量（%）； M——污染物排放量（t）。宁县地处黄土高原沟壑区，年均土壤侵蚀模数约为4350/km2[19]，不考虑COD。
3.2 污染排放评价结果
3.2.1 污染物分布特征：通过估算分析，马莲河宁县桥头断面主要污染物COD、NH3-N排放量分别为7730.53t/a、2260.51t/a，其中COD污染主要来源于和盛镇、米桥镇、早胜镇、新庄镇等地（如图3所示COD污染分布图（t/a）），分别占排放总量的13.95%、9.62%、8.72%、8.66%；NH3-N污染主要来源于盘克镇、和盛镇、春荣镇等地（如图4所示NH3-N污染分布图（t/a）），分别占排放总量的10.86%、9.74%、8.93%。
3.2.2 污染物排放构成特征：从COD、NH3-N排放的构成特征看，对于COD而言，农村生活污染比重最大，占33.58%，城镇生活污染次之，占27.04%，规模化畜禽养殖占23.64%，工业源占15.74%（如图5所示COD污染构成图）；对于NH3-N而言，水土流失污染比重最大，占28.01%，农村生活污染次之，占38. 15%，规模化畜禽养殖占14.1%，工业源占13.78%，农田化肥流失占5.96%（如图6所示NH3-N污染构成图）。
4、水污染防治对策
4.1 加强对沿河工业企业的监督核查
一是现有工业企业应加强污染物收集和治理设施的有效运行，妥善处理生产废弃物和生产废水，监督落实企业治污责任；二是对于关停企业，进一步监管污染场地的处置情况，做好场地修复和绿化；三是优化产业结构，逐步转变经济增长方式，按照国家及地方政府相关总量控制要求完成减排目标。依法取缔流域范围内不符合国家产业政策的污染水体环境的生产项目。提高流域范围内行业和企业的环境准入门槛，严格相关产业企业落户审批程序，进一步限制发展高耗水、高污染和高耗能的“三高”产业。
4.2 重点推进沿河各乡镇农业农村面源治理和农村环境综合整治
通过调整农业种植结构、开展农作物测土配方施肥，减少农业生产污染，以封山育林、退耕还林还草为中心，开展小流域综合治理，恢复和扩大林草植被，控制水土流失。加快流域范围内农村分散污水处理设施及配套工程建设。积极开展农村环境保护，规范规模化养殖产业，推进农村清洁能源设施的建设与推广，推动流域范围内生态示范村推广建设工作。开展以村落污水收集处理、生活垃圾收集清运为主的农村环境综合整治项目，在宁县马莲河流域逐步开展农村环境连片整治工程和农村环境综合整治项目。
4.3 加快城镇治污体系建设
加大流域内各乡镇污水、垃圾收集处理设施建设力度，全面提高城镇污水和垃圾处理能力，配套建设污水收集管网系统、处理设施，特别是县城垃圾处理设施不能覆盖的重点乡镇，需建设垃圾无害化处理设施，新建一批垃圾转运站、增配一批压缩式或密闭式垃圾车，逐步实现生活垃圾分片集中处置模式，不断提高垃圾收运效率和处置能力。
4.4 推动实施水生态修复与水资源科学调度
科学论证马莲河生态基流流量和纳污量，合理调蓄人工取水与生态需水的关系，控制各乡镇单元的污染排放量，削减COD和NH3-N污染负荷，制定严格的监督管理体制，保障马莲河宁县段断面水质达标。
4.5 逐步完善流域监测网络，建立健全监管体系及机制
针对现阶段流域监测断面不足，水质目标责任难以考核到乡镇级行政区的现实，应增加新宁镇、焦村镇、和盛镇等较大乡镇的控制断面。全年采样不少于6次，采样时间为丰水期、枯水期和平水期。定期监测水温、pH、溶解氧、化学需氧量、氨氮、总氮、总磷等常规指标。
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