治污工程对浏阳河下游水质的治理成效评价

易 勇，李虹宇

（1. 长沙市环境监测中心站，湖南 长沙 410001；2. 湖南农业大学信息与智能科学技术学院， 湖南 长沙 410128）

浏阳河是湘江的一级支流，接纳了流域内大量的工业污水和生活污水，且随着社会和经济的快速发展、城镇扩张以及人口增加，使得浏阳河水环境被严重破坏，曾造成水质极度恶化[1-3]。水体污染严重影响浏阳河流域工农业的发展与下游居民的饮用水安全。为有序推进浏阳河水污染防治，提高全流域水环境的监管、治理及执法水平，学者们从浏阳河流域污染源类型及来源[4]、水环境质量现状与调控[5]、水资源承载力[6]等方面开展了深入研究，提出了治污举措点面结合、污染主体多元共治的有效措施。湖南省政府依据有关研究成果[7-9]，并结合现状调查于2007—2008 年完成了湘江流域治污工程重点项目之一——浏阳河水环境综合治理，累积总投入200 亿元，有效遏制了该流域水质的恶化态势。

目前，关于浏阳河水质的研究集中于污染物特征分析[4]、水污染评估与水质评价等[10]方面，对浏阳河下游重污染段水质治理成效的报道较少。浏阳河下游污染物指标较多，治污前COD、NH3-N、TP 等超标严重。因此，笔者迭取pH 值、DO、COD 等21 个指标，采用水质综合指数法、污染物分担率、营养状态综合指数法及健康风险法定量分析了2005—2018年浏阳河 梨（入境断面）、黑石渡（控制断面）、三角洲（消减断面）水质的时空变化，以期评价治理工程实施后水环境质量的改善效果，为后续浏阳河流域污染治理及水环境管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

浏阳河为湘江一级支流，全流域长22.5 km，自浏阳市跃龙乡车川塅进入长沙县五美乡小埠港村，经湘阴港、桃树湾、金潭、筒车棚入浏阳市柏伽镇浏坪村，再入长沙县仙人市乡，经黄兴、 梨等乡镇进入长沙市雨花区、芙蓉区及开福区。按行政区域划分，浏阳河流经浏阳市、长沙县、雨花区、芙蓉区和开福区。流域地处亚热带湿润气候区，湿热多雨。平均降水量1 568.5 mm，平均蒸发量1 147.3 mm。浏阳河作为重要的纳污水体，流域污染主要来源于生活源、工业源、种植源和畜牧养殖源。尤其20 世纪80 年代以来，浏阳河被沿岸小造纸企业年排出506 万t 的大量废水严重污染，水中重金属和有毒物质含量超过国家排放标准243 倍[3]。对浏阳河的治污迫在眉睫。为切实解决浏阳河水环境质量，湖南省政府2007—2008 年采取了依法关停重污染企业、全面扩容升级环保产能、发展生态养殖循环利用产业、生活垃圾无害化循环利用、建设环保设施等系列工程措施，截断和减少了进入浏阳河的污染物种类及其含量。受湖南省政府实施浏阳河流域治污工程影响，浏阳河下游水环境质量具有明显的时空界限特征。2005—2008 年浏阳河水体污染较严重，其中黑石渡、三角洲断面水体长期处于劣五类水质，至2008 年12 月完成浏阳河全流域治污工程后，浏阳河下游水体污染严重的断面水质明显得到改善。

1.2 数据来源及监测指标

数据来源于长沙市环境监测中心站。水质监测参数与测定项目分别为：常规参数（pH 值）；氧平衡参数（DO、COD、BOD）；重金属参数（Cu、Zn、Se、As、Hg、Cd、Cr6+、Pb）；有机污染物参数（挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂）；无机污染物参数（硫化物、氰化物、CODMn、NH3-N、TP、氟化物）。

1.3 研究方法

1.3.1 综合污染指数法 用均值型综合污染指数法对监测断面水环境中的主要污染项目作为水体污染评价指数均值P，其计算式为[11]：

式中P 为水污染综合指数均值；n 为评价参数数量；Pi为i 项污染物的污染指数；Ci为i 项污染物的监测值（mg/L）；Si为第i 项污染物的评价标准值（mg/L）。其中，当综合污染指数P≤0.20，水质属于清洁， 0.21～0.40，属于尚清洁， 0.41～0.70，属于轻度污染，0.71～1.00，属于中度污染， 1.01～2.00，属于重污染，P≥2.00 时，属于严重污染[12]。

1.3.2 污染物分担率 设ki为i 项污染物在诸污染物中的污染分担率[13]，其公式如下。

1.3.3 营养状态评价 营养状态评价采用指数法，评价项目为总磷、高锰酸盐与总氮（此研究以氨氮计算）3 项，计算式为[14]：

式中：TLI 为综合营养状态指数；Wj为第j 种参数的营养状态指数的相关权重；TLI（j）代表第j 种参数的营养状态指数。rij为第j 种参数与基准参数的相关系数，TP、TN、CODMn的相关系数分别为0.84、0.82、0.83；m 为评价参数的个数。营养状态等级分别为：TLI ≤30，贫营养；30 ＜TLI ≤50，中营养；50 ＜TLI ≤60，轻度富营养；60 ＜TLI ≤70，中度富营养；TLI ＞70，重度富营养[15]。

1.3.4 健康风险评价 （1）化学致癌物所致健康危害的风险。化学致癌物所致健康危害的计算式为[16]：

式中，2.2 为成人平均每日饮水量（L）；ci为化学致癌物或躯体毒物的浓度（mg/L）；70 为人均体重（kg）。

（2）非致癌污染物所致健康危害的风险。非致癌污染物所致健康危害的计算式为：

式中，Rnig为非致癌物i 经饮水途径的平均个人致癌年风险（a-1），RfDig为非致癌物经饮水途径的参考剂量[mg/(kg·d)]，Se、Pb、Hg、Cu、Zn、氟化物、挥发酚、氰化物、氨氮的参考剂量分别为0.005、0.001 4、0.000 3、0.005、0.3、0.06、0.1、0.037、0.97 mg/(kg·d)。

（3）总健康危害的风险。公式（14）中RT为总健康风险。

1.4 数据分析

采用SPSS 21.0 和Excel 2010 统计软件进行数据处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 治污工程前后浏阳河下游主要断面水质监测结果

以治污工程完成时间2008 年12 月为节点，分别对2005—2008 年与2009—2018 年2 个时段 梨、黑石渡和三角洲断面水体的监测数据进行分析（表1）。从表1 可知，3 个断面水体监测的21 个指标与 GB 3838—2002[17]中III 类水标准对应的指标浓度限值相比，发现 梨断面水体中20 个污染指标在治污工程前后均未超国家Ⅲ类地表水标准，尤其是在治污工程完成后，水体中Cu、Zn、As、Cd、挥发酚、CODMn、氟化物含量在原本的基础上均下降，下降最明显的为Cd、Zn、As，分别下降了83.4%、79.6%、74.3%，这主要是由于浏阳河上游综合整治造纸企业110 家，退出涉重金属企业39 家。而在治污工程后发现 梨断面水体COD、BOD、阴离子表面活性剂、Se、Hg、Cr6+、Pb、石油类、硫化物、氰化物、NH3-N 及TP 含量均出现了上升，增幅较大的分别为TP、Hg、Cr6+、阴离子表面活性剂，均上升53%以上，断面水体中COD、BOD、阴离子表面活性剂、TP、NH3-N 指标上升主要是因为榔梨断面上游以农业生产为主，农村缺乏规模的污水处理系统导致总氮、总磷、COD 等指标高，加之农业生产废水污染和畜禽养殖废水污染仍较为突出[4]，这也与2012 年10 月湘江长沙水利枢纽工程建成蓄水导致 梨断面抬升有关[18-19]。而水体中Hg、Cr6+含量上升明显，可能由上游采矿、制革企业遗留废弃物露天放置雨水淋滤所致。同时，从 梨断面水体中DO 含量看，治污工程前后 梨断面水体中溶解氧含量有小幅上升，达到了国家Ⅰ类地表水质量标准，说明 梨断面水体的自净能力稍有 提高。

黑石渡断面水体20 个污染指标中的Se、Hg、Cr6+、Pb、硫化物、氰化物含量在治污工程实施后仍出现上升，但均未超过国家Ⅲ类地表水质量标准，其中Se、Hg、Cr6+、Pb 增幅达40%以上，与上游 梨断面水体主要污染指标及其增幅趋于一致，这可能源于上游污染。黑石渡断面水体监测的余下污染指标COD、NH3-N 及TP 等含量均降低，下降最明显的为Zn、As、Cd、石油类、阴离子表面活性剂、氟化物，分别下降了72.5%、68.2%、77.5%、83.5%、40.0%、44.7%，但COD、NH3-N 及TP 在治污工程后仍超国家Ⅲ类地表水质量标准。黑石渡断面水体污染指标的下降，除了受上游 梨水体中污染物降低影响外，主要受黑石渡断面上游圭塘河水环境治理影响，其中断面水体COD、TP 等含量仍偏高，主要是在2014 年黑石渡断面兴建了餐饮企业及娱乐企业，社会经济活动增加，有大量生活污水排放、垃圾被随意丢弃在岸边所致[18]。另外，从水体中DO 值来看，黑石渡断面水体溶解氧含量明显低于 梨断面，但治污工程后水体溶解氧含量（DO 值）由Ⅵ类提升到国家Ⅲ类地表水质量标准，从另一角度也说明了治污工程后黑石渡断面水体有机污染的状况得到好转，与黑石渡断面水体中BOD 明显下降相一致。

表1 治污工程前后浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境监测指标及含量

三角洲断面水体中的COD、NH3-N 及TP 含量与上游的黑石渡断面水体一样，在治污工程前后都超国家Ⅲ类地表水质量标准，但也分别下降了10.3%、42.5%、24.3%，DO 值上升了37.8%，说明三角洲断面水体中NH3-N 及TP 等无机污染程度也在下降。治污工程后，三角洲断面水体中污染物含量不降反升的指标为氰化物、Hg、Se、硫化物、Pb 及Cr6+，分别上升 了4.9%、34.0%、35.3%、38.7%、43.1%、45.2%，Pb、Hg、Cr6+的上升可能与该地段浏阳河沉积泥中这些重金属含量高有关[20]，下降明显的指标分别为石油类、Cd、As、Zn，分别下降了78.5%、68.4%、66.8%、53.8%。

从总体上看，治污工程对 梨、黑石渡及三角洲断面水环境中Cd、As、Zn 的含量影响最显著，均较治污工程前下降了53%以上，说明治污工程降低水体中Cd、As、Zn 含量非常有效。虽然黑石渡和三角洲断面水体中COD、NH3-N 与TP 含量均未达国家Ⅲ类地表水质量标准，但治污工程后COD、NH3-N 与TP含量均有较明显下降，已由治污工程前的劣Ⅴ类上升至Ⅴ类地表水质量标准，这与陈友民等[4]的研究结果一致。另外，治污工程后浏阳河下游3 个断面水体中的Hg、Cr6+、Se、Pb、硫化物、氰化物含量均略有上升，可能与浏阳河流域周边土壤重金属Hg、Cr6+、Se、Pb含量背景值高有关[21]，具体原因有待进一步研究。

2.2 治污工程前后浏阳河下游主要断面水环境污染水平变化

治污工程前后浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境中NH3-N 等20 项监测指标的单因子污染指数如表2 所示。从表2 可知，治污工程前后 梨断面水体中各监测指标的单因子污染指数变化较小；与治污工程前相比，在治污工程后黑石渡和三角洲断面水体中NH3-N、TP、BOD、COD、阴离子表面活性剂的单因子污染指数均明显下降。

为进一步了解浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面2005—2018 年水环境质量年度变化情况，对 梨、黑石渡和三角洲断面水环境年度综合污染指数进行了计算（见图1）。从图1 可知，2005—2018 年 梨断面水质的年度综合污染指数均处于尚清洁，接近清洁等级，且波动幅度较小，这可能是 梨断面位于浏阳河长沙主城区上游，而浏阳城区至 梨断面上游段流域周边的污染物在通过水体、土壤自净作用后，污染物在到达 梨断面前已经大部分以沉淀、土壤自净等方式去除，所以， 梨断面水质的年度综合污染指数低，且变化小。受长沙主城区生活污水直排、污水处理厂尾水集中排放的影响，黑石渡和三角洲断面的水质年度综合污染指数变化大，变化趋势一致。在2005—2008 年间，黑石渡和三角洲断面的水质年度综合污染指数均高于轻度污染，其中2008 年黑石渡的水质综合污染指数最高为0.72，为中度污染等级。治污工程后的2009—2015 年间，黑石渡断面水质年度综合污染指数在2011 年和2013 年处于尚清洁等级，其余年份水质综合污染指数均高于轻度污染，且在2012 年水质综合污染指数明显偏高，这与陈友民[4]的研究结果一致。治污工程后的2009—2015 年，三角洲断面水质综合污染指数在2010、2011、2014 年处于尚清洁，其余年度水质综合污染指数均高于轻度污染。与黑石渡断面水质变化特征一样，三角洲断面水质在2012年的综合污染指数也最高。治污工程后的2016—2018年黑石渡和三角洲断面的年度水质综合污染指数均明显呈下降趋势，这可能与近3 年长沙市政府进一步淘汰、迁移浏阳河流域周边污染企业以及禁养大规模畜禽有关[4]。同时，根据2005—2018 年黑石渡和三角洲断面的年度水质综合污染指数的走势，还可以初步看出浏阳河长沙主城区的主要污染物来源为圭塘河水体[22]。

表2 治污工程前后浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境中单因子污染指数评价

图1 浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境综合污染指数年度变化

2.3 浏阳河下游主要断面水环境污染物分担率变化

为了解治污工程前后浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境中主要污染物的变化状况，通过计算得出治污工程前后浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境中污染物分担率如图2 所示。从图2 可知，治污工程前后浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面3 个断面水环境均以氧平衡与无机污染物为主，2 类污染物分担率均在75%以上，表明浏阳河下游3 个断面水环境中主要污染来源为无机污染物与氧平衡。从各类污染物分担率占比变化看，3 个断面水环境中的氧平衡的分担率占比均上升，主要污染因子为COD 与BOD；黑石渡和三角洲断面水环境中重金属的分担率占比也上升，主要污染因子为Hg、Se、Pb 与Cr6+，而梨断面却下降，主要污染因子也为Hg、Cr6+、Se 与Pb；黑石渡和三角洲断面水环境中无机污染物与有机污染物的分担率占比均下降，主要污染因子为硫化物、氰化物，而 梨断面却上升，这主要是 梨断面水环境中NH3-N、TP、阴离子表面活性剂、石油类、挥发酚均明显下降。综上可知，相关部门仍需要继续加强浏阳河下游3 个断面水环境中氧平衡参数中的COD、BOD 与重金属Hg、Se、Pb 和Cr6+的指标控制，同时，管控好黑石渡和三角洲断面上游水体中无机污染物参数中的硫化物、氰化物。

图2 治污工程前后浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境污染物分担率

2.4 浏阳河下游主要断面水环境营养状态变化

为进一步了解治污工程前后浏阳河榔梨、黑石渡和三角洲断面水体无机污染物中营养物质的年度变化与营养等级，以TN、TP 和CODMn作为水体营养物质的代表，通过计算得出治污工程前后浏阳河梨、黑石渡和三角洲营养状态指数（见图3）。从图3 可知，2005—2018 年 梨断面水体中的营养状态指数均低于轻度富营养等级，且波动幅度较小，而黑石渡和三角洲断面水体中的营养状态指数均高于轻度富营养等级，变化趋势基本一致。治污工程前2007—2008 年黑石渡和三角洲断面的营养状态指数均高于其他年份，这主要是治污工程前的2007—2008 年为长沙大力发展畜禽养殖业的黄金时期，大量养殖废水直接排放造成浏阳河水体中TN、TP、CODMn的营养状态指数明显偏高，这与林涛等[23]研究结果一致。治污工程后，黑石渡和三角洲断面水体的营养状态指数在2009—2011 年一直下降，而在2012 年的营养状态指数又上升，达到最大，之后则下降，在2013—2015年变化平缓，到2016—2018 年黑石渡和三角洲断面的营养状态指数呈明显下降趋势，这与水质综合污染指数的时空分布规律一致。根据浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境综合污染指数年度变化，浏阳河黑石渡和三角洲断面水环境仍受TN、TP、CODMn的影响较大，这主要是受城区生活污水直排与污水处理厂尾水排放的影响[24]。

图3 浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境营养 指数年度变化

2.5 浏阳河下游主要断面水环境健康风险评价

图4 浏阳河黑石渡、 梨、三角洲水环境健康风险年度变化

实施治污工程前后浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境通过饮水途径所引起的平均个人年致癌健康风险、非致癌健康风险和总健康风险见图4。从图4A 可知，浏阳河黑石渡、 梨、三角洲断面水体的致癌健康风险年度变化趋势基本一致，且均在2006 年致癌健康风险达到最大值，分别为2.44×10-6、3.17×10-6、2.54×10-6，根据ICRP 推荐的化学致癌物经饮水途径的最大可接受风险水平为5.0×10-5，可知浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境通过饮水途径所引起的平均个人年致癌健康风险均未超过最大可接受风险水平，但治污工程前2005—2008 年水体中的致癌健康风险值均高于US EPA 推荐的化学致癌物最低风险水平1.0×10-6，其主要化学致癌因子为As。治污工程后，浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面的致癌健康风险值均低于1.0×10-6，在2009—2011 年呈下降趋势，而在2013—2018 年致癌健康风险值基本趋于平稳状态。从图4B 可知，浏阳河黑石渡、 梨、三角洲断面水环境中的非致癌健康风险年度变化趋势基本一致，但 梨断面水环境中的非致癌健康风险均低于黑石渡、三角洲断面，3 个断面水体中的非致癌健 康风险均在2005年达到最大值，分别为2.97×10-5、1.97 ×10-5、2.85×10-5，但均未超过ICRP 推荐的化学非致癌物经饮水途径的最大可接受风险水平5.0×10-5，其主要化学非致癌因子为氟化物。治污工程前的2005—2007 年，浏阳河3 个断面的非致癌健康风险均为先降后升，而在2007—2008 年3 个断面的非致癌健康风险基本无变化。治污工程后，2009—2011 年黑石渡和三角洲断面水体中的非致癌健康风险均呈下降趋势，在2011—2012 年则明显上升，在2012—2017 年间呈下降趋势，但在2018 年又有上升，由此，需加强黑石渡和三角洲断面水环境中氟化物等管控。从图4C 可知，浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水环境的总健康风险均在2005 年达到最大值，分别为3.17× 10-5、2.14×10-5、3.05×10-5，但 均 未 超 过5.0×10-5，浏阳河 梨、黑石渡和三角洲断面水体的总健康风险年度变化趋势与水质综合指数及营养状态指数变化基本一致。结果表明，治污工程实施后对浏阳河 梨、黑石渡和三角洲水环境经饮水途径引起的人体健康风险有所改善，水环境健康风险主要来源于非致癌物质。

3 小结与讨论

3.1 小 结

（1）浏阳河治污工程提升了浏阳河下游水环境质量，有利于湘江长沙段的水环境质量改善。但黑石渡和三角洲断面水体受城乡生活污水直排以及污水处理厂尾水的影响，水体中COD、TP 处于Ⅲ类水标准，NH3-N 处于Ⅳ类水标准。

（2）实施治污工程后浏阳河水质综合污染指数整体呈下降趋势，且近3 年水质综合污染指数为尚清洁；营养状态指数的年度变化结果显示，除 梨断面外，黑石渡和三角洲断面还存在轻度富营养化情况，但均呈下降趋势。

（3）水环境中污染物分担率表明浏阳河下游3 个断面水环境中主要污染来源无机污染物与氧平衡，主要污染因子为COD、BOD、Hg、Se、Pb 与Cr6+。

（4）治污工程实施后对浏阳河 梨、黑石渡和三角洲水环境经饮水途径引起的人体健康风险有所改善，水环境健康风险主要来源于非致癌物质。

3.2 讨 论

3.2.1 2007—2008 年浏阳河水环境综合治理工程对全流域水环境质量改善有明显成效 从 梨、黑石渡、三角洲断面水体中19 个监测指标来看，与治污工程前相比，污染指标Cu、Zn、As、Cd、挥发酚、CODMn、氟化物在3 个断面水体中均下降，这主要得益政府下定决心对沿河年产1 万t 以下的42 家重污染造纸企业实施了关停，对沿河年产l 万t 以上的52家造纸企业进行了扩改整治。建立了企业“统一规划、统一供水、统一污水处理，生产区与生活区分离”等强制体系。同时，3 个断面水体中均上升的指标为Hg、Cr6+、Pb、Se、氰化物，且上升非常明显，Cr6+含量上升主要源于岩石自然风化与侵蚀，而Hg、Pb含量上升源于工业污染。因此，需要继续强化浏阳河流域含Hg、Pb 工业废水污染物的治理，确保达标排放。另外，3 个断面水体中的DO 值均上升，其中黑石渡和三角洲断面水体中DO 值增加较大，说明工程实施有利于水体中有机物降解。

3.2.2 浏阳河水环境综合治理工程对3 个断面水环境质量改善的效果不一致 从3 个断面水体改造前的污染情况看，水体污染最严重的黑石渡和三角洲断面水体，COD、BOD、阴离子表面活性剂、NH3-N 及TP含量均超过GB 3838—2002 的Ⅲ类水标准，治污工程后，对BOD 与阴离子表面活性剂治理成效明显，含量均低于Ⅲ类水标准。COD、NH3-N 及TP 含量虽然超Ⅲ类水标准，但治污后含量均下降了。从断面水体流向来看，从上游 梨断面至下游三角洲断面水体监测指标基本无变化的为Se；呈先升后降趋势的为COD、BOD、Cu、挥发酚、阴离子表面活性剂、氰化物及TP；一直上升的为氟化物。

3.2.3 浏阳河水环境综合治理工程存在的问题及需要进一步强化的措施 从浏阳河3 个断面水体富营养化相关的6 个指标DO、COD、CODMn、TN、TP、氨氮来看，3 个断面水体DO 含量在上升，表明治污工程实施后水质在不断变好，其余指标在3 个断面有上升或下降，但含量仍偏高，说明水域中具有生活、生产、经济活动带来的点源、面源等污染特征。需要进一步加强浏阳河流域内养殖废水、生活污水的治理。全面推广生态养殖循环利用技术，全面推行农业清洁生产，发展无公害种植，有效控制农药化肥对浏阳河的污染，坚决执行生活垃圾无害化循环利用等工程措施[25]。从3 个断面水体中Se、Hg、Cr6+、Pb 含量看，与治污工程前相比，治污后水体中Se、Hg、Cr6+、Pb 含量均呈上升趋势，这与在浏阳河下游湘江水体中这几种污染含量也上升一致[26]。

综上可知，在国家绿色发展的政策引领下和地方政府的不断努力下，浏阳河的水体质量有了一定程度的改善，但依据目前的治污工程效果看，浏阳河流域水污染治理仍然存在以下问题。（1）政府治污工程虽有收效，但治污责任界限不清、治污工作衔接不够、环保执法流于形式等问题；（2）治污工具保障不全，存在治污机制保障乏力、治污设施落后老化等问题；（3）养殖污染屡禁不止，工业污染源、农业与畜牧源、生活源污染未得到有效控制。上述问题的解决必须释放政府、市场和个人的效用，建立联动治污机制，明确污染治理责任主体；培育公共价值，激发公私主体活力；分类评估污染，转型与强拆并举；引入市场化手段，创新治理模式，为浏阳河治污工程的开展扫除障碍。