黄河水污染的研究进展与防治对策主(szg).doc

黃河水污染的研究进展与防治对策孙剑辉1,2,冯精兰1,柴艳1,张干2,李军2,王国良1(1.河南师范大学化学与环境科学学院,河南省环境污染控制重点实验室,河南新乡453007;2.中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室,广州510640)摘要系统地总结和评述了黄河水污染的研究现状,黄河水质严重污染的主要原因是工业与生活废污水排放量的逐年增加、化肥和农药的大量使用以及降水量的减少;防治黄河水污染的主要对策是积极调整经济产业结构、加大废污水综合治理与处罚、整改力度、注重农业面源污染防治、建立水污染防治统一管理机制、开展污染源全面调查、切实实行计划和节约用水并大力加强水污染防治.关键词黄河;水污染;研究进展;防治对策中图分类号522文献标识码黄河是中国的第二大河,流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南和山东9省(区),全长5464,流域面积83.44万2,耕地面积1800万2.黄河是我国西北和华北地区重要的水资源,以占全国2%的径流量向全国15%的耕地和12%的人口供水,在沿黄各省的经济发展中起着举足轻重的作用.近年来,由于水土流失、土地沙漠化、农田灌溉以及废水的排放,使黄河水污染严重,水体功能丧失,给流域人民群众的身体健康和经济建设的可持续发展带来了严重威胁.因此,开展黄河水污染和防治对策研究,对于保护黄河水资源,促进流域内经济、社会和环境的协调发展,具有重要的现实意义和长远意义.本文系统地总结和评述了黄河流域水污染的研究现状,分析了黃河水污染的原因,提出了相应的防治对策,以期为黄河流域水资源的保护、规划及管理提供科学依据.1 黄河水污染概况随着黄河流域经济的高速发展和人口的急剧膨胀,废污水排放量与日俱增,据统计:20世纪70年代初年废水排放量为18.5亿,80年代初为21.7亿,90年代初为32.6亿1,2001年为41.35亿2,预计到2010年将达到65亿3.黄河受纳的废水主要来自湟水、大黑河、汾河、渭河、洛河和大汶河等6条支流和干流的刘家峡至花园口河段,其中西宁、兰州、银川、包头、呼和浩特、太原、宝鸡、咸阳、西安、洛阳等城市河段集中了流域总量40%的污水4.监测资料表明,黄河干流20世纪80年代初水质良好,90%以上的河段水质为国家地面水环境质量标准的类和类,90年代初水质为类和类的河段比例下降到63%,90年代末水质明显恶化,类和类的河长仅占总河长的39%,水质劣于类(简称超标)河长占总河长的比例达58%5;2000年以后水质急剧恶化,2003年超标河长达78.1%6-7.2004年黄河流域水资源质量公报8显示:干流32个监测断面中,65.6%的断面水质劣于类,其中类占40.6%,类占15.6%,劣类占9.4%,严重污染区段主要分布在兰州、石嘴山、包头、潼关至三门峡、小浪底至花园口等河段;主要支流51个监测断面中,76.5%的断面水质劣于类,其中,类各占5.9%,劣类占64.7%,渭河、汾河、蟒沁河等支流污染尤为严重;流域29个省界监测断面中,72.4%的断面水质劣于类,其中,类分别占20.7%和10.3%,劣类占41.4%;70%的沿黄城市集中饮用水水源地不能满足水质标准要求.干、支流的主要超标项目为氨氮(3-),化学需氧量(),高锰酸盐指数,生化需氧量(5),溶解氧(),挥发酚、石油类、总磷、总铅、总汞、总镉等.目前,流域内仅有兰州、包头、呼和浩特、太原、西安等几个大城市修建有城市污水处理厂,但是污水处理能力小、处理效率低,致使工业生产和生活所产生的大量废污水未经处理或处理不当就直接排入黄河,加之农用化学品(化肥、农药)的土壤渗漏和地表径流,造成了黄河水体日益严重的污染.2 黄河水污染研究进展2.1常规污染指标的研究收稿日期:2007-12-12;修回日期:2008-09-18基金项目:河南省重点科技攻关项目(0624440040)作者简介:孙剑辉(1957-),男,河南偃师人,河南师范大学教授,博士,主要从事水污染控制研究.耗氧性有机物是一种重要的常规污染指标.黄河干、支流耗氧性有机物的污染表现为高锰酸盐指数、5和超过国家地表水环境质量标准.干流的高锰酸盐指数和5从上游至下游均有明显增加趋势,1999年分别从兰州循化站的310和114-1增至郑州花园口站的515和319-1,这与黄河流域经济指数从上游至下游增长的趋势相关9-11;花园口站高锰酸盐指数年均值从1986年的3.1-1增至1997年的6.8-1,2003年的8.5-112;宁夏全段高锰酸盐指数污染较轻,银川市段高锰酸盐指数相对较高13;黄河孟花段高锰酸盐指数污染较重,预测到2010年将会超过地面水类标准,受点源污染影响所致14.黄河干、支流氮和磷的污染主要源自农业非点源污染,其中氮占50%,磷占64%,且土壤侵蚀引起的氮污染远大于磷污染15.黄河干、支流19801999年和19602000年水质监测数据表明:从上游至下游,干、支流中3-、总氮()含量均存在明显的沿程增加及逐年加速上升的趋势16-17,与流域内污水排放量和氮肥施用量的增加有关.陈静生等18研究亦认为:黄河下游河段3-,的污染较上游严重,支流污染较干流严重.黄河宁夏段干流3-超标主要在银川至石嘴山段,其中枯水期的污染主要来自工业和城镇生活的点污染源,丰水期的污染主要来自陆域排放源,与其他河段污染特征明显不同,非点源的作用显著19.黄河兰州段19962003年水体中的3-主要来自城市、农村生活污水和工业废水,其排放量分别占污染物总量的56.21%、21.85%和14.67%20.黄河干流孟花河段的孤柏咀、邙山和花园口断面19971999年3-磷的含量分别超类和类标准21;花园口河段19972004年3-的污染逐年下降,但其含量仍然超标22;河南的温县、原阳县、长垣县河段主要污染因子为3-,-3和-2,受蟒河、沁河、天然文岩渠的影响,从上游到下游有增加的趋势23.伊洛河流域内80%的地表水存在3-,-3,-2和3-4的污染24;黄河的皇甫川、窟野河、无定河、渭河、泾河、洛河6条支流水体中,渭河硝态氮含量最高;泾河铵态氮含量最高,窟野河中最低;总磷()则主要来自于泾河,其次是渭河25.在黄河三角洲沉积物中,含量一般较低(110670-1),其中3态氮的比例仅为0.010.06;沉积物中含量为430760-1,主要为钙磷酸盐;以4和4形式存在的磷含量仅分别占0.000.08和0.000.03,沉积物中的氮和磷不会对环境产生较严重的影响26.2.2 有毒污染物的研究2.2.1重金属重金属主要指汞、铬、镉、铅、铍、银以及类金属砷等生物毒性显著的元素,也包括具有一定毒性的铜、锌、镍、硒等.由于泥沙的吸附作用,黄河中,主要分布在沉积相,其中汞在表层含量高,随着深度的增加含量迅速下降,且沉积相中的汞在微生物的作用下,可还原为挥发态的元素汞或甲基化生成溶于水的甲基汞,重新回到水中;镉和铅在天然黄河水范围内(8.08.5),极易被悬浮物和底泥吸附,并随悬浮物在河流中机械迁移;3+易被悬浮物吸附或生成氢氧化物而转入底泥,故较6+的迁移能力弱27.黄河沉积物中,和主要以残渣态存在,可利用态的浓度低,对水体影响不大;但2+的易利用态为67.0%,中等可利用态为33.0%,对水体潜在的危害大28.黄河沉积物对重金属离子的吸附能力为:2+ 2+2+2+29,但2+被沉积物吸附后,主要转为可交换态和碳酸盐态,其释放量及释放能力远远大于2+,2+和2+,故由2+引起的污染不易消除且影响长久30-31.上游河段表层沉积物中,的本底值较低,的本底值不随沉积物粒度变化而改变,的本底值随沉积物粒度减小而增大32;该河段沉积物中,的浓度远低于世界其它河流33.黄河中游主要断面悬浮物中重金属含量处于背景值水平,并与中游黄土地区土壤重金属含量一致34.黄河中游悬浮物具有很强的吸持的能力,碳酸盐是影响吸持的主要组分,同一断面悬浮物的吸持量高于底泥35.黄河三角洲沉积物中,和的含量较低,和的含量与背景值无明显差别,但沉积物剖面从下至上,和的含量仍呈现上升趋势,反映出20世纪80年代以来黄河流域经济快速增长对环境的影响26.2001年监测表明,黄河口及其近岸水域水中,污染严重,含量增幅较大;底泥重金属污染较轻,但近年来含量大幅度提高,特别是;悬浮物中和含量20年的增幅与其在水中的增幅相似1.2.2.2有机污染物黄河水体有机污染研究,备受关注的是多环芳烃()、多氯联苯()、有机氯农药()等持久性有机污染物(),该类污染物毒性大、难以生物降解、水溶性低及脂溶性高36-42,进入水体后,易于和矿物质及有机质结合而长期蓄积于沉积物中,并在一定条件下(例如:沉积物再悬浮)重新进入水体,致使水环境质量恶化,对人类健康和水生生态系统造成严重的甚至不可逆的危害.周艳丽等43分析了黄河流域有毒有机物污染,共检出11类142种有毒有机物,其中烃类28种、酞酸酯类8种、酚类18种、醇醚类11种、醛酮类7种、有机酸及其酯4种、卤代烃5种、取代苯类21种、胺类14种、多环芳烃类19种、杂环化合物7种.其中属优先控制污染物有44种,属我国优先控制污染物有29种.从空间分布来看,上游共检出污染物94种,其中多环芳烃化合物18种,酚类17种,烃类和取代苯类各14种,这4类污染物占本段总检出数的67%,是该河段首要污染物;中游及中下游河段共检出污染物68种,其中取代苯类14种,酚类12种,多环芳烃、酞酸酯类和醇醚类各8种,这5类污染物占该河段检出数的73.6%;下游河段共检出污染物41种,其中酞酸酯类8种,酚类10种,取代苯类7种,占该段总检出数的61%,是下游的主要污染物.2004年黄河河口水样中,共鉴定出8类192种有机污染物,其中挥发性有机物()33种,半挥发性有机物()159种;定量出的有19种,主要包括卤代烃类和单环芳香族类,其浓度平均值分别为0.683和0. 609-1;定量出的有69种,主要包括多环芳烃类、酯类、单环芳香族类、卤代烃类、酚类和农药类,其浓度平均值分别为0.458、1.011、0.367、0.121、0.220和0.045-144.对河南省7个城市的9个黄河饮用水源和小浪底水库上、中、下游水中有机污染物的研究45,共检出599种有机物,多环芳烃类最多,达95种,其次为脂肪烃类(75种)、酮类(72种)、酚类(54种)、烷基苯类(32种),酞酸酯类()虽仅检出8种,但检出率和检出浓度均较高,邻苯二甲酸二乙酯最高浓度达2.47-1;枯水期12个点位地表水中均有检出,林丹的检出率高达100%,环氧七氯检出浓度最高,平均值为0.06-1;检出物中和分别有18种和62种,浓度范围为别为0.012.07和0.0010.9-1;各点位检出物中美国列出的129种优先控制污染物占11%24%.对黄河三-花(龙门-三门峡大坝-花园口)河段干、支流13个断面研究表明46,该河段有毒有机物种类繁多,包括了酞酸酯类、酚类、氯苯类、多环芳烃类等多种类型,且污染状况较为严重,其中酞酸酯类的含量最高.悬浮颗粒物是有机污染物在河流输运过程中的主要载体,由于悬浮物的吸附和解吸,使得有机污染物在液相与固相之间反复交换47,造成水体污染具有较长的滞后,对生态环境影响重大.黄河悬浮物()相中有机污染物研究表明:兰州河段中壬基酚类的含量范围为49.62835.2-1,且温度越高,其含量也越高48.兰州附近的新城至山东利津河段中正构烷烃总浓度在1.297.56-1之间,其碳数分布呈现上游区域以单峰型为主,中、下游为双峰型的特征49.兰州段中,1和2的浓度均大于水相,且的富集能力大于沉积物50.黄河中下游中的浓度与悬浮物中含量相关51.黄河中下游干流焦巩桥至东明桥河段,中的含量沿程呈上升趋势,其浓度由40.56-1增至94.22-152.黄河中下游河段中硝基苯类有机物的浓度范围为2.916164.4-153,支流伊洛河中硝基苯类总浓度达164.382-1,该类有机污染物在水、沉积物和悬浮物中大体分布趋势为悬浮物沉积物表层水54.沉积物是有机污染物的最终归宿之一55-57,对黄河沉积物中有机污染物研究表明:三角洲沉积物中热解烃(主要为菲、荧蒽、苯并芘、苯并蒽萘和苯并芘等)的含量为0.010.31-1,主要富集在黏土粒级之中;主要来源于流域工业和民用煤的不完全燃烧58.河口沉积物中低碳数正构烷烃和27甾烷的相对含量较高,且奇偶优势不明显59;罗雪梅等60对干流兰州段、花园口和支流汾河河津、伊洛河石灰务、蟒河东平滩等断面的沉积物中的监测表明,支流污染明显大于干流,其顺序为伊洛河汾河蟒河;支流中的主要来源于石油烃类污染,且3条支流均处于高生态风险区,对该地区的生物具有较大的不利影响.孙艳等61对黄河中下游小浪底-花园口-高村河段沉积物中进行了分析,结果表明沉积物中的浓度范围为5198-1,污染程度较轻;沉积物中以含35个氯原子的同族体为主,占总量的94.68%以上,且在大多数样品中含量顺序为:四氯联苯三氯联苯五氯联苯.上游兰州河段沉积物中62和63有较高的检出率,且在沉积物中的含量高于水中64;中下游干流焦巩桥至东明桥河段沉积物中的浓度范围为30.5285.16-152;中下游小浪底-高村河段中,洛阳石化沉积物中硝基苯类污染物的浓度最高(14.718-1),且沉积物中的污染物有再次释放到水体的趋势54;黄河三-花河段干、支流沉积物中的有毒有机物主要以取代苯类、酞酸酯,为主44.3黄河水污染防治对策20世纪90年代以来,黄河水污染日趋严重,水质恶化的主要原因:一是由于工业与生活用水量的急剧增加和农业耕作化肥与农药的大面积使用,导致大量的废污水直排入黄河;二是由于流域生态环境退化、降水减少、水量偏枯,水体稀释和降解污染物的能力下降.随着流域人口的增加、社会经济的发展和人民生活水平的提高,工业、农业和居民生活对水的需求量以及污水和污染物的排放量仍将进一步加大,水资源的短缺矛盾必将进一步加剧.因而防治黄河水污染,保护水资源,是摆在我们面前的一项紧迫而艰巨的任务.为此,提出如下对策和建议.3.1积极调整经济产业结构长期以来,产业结构不合理而带来的大量水污染,是制约流域经济发展和水资源保护的“瓶颈”.要通过产业结构调整,严格限制高耗水、重污染行业在低水平的扩张;坚决关闭不符合国家产业政策,污染严重又无治理价值的“十五小”和“新五小”企业;大力扶植无污染、低污染和高附加值的高新产业的快速增长;积极发展循环经济,实现资源的高效利用和循环使用,从而有效减少污水排放量,做到既发展工业又不增加水体污染.3.2加大废污水综合治理与处罚、整改力度流域水污染特点已由工业污染为主转变为工业和生活为主、污染程度基本相近、面源污染贡献量明显的多元污染并存的局面,因此,水污染防治工作必须实施综合治理65.对于工业废水,要实施入黄排污许可制度及污染物总量控制,严厉查处超排、偷排污染单位;对排污大户和不达标企业要实行限期治理,治理无望的要坚决关、停、并、转.对城镇生活污水,要增加资金投入,加快污水管网设施、污水处理厂和污水回用系统的建设,提高污水的处理率和回用率,降低排入黄河的污染物总量.3.3注重农业面源污染防治农业面源的污染防治,必须坚持预防和治理相结合的原则.要大力发展生态农业和有机农业,制定明确的化肥施用减量计划,着力推广使用有机肥,严格控制,源的无组织排放;要尽力减少有机氯、有机磷农药的施用,提倡依靠生物链消除害虫,减少环境中持久性有机污染物的比例;要继续推进退耕还林、还草等水土保持工作,在农田和水体之间建立合理的草地或林地过滤地带,以减小农业面源污染物进入水体的几率.3.4建立水污染防治统一管理机制由于地方保护主义,“多龙管水”,“政出多门”等问题,黄河的水污染防治长期以来一直缺乏有效的统一领导和管理.应尽快建立以流域为单元,流域与区域相结合、环保与水利部门相互协调的联合治污新机制,优化水资源管理信息系统,对黄河水污染防治实行统一领导和监督管理.3.5开展污染源全面调查要分河段开展污染源全面调查,摸清污染对象.对“新、扩、改”建设项目严格执行“三同时”制度和乡镇企业污染防治法规,使新增污水及污染物排放量得到有效控制;要对入河排污口加强监督管理,实时掌握排污口的数量、分布及排污量,从源头上控制排污量的增加;要建立省界、市界水质目标责任制及责任追究制度,在流域内各省界、市界交接处设置的水质、水量监控断面上,配备监控设施和信息传输设备,实现以省界、市界为单元的水质、水量和排污总量三控制,以保证黄河水质水量达到所要求的环境目标.3.6切实实行计划和节约用水目前黄河流域灌溉用水的有效利用率和工业用水的重复利用率均很低,具有很大的节水潜力.流域各省要严格按照国务院“黄河供水量分配方案”,实行计划用水,不得超额引水;要大力发展节水农业,积极推广井渠结合、渠道衬砌、滴灌等节水灌溉技术,减少农业耗水量;要优先发展节水型企业,限制或禁止耗水量大、污染严重的建设项目;要在企业的各个用水环节,实施节水措施,提高水的重复利用率,减少新鲜水使用量和非污水外排量.3.7大力加强水污染防治研究黄河流域的水污染防治理论与技术研究,是关系到水资源持续利用和国民经济可持续发展的重大课题,但现有的研究尚不够系统、深入和全面.建议国家将该领域的研究列为重点,在资金资助上给予倾斜;今后要进一步加强黄河水体中典型特征污染物特别是优先控制污染物的种类、形态、含量、分布、迁移转化规律、归宿、危害和防治技术研究,大力开展黄河水质预警预报技术、自动监测站关键技术、不同河段生态需水量、泥沙量对黄河水质的影响等基础课题研究,以为黄河流域的水污染防治提供强有力的技术支撑.参考文献1刘成,何耘,王兆印.黄河口的水质、底泥污染及其变化.中国环境监测,2005,21(3):58-61.2姚党生,柴成果,张绍峰.黄河水污染原因、危害及防治对策.人民黄河,2004,26(5):28-29.3张大伟,徐辉,王刚.黄河流域水污染问题研究.人民黄河,2003,25(10):12-13.4王殿芳,王敏欣,韩梅,等.黄河流域水污染现状分析及控制对策研究.环境保护科学,2003,29(116):28-31.5李祥龙,彭勃,郭正,等黄河流域水污染趋势分析.人民黄河,2004,26(10):26-27.6司毅铭,张军献,赵山峰.黄河流域水污染状况及对策.人民黄河,2005,27(12):53-54.7陈希媛,刁立芳.黄河水资源现状及保护对策研究河南理工大学学报,2006,25(5):386-389.8黄河流域水资源保护局.2004年黄河流域水资源质量公报.2004.9夏星辉,王然,孟丽红.黄河耗氧性有机物污染特征及泥沙对其参数测定的影响.环境科学学报,2004,24(6):969-974.10 , , . .,2005,110:185-202.11,.,2002,31(3):917-925.12孟丽红,夏星辉.黄河泥沙中的腐殖质对高锰酸钾盐指数测定的影响.环境科学,2004,25(6):132-135.13云飞,李燕,扬建宁,等.黄河宁夏段及氨氮污染动态分布模拟探讨.宁夏大学学报(自然科学版),2005,26(3):283-286.14胡国华,李清浮,刘小丽.黄河孟花河段污染趋势预测.人民黄河,1996(7):34-37,40.15程红光,岳勇,杨胜天,等.黄河流域非点源污染负荷估算与分析.环境科学学报,2006,26(3):384-391.16夏星辉,周劲松.黄河流域河水氮污染分析.环境科学学报,2001,21(5):563-568.17张娜,崔树彬.黄河水系氮污染特征初探.环境化学,2003,22(2):105-109.18,., .,2004,93:125-138.19任学容,周怀东,李卫东.黄河宁夏段氨氮污染状态分析.中国水利,2006(5):40-43.20冯书涛,马和梅,俞发荣.黄河兰州段水污染现状分析.人民黄河,2005,27(6):28-29.21胡国华.黄河孟花段水环境质量评价.地理与地理信息科学,2003,19(3):59-62.22石岩,杨崇豪,孙垦.黄河花园口河段氨氮污染变化趋势及规律研究.人民黄河,2005,27(11):33-34.23侯怀仁.黄河干流河南段水质污染评价.人民黄河,2005,27(12):51-52.24龚晓凌,侯怀仁,邓晓颖.伊洛河流域地表水环境污染评价.人民黄河,2006,28(7):76-77.25韩凤朋,郑继勇,张兴昌.黄河6条支流域非点源污染分布现状.西北农林科技大学学报,2006,34(8):75-81.26李任伟,李禾,李原,等.黄河三角洲沉积物重金属、氮和磷污染研究.沉积学报,2001,19(4):622-629.27郝向英,赵慧,刘卫.黄河中游主要重金属污染物的迁移转化内蒙古环境保护,2000,12(3):27-28.28杨宏伟,焦小宝,王小丽.黄河(清水河段)沉积物中重金属的存在形式.环境科学与技术,2002,25(3):24-26.29王新伟,李朝生.外源重金属离子在黄河沉积物中的竞争吸附.农业环境科学学报,2003,22(6):693-696.30何江,李朝生,王新伟.黄河沉积物中重金属离子的形态转化及释放研究.南京大学学报(自然科学版),2003,39(6):739-744.31何江,李朝生,王新伟,等.黄河沉积物对2+的吸附及其形态转化影响的实验研究.农业环境科学学报,2003,22(2):134-137.32丁鲁刚,胡剑锋,郭博书.清水河地段黄河悬沙表层沉积物中重金属本底值测定内蒙古工业大学学报,1999,18(4):304-308.33杨宏伟,张毅.黄河(喇嘛湾段)沉积物中铜、铅、锌、镉的化学形态研究.中国环境监测,2002,18(5):13-16.34赵沛伦.“泥沙对黄河水质的影响及重点河段水污染控制的研究”综述.人民黄河,1996(7):15-18.35赵蓉,倪晋仁,孙卫玲,等.黄河中游泥沙对铜离子的吸持行为研究.环境科学学报,2003,23(4):441-446.36,.,.,2002,40(6):767-779.37王连生.有机污染化学.北京:高等教育出版社,2004:1-529.38金相灿.有机化合物污染化学.北京:清华大学出版社,1990:287-306.39,.1996,146:91-172.40徐晓白,金祖亮,许后效.有毒有机污染物环境行为和生态毒理学理论论文集.北京:科学出版社,1990:1-672.41.,.,1996,30:210-211.42催玉川,傅涛.我国水污染及饮用水源中有机污染物的危害.城市环境与城市生态.1998,11(3):23-25.43周艳丽,吴青,穆伊舟.黄河流域有毒有机物污染分析及其对策.水文,2004,24(6):44-46.44姜福欣,刘征涛,冯流,等.黄河河口区域有机污染物的特征分析.环境科学研究,2006,19(2):6-10,19.45王玲玲,朱叙超,李明.河南境内黄河流域集中式城市饮用水源水有机污染特性研究环境污染与防治,2004,26(2):104-106.46刘昕宇,冯玉君,刘玲花,等.黄河重点河段水环境有毒有机污染现状浅析.水资源保护,2004(2):37-38.47,.():.,2000,25(3/4):369-386.48,.,2006,65(9):1445-1451.49宫敏娜,张龙军,宫萍.黄河不同区段悬浮颗粒物中正构烷烃的组成及物源.中国海洋大学学报,2006,36(5):139-142.50李祥龙,渠康,刘中华,等.黄河孟花段及伊洛河多环芳烃污染现状评价.水资源保护,1996(1):33-37.51,.