荊紅衛(wèi),張志剛,郭 婧 (.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心,北京 00048；.核與輻射安全中心,北京 0008)

北京地處海河流域,從東到西分布有薊運(yùn)河、潮白河、北運(yùn)河、永定河、大清河五大水系.其中只有北運(yùn)河水系發(fā)源于本市,其流域范圍涉及10個(gè)區(qū)(40個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),1600多個(gè)行政村).流域面積占全市總面積的 25.9%,人口卻占全市總?cè)丝诘?0%以上,GDP占全市的80%以上[1],是北京市人口最集中、產(chǎn)業(yè)最密集、城市化水平最高的流域.由于流域排污量大,水資源量匱乏,因此地表水污染十分嚴(yán)重,具有典型的城市河流污染特征和變化規(guī)律.近年來(lái),雖然北京市河流污染治理力度逐年加大,市區(qū)污水處理能力不斷提高,重污染企業(yè)搬遷和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等,水質(zhì)污染狀況有了很大程度改善,但由于污染物排放量遠(yuǎn)超過(guò)其環(huán)境容量,仍有80%以上河段水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)[2].

國(guó)內(nèi)外對(duì)地表水方面研究,一方面集中于對(duì)大江大河、湖泊的研究,對(duì)于人口集中、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市區(qū)域地表水研究不多[3-5];另一方面,現(xiàn)有研究主要針對(duì)耗氧有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽等幾項(xiàng)主要指標(biāo),鮮見(jiàn)針對(duì)地表水標(biāo)準(zhǔn)中20余項(xiàng)指標(biāo)的全面分析與評(píng)價(jià)[6-8].本文選取了23項(xiàng)污染指標(biāo),對(duì)北運(yùn)河水系水質(zhì)污染特征以及污染來(lái)源進(jìn)行了全面分析與評(píng)價(jià),以期有針對(duì)性地提出治理措施.

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況

北運(yùn)河水系在北京境內(nèi)干流總長(zhǎng)約 90km,按照區(qū)域特征、水域功能等,又可分為城市中心區(qū)河流、城市排水河流以及遠(yuǎn)郊區(qū)河流.中心區(qū)河流主要有昆玉河、長(zhǎng)河、北護(hù)城河、南護(hù)城河等,為重要景觀(guān)河流.排水河流主要有清河、壩河、通惠河、涼水河四大排水系統(tǒng),市區(qū)內(nèi)的雨水、生活污水、工業(yè)廢水都經(jīng)過(guò)這四個(gè)水系最終匯入北運(yùn)河.其中清河水系是市區(qū)西北部的排水河網(wǎng),接納肖家河、清河 2座污水處理廠(chǎng)退水;壩河水系是市區(qū)東北部排水河網(wǎng),接納北小河、酒仙橋2座污水處理廠(chǎng)退水;通惠河是城區(qū)雨水管道的排水尾閭,接納高碑店污水處理廠(chǎng)退水;涼水河水系是市區(qū)西南部排水河網(wǎng),接納方莊、吳家村、盧溝橋、小紅門(mén)、亦莊開(kāi)發(fā)區(qū)5座污水處理廠(chǎng)退水.遠(yuǎn)郊河流主要有溫榆河、北運(yùn)河、鳳河、港溝河等,為一般景觀(guān)用水和農(nóng)業(yè)用水.

1.2 監(jiān)測(cè)概況

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心地表水監(jiān)測(cè)網(wǎng),主要選擇了23條(段)干支流.每條河段設(shè)置有1～3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,見(jiàn)圖1.監(jiān)測(cè)時(shí)間為2011年1～12月,每月監(jiān)測(cè)1次.監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[9]中的23項(xiàng),分別是水溫、pH值、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、總氮(TN)、銅(Cu)、鋅(Zn)、氟化物(F－)、硒(Se)、砷(As)、汞(Hg)、鎘(Cd)、六價(jià)鉻(Cr6+)、鉛(Pb)、氰化物(CN-)、揮發(fā)酚(AR-OH)、石油類(lèi)(OIL)、陰離子表面活性劑(LAS)、硫化物.監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分析方法依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[9]和《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[10].

1.3 評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)方法

1.3.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法采用水質(zhì)類(lèi)別法和平均綜合污染指數(shù)法.水質(zhì)類(lèi)別評(píng)價(jià)采用單因子評(píng)價(jià)法,其中斷面水質(zhì)類(lèi)別評(píng)價(jià)根據(jù)評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)該斷面參評(píng)指標(biāo)中類(lèi)別最高的一項(xiàng)來(lái)確定,河流水質(zhì)類(lèi)別評(píng)價(jià)先計(jì)算該河流所有斷面各評(píng)價(jià)指標(biāo)濃度算術(shù)平均值,然后按照“斷面水質(zhì)類(lèi)別評(píng)價(jià)”方法進(jìn)行評(píng)價(jià).依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[9],將水質(zhì)類(lèi)別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類(lèi),水質(zhì)達(dá)不到Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的,定義為劣Ⅴ類(lèi).

平均綜合污染指數(shù)計(jì)算方法如下:

(當(dāng)污染指標(biāo)為溶解氧時(shí):Pi= C0Ci)

式中:Ci為某評(píng)價(jià)指標(biāo)監(jiān)測(cè)濃度值;C0為某評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值;i為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù),i＝1,2,3,……,n; Pi為第i項(xiàng)指標(biāo)的污染分指數(shù);P為平均綜合污染指數(shù);評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[9]中的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值.

1.3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法 本研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法采用主成分分析和聚類(lèi)分析法[11-12].主成分分析是將多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合指標(biāo)(主成分)的統(tǒng)計(jì)分析方法,綜合指標(biāo)能反映出原指標(biāo)所提供的絕大部分信息,達(dá)到降維和源識(shí)別的目的.本文取樣足夠度的 Kaiser-Meyer-Olkin度量值為 0.748(＞0.7),選取的主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率在85%以上(一般要求大于70%).

聚類(lèi)分析基本原理是根據(jù)樣本自身的屬性,用數(shù)學(xué)方法按照某種相似性或差異性指標(biāo),定量確定樣本之間的親疏關(guān)系,并按這種親疏關(guān)系程度對(duì)樣本進(jìn)行聚類(lèi).本文選擇組間連接法、采用歐氏距離度量樣本之間的距離,生成具有層次結(jié)構(gòu)聚類(lèi)樹(shù),根據(jù)各樣點(diǎn)相似性進(jìn)行歸并和分類(lèi).

圖1 北運(yùn)河水系主要干支流及監(jiān)測(cè)斷面分布Fig.1 Monitoring sections of Bei Canal river system

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.1 主要干支流水質(zhì)評(píng)價(jià)

2.1.1 綜合評(píng)價(jià) 根據(jù)2011年水質(zhì)監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)結(jié)果,23條主要干支流中,位于城市中心區(qū)的昆玉河、長(zhǎng)河水質(zhì)類(lèi)別為Ⅲ類(lèi),北護(hù)城河為Ⅳ類(lèi),南護(hù)城河為劣Ⅴ類(lèi);位于近郊區(qū)的城市排水河流及遠(yuǎn)郊區(qū)河流水質(zhì)均為劣Ⅴ類(lèi).主要污染指標(biāo)為耗氧有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽,而重金屬及毒性指標(biāo)污染較輕.水質(zhì)類(lèi)別為劣Ⅴ類(lèi)的水體中,南護(hù)城河綜合污染指數(shù)為 1.21,污染程度相對(duì)較輕;遠(yuǎn)郊區(qū)縣河流綜合污染指數(shù)為 4.11,污染最嚴(yán)重;城市排水河流綜合污染指數(shù)為 2.86,污染介于二者之間.可見(jiàn),從城市中心區(qū)河流到近郊區(qū)城市排水河流再到遠(yuǎn)郊區(qū)干支流,水質(zhì)污染不斷加重.

2.1.2 污染指標(biāo)評(píng)價(jià) 監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,耗氧有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽污染從城市中心區(qū)河流到城市排水河流再到遠(yuǎn)郊區(qū)河流逐漸加重.重金屬 Cd、Cr6+、Pb、As、Cu和 Zn在上述三類(lèi)河流中無(wú)明顯差別,為未檢出或檢出濃度較低,符合地表水Ⅰ～Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn).Hg在中心區(qū)河流中均未檢出或小于檢出限,在排水河流及遠(yuǎn)郊區(qū)河流中有檢出,并且在遠(yuǎn)郊河流如東沙河、北沙河、南沙河等支流中的年均濃度值相對(duì)較高,水質(zhì)類(lèi)別為Ⅳ類(lèi).AR-OH、OIL和LAS在中心區(qū)河流中均未檢出或檢出濃度較低;在排水河流和遠(yuǎn)郊區(qū)河流中污染明顯加重.氰化物在北運(yùn)河水系所有河流中均為Ⅰ類(lèi).Se、硫化物為Ⅰ～Ⅲ類(lèi).氟化物除在溫榆河、藺溝河流中為Ⅴ～劣Ⅴ類(lèi)外,其他河流水質(zhì)均為Ⅰ類(lèi).主要污染指標(biāo)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見(jiàn)表1.

2.2 水質(zhì)主成分分析

根據(jù)對(duì)2011年53個(gè)監(jiān)測(cè)斷面年均值數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析.在監(jiān)測(cè)的 23項(xiàng)指標(biāo)中:水溫、pH值、Cu、Zn、Se、As、Cd、Cr6+、Pb、氰化物、氟化物、硫化物12項(xiàng)指標(biāo)在北運(yùn)河水系水平較低,不屬于主要污染因子,因此,選擇其余的 DO、COD、CODMn、BOD5、NH3-N、AR-OH、OIL、TP、TN、LAS、Hg等11項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析.表 2給出了主成分分析中各指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系矩陣,表3和表4分別給出了主成分特征值、貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率,以及主成分載荷矩陣.由表 3和表4可知,前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)85.1%.其中COD、CODMn、BOD5、NH3-N、TP、TN、LAS在第一主成分上載荷較大,其相關(guān)系數(shù)分別為0.921,0.967,0.935,0.948,0.771, 0.853,0.799,方差貢獻(xiàn)率為 63.9%,主要反映由生活污染以及農(nóng)業(yè)污染引起的耗氧有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽等污染;汞在第二主成分上載荷較大,相關(guān)系數(shù)為 0.922,方差貢獻(xiàn)率為 12.7%,反映生活垃圾滲濾液、生活污水、醫(yī)院污水等排放的重金屬汞污染;石油類(lèi)在第三主成分上載荷較大,相關(guān)系數(shù)為 0.689,方差貢獻(xiàn)率為 8.51%,反映石油化工和生活污水引起的石油類(lèi)污染.

表1 2011年北運(yùn)河水系水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及評(píng)價(jià)結(jié)果Table 1 Water quality monitoring results of Bei Canal river system in 2011

表2 相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 Correlation coefficient matrix

2.3 水質(zhì)聚類(lèi)分布特征

由圖2可見(jiàn), 23條主要干支流根據(jù)水質(zhì)間差異可分為4類(lèi).第1類(lèi)為清潔水源類(lèi)河流,主要集中在城市中心區(qū),包括15-昆玉河、16-長(zhǎng)河、17-北護(hù)城河 3條河流,由于河道兩岸污水口已全部截留,只有雨季排放的雨水入河,并且有清潔水源補(bǔ)充,因此水質(zhì)較好,全年平均水質(zhì)類(lèi)別為Ⅲ類(lèi),綜合污染指數(shù)為0.47.

表3 特征值及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 3 Eigen value and cumulative

表4 主成分載荷矩陣Table 4 Principal component loading matrix

圖2 北運(yùn)河主要干支流水質(zhì)聚類(lèi)樹(shù)狀圖Fig.2 Water quality clustering tree of trunk streams and tributaries of Bei Canal river system

第 2類(lèi)為再生水水源類(lèi)河流,主要集中在城市排水上游河流,包括 18-南護(hù)城河、13-通惠河上段、14-通惠河下段、8-清河上段、19-涼水河上段、2-北沙河、6-溫榆河上段、4-北運(yùn)河,水質(zhì)類(lèi)別均為劣Ⅴ類(lèi),綜合污染指數(shù)為 2.40,污染指標(biāo)主要是耗氧有機(jī)物及營(yíng)養(yǎng)鹽,其次是石油類(lèi).其中南護(hù)城河雖然也是城市中心區(qū)河流,但由于河道補(bǔ)充水源為污水處理廠(chǎng)的再生水,因此其水質(zhì)明顯比昆玉河、長(zhǎng)河差;通惠河上下段、清河上段、涼水河上段 90%以上排水為市區(qū)污水處理廠(chǎng)再生水和二級(jí)出水,因此河道水質(zhì)相對(duì)較穩(wěn)定,明顯比下游水質(zhì)好,但劣于城市中心區(qū)水質(zhì);位于遠(yuǎn)郊區(qū)的溫榆河上段以及北運(yùn)河等干流,由于近年來(lái)的綜合治理,水質(zhì)有了很大程度改善,也歸為此類(lèi).

第3類(lèi)為再生水與污水混合水源類(lèi)河流,主要集中在城市排水下游及遠(yuǎn)郊區(qū)河流,包括 9-清河下段、10-壩河上段、11-壩河下段、20-涼水河中下段、12-小中河、5-藺溝、7-溫榆河下段、3-南沙河、1-東沙河、22-鳳港減河、23-港溝河,水質(zhì)類(lèi)別均為劣Ⅴ類(lèi),綜合污染指數(shù)平均值為 3.67,污染指標(biāo)主要是耗氧有機(jī)物及營(yíng)養(yǎng)鹽,其次是汞、石油類(lèi)和揮發(fā)酚.排水河流清河下段、壩河上下段及涼水河中下段主要污染源是污水處理廠(chǎng)二級(jí)出水,由于其兩岸截污不徹底,污水口雨水口混接現(xiàn)象較嚴(yán)重,以及清河、方莊污水廠(chǎng)等超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),仍有未經(jīng)處理的污水排入,使得下游排水河流水質(zhì)仍然較差;其他遠(yuǎn)郊河流小中河、南沙河、溫榆河下段、鳳港減河等由于污水處理率較低,主要接納昌平、順義、通州等的生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)田退水,且河道缺乏生態(tài)補(bǔ)水,水質(zhì)整體較差.

第 4類(lèi)為污水水源類(lèi)河流,即21-鳳河,水質(zhì)類(lèi)別為劣Ⅴ類(lèi),綜合污染指數(shù)為9.76,污染指標(biāo)主要是耗氧有機(jī)物及營(yíng)養(yǎng)鹽,其次是石油類(lèi)和揮發(fā)酚.由于主要接納了周邊畜禽養(yǎng)殖廢水和生活污水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)污水和農(nóng)田退水,同時(shí)河道缺乏生態(tài)補(bǔ)水,水質(zhì)污染最嚴(yán)重.

2.4 水期水質(zhì)變化特征

根據(jù)北京市降雨特點(diǎn),全年可劃分為枯、豐、平3個(gè)水期,其中3～5月為枯水期,6～9月為豐水期.本文選擇 4～5月、7～8月監(jiān)測(cè)結(jié)果平均值分別代表典型枯水期、豐水期水質(zhì).由圖3可見(jiàn),不同干支流枯豐水期水質(zhì)變化有明顯差異.對(duì)于清潔水源類(lèi)河流,豐水期水質(zhì)比枯水期嚴(yán)重惡化,其中NH3-N濃度均值變化顯著,豐水期比枯水期升高478%,CODMn升高19%;對(duì)于再生水水源類(lèi)河流,枯水期污染較重,豐水期水質(zhì)明顯好于枯水期,CODMn、NH3-N濃度均值在豐水期比枯水期降低 21%～24%;對(duì)于再生水與污水混合水源類(lèi)河流,也表現(xiàn)為枯水期污染較重,豐枯水期水質(zhì)變化更加明顯,CODMn、NH3-N濃度均值在豐水期比枯水期降低 20%～42%;對(duì)于污水水源類(lèi)河流,也表現(xiàn)為豐水期水質(zhì)好于枯水期,CODMn、NH3-N濃度均值豐水期比枯水期降低27%,水質(zhì)差異沒(méi)有城市排水下游河流及遠(yuǎn)郊區(qū)河流明顯.

圖3 北運(yùn)河系主要干支流枯豐水期CODMn、NH3-N濃度Fig.3 CODMn、NH3-N concentration between wet season and dry season in Bei Canal river

3 北運(yùn)河水系污染來(lái)源分析

3.1 清潔水源類(lèi)河流污染來(lái)源分析

該類(lèi)河流兩岸的污水已全部截留入污水處理廠(chǎng),點(diǎn)源污染已得到全面控制,豐水期河流水質(zhì)明顯變差,表明由于降雨地表徑流引起的非點(diǎn)源污染成為影響中心區(qū)地表水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的重要因素.根據(jù)北京市水環(huán)境非點(diǎn)源污染調(diào)查[13]:一方面,天然降水在降到地表之前部分指標(biāo)已經(jīng)受到污染,其中氨氮濃度較高,為 4.12mg/L,已超過(guò)地表水Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值,COD、SS、TP濃度相對(duì)較低,基本符合地表水Ⅱ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);另一方面,降雨沖刷城市下墊面,如道路、屋面、停車(chē)場(chǎng)、綠地等,將地表累積的污染物沖刷到雨水管道,雨水徑流COD平均濃度高達(dá)310mg/L,氨氮、總磷、SS等指標(biāo)也較高,排入受納水體后,河道水質(zhì)污染明顯加重;第三,中心區(qū)排水管網(wǎng)分合流制和分流制,合流制排水已改造為截留式排水,在晴天和初雨時(shí),所有污水都入污水廠(chǎng)處理后排入下游水體,但當(dāng)出現(xiàn)較大降雨時(shí)(一般降雨量超過(guò)15mm),來(lái)水流量超過(guò)截留干管的輸水能力,將出現(xiàn)溢流,雨水?dāng)y帶污水直接溢流入河,對(duì)下游受納水體水質(zhì)造成很大威脅,而且雨污合流排水系統(tǒng)的徑流污染比分流制排水系統(tǒng)更加嚴(yán)重[14-15].根據(jù)北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心對(duì)西城區(qū)南壇根合流管網(wǎng)的監(jiān)測(cè),COD平均濃度高達(dá)452mg/L,氨氮51.4mg/L,總磷6.56mg/L.目前合流管在城市中心區(qū)中占有很大的比重.第四,污染還來(lái)自河流底部沉積物作為水體污染物的匯,將通過(guò)二次釋放使污染物重新進(jìn)入上覆水體,成為影響水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵因素,7～9月水溫較高,利于污染物的釋放,也是豐水期該類(lèi)河流污染加重的因素之一.所以,加強(qiáng)對(duì)城市非點(diǎn)源和內(nèi)源污染的治理是進(jìn)一步改善城市中心區(qū)水質(zhì)的重要措施.

3.2 再生水水源類(lèi)河流污染來(lái)源分析

污水處理廠(chǎng)退水不僅是城市排水河道主要補(bǔ)給水源,同時(shí)又是最大的污染源.根據(jù)北京市環(huán)境保護(hù)局對(duì)北運(yùn)河流域污染源調(diào)查結(jié)果[16],清河、壩河、通惠河、涼水河共接納上游10座污水廠(chǎng)排水,排放的COD總量占比依次為93.6%、89.2%、93.0%和 67.8%,氨氮總量占比依次為96.2%、97.1%、91.2%、68.2%,其余是直排入河的生活源、工業(yè)源以及農(nóng)業(yè)源,占比較小.

目前的主要問(wèn)題,一是現(xiàn)行污水處理廠(chǎng)出水排放標(biāo)準(zhǔn)與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間差距較大.按照地表水標(biāo)準(zhǔn)衡量,污水廠(chǎng)處理排放達(dá)標(biāo)的出水,實(shí)際上就是新的污染源.以高碑店污水廠(chǎng)及下游受納水體通惠河為例(圖 4),2011年高碑店污水廠(chǎng)出口COD濃度月均值介于28.5～ 59.5mg/L,全部符合《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[17]中的一級(jí) B標(biāo)準(zhǔn)限值(60mg/L),但按照下游受納水體通惠河Ⅳ類(lèi)水體功能評(píng)價(jià),12個(gè)月中只有 2個(gè)月濃度值符合地表水Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(30mg/L),其余均不達(dá)標(biāo).二是污水處理廠(chǎng)對(duì) COD、BOD5、SS的去除效率較高,基本在90%以上;但是對(duì)總磷、總氮的去除效率較低,在 60%～70%,從而導(dǎo)致目前城市河流中總磷、氨氮、總氮濃度仍然偏高.加之河道有閘壩控制,缺乏流動(dòng)性,水體自?xún)裟芰Σ?下游受納水體水質(zhì)較污水廠(chǎng)出口水質(zhì)差.所以,提高城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)格控制水污染物的排放,是改善城市排水河流地表水環(huán)境質(zhì)量的重要措施.

3.3 再生水與污水混合水源類(lèi)河流污染來(lái)源分析

主要污染源仍然是污水處理廠(chǎng)排水;其次由于城市排水下游河流地處近郊區(qū)城鄉(xiāng)結(jié)合地帶,管網(wǎng)不健全,截留不徹底,如朝陽(yáng)區(qū)孫河鄉(xiāng)、海淀山后地區(qū)的居民生活污水尚不能進(jìn)入污水管網(wǎng);第三,部分區(qū)域存在雨污管線(xiàn)混接,污水接入雨水管線(xiàn)直排入河,城市排水下游河流匯水區(qū)污水集中處理率明顯降低;第四,在污水處理能力方面,部分污水處理廠(chǎng)由于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),在用水高峰和雨季進(jìn)水量超過(guò)其處理能力時(shí),出現(xiàn)跨越式排放,部分污水未經(jīng)處理直排入河,也是城市排水下游河流水質(zhì)比上游水質(zhì)以及污水廠(chǎng)退水水質(zhì)更差而且難以發(fā)生根本性好轉(zhuǎn)的重要原因.以清河流域的肖家河、清河污水廠(chǎng)出口及其清河受納水體斷面的COD、氨氮為例:肖家河污水廠(chǎng)出水排入清河上游水體,控制斷面為樹(shù)村閘;清河污水廠(chǎng)出水排入清河下游水體,控制斷面為沙子營(yíng).由圖 5可見(jiàn),(1)肖家河污水廠(chǎng)出水 COD和氨氮濃度與其受納水體控制斷面樹(shù)村閘較接近,表明污水廠(chǎng)出水對(duì)城市排水上游河流水質(zhì)起著主導(dǎo)作用;(2)清河污水廠(chǎng)出水雖與肖家河污水廠(chǎng)出水COD和氨氮濃度較接近(清河污水廠(chǎng)出水濃度略高),但由于其他污水排入,其下游受納水體沙子營(yíng)控制斷面COD和氨氮濃度高于污水廠(chǎng)出水濃度76%和 208%.第五,根據(jù)北運(yùn)河流域污染源調(diào)查結(jié)果[16],遠(yuǎn)郊區(qū)城關(guān)鎮(zhèn)和新城污水處理率為70.7%,農(nóng)村污水處理率只有 30%,大量生活污水未經(jīng)處理直排入河,生活點(diǎn)源污染貢獻(xiàn)依然較大.位于下游的大興、通州、順義等區(qū)域,農(nóng)業(yè)種植面積較大,畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá),農(nóng)業(yè)源貢獻(xiàn)率也較大.工業(yè)源貢獻(xiàn)率總體占比雖然較低,但行業(yè)類(lèi)型為石油化工、食品飲料、汽車(chē)制造業(yè)等,對(duì)于部分受納水體影響依然較大.所以,進(jìn)一步完善城市污水管網(wǎng),提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村污水處理率是改善城市排水下游河流及遠(yuǎn)郊區(qū)河流水質(zhì)的重要措施.

圖4 高碑店污水處理廠(chǎng)出水與下游通惠河斷面水質(zhì)變化Fig.4 Water quality change trend of effluent in Gaobeidian sewage treatment plant, river section in Tonghuihe

圖5 2011年肖家河、清河污水廠(chǎng)出口以及清河受納水體斷面水質(zhì)變化Fig.5 Water quality change of effluent in Xiaojiahe, Qinghe sewage treatment plants, river sections in Qinghe receiving water

3.4 污水水源類(lèi)河流污染來(lái)源分析

根據(jù)北運(yùn)河流域污染源調(diào)查結(jié)果[16],鳳河流域污染源貢獻(xiàn)率最大的是農(nóng)業(yè)源,其 COD貢獻(xiàn)率占71%,氨氮占79.8%,尤以畜禽養(yǎng)殖廢水污染最為突出;其次是生活源,COD貢獻(xiàn)率占 26.5%,氨氮占 17.7%.調(diào)查顯示,規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)主要為奶牛、肉牛、肉豬、肉雞和蛋雞,由于大部分養(yǎng)殖場(chǎng)污水處理設(shè)施不能正常運(yùn)行,產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢水與畜禽糞尿,使環(huán)境難以消納.根據(jù)北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心對(duì)北京市規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽廢水的采樣監(jiān)測(cè)[18],畜禽廢水中污染物濃度與清糞方式有關(guān),以豬場(chǎng)水沖糞廢水濃度最高,COD最高達(dá)21600mg/L,氨氮、總氮、總磷平均濃度分別高達(dá) 5900,8050,1270mg/L,水沖糞廢水濃度比干檢方式廢水濃度高7～28倍,畜禽養(yǎng)殖廢水污染物濃度為城市污水污染物濃度的幾十倍至幾百倍.另外還有種植土壤施用農(nóng)藥、化肥引起的面源污染.由于畜禽養(yǎng)殖、生活污染、農(nóng)田退水等的共同影響,導(dǎo)致鳳河在北運(yùn)河水系中污染最嚴(yán)重.因此,建議進(jìn)一步加大對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)的環(huán)境治理力度.

4 結(jié)論

4.1 北運(yùn)河流域由于排污量大,地表水污染嚴(yán)重,除城市中心區(qū)的昆玉河、長(zhǎng)河、北護(hù)城河水質(zhì)為Ⅲ～Ⅳ類(lèi)外,城市排水河流、遠(yuǎn)郊河流水質(zhì)均為劣Ⅴ類(lèi).COD、CODMn、BOD5、NH3-N、TP等為第一主成分,主要反映由生活和農(nóng)業(yè)污染引起的耗氧有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽等的污染,貢獻(xiàn)率占63.9%;汞為第二主成分,反映通過(guò)生活垃圾滲濾液、生活污水、醫(yī)院污水等排放的重金屬汞污染;石油類(lèi)為第三主成分,反映石油化工污染企業(yè)排污和生活污水引起的石油類(lèi)污染.

4.2 根據(jù)系統(tǒng)聚類(lèi)分析,北運(yùn)河水系主要干支流按照水質(zhì)間差異可分為4類(lèi),第1類(lèi)為清潔水源類(lèi)河流,主要集中在城市中心區(qū);第2類(lèi)為再生水水源類(lèi)河流,主要集中在城市排水上游河流;第3類(lèi)為再生水與污水混合水源類(lèi)河流,主要集中在城市排水下游河流及部分遠(yuǎn)郊區(qū);第 4類(lèi)為污水水源類(lèi)河流,即遠(yuǎn)郊區(qū)縣的鳳河.

4.3 對(duì)于清潔水源類(lèi)河流,降雨地表徑流、雨污合流管網(wǎng)溢流引起的非點(diǎn)源污染是其重要污染源.因此,城市中心區(qū)需重視對(duì)非點(diǎn)源污染的治理;再生水水源類(lèi)河流的主要污染源是城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)排水,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)城市污水廠(chǎng)出水提標(biāo)改造,提高污染物去除效率;再生水與污水混合水源類(lèi)河流,污水集中處理率低,應(yīng)完善城市污水管網(wǎng),提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村污水處理率;污水水源類(lèi)河流,應(yīng)加大對(duì)遠(yuǎn)郊區(qū)縣農(nóng)業(yè)源的治理力度.

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