漢江武漢段“水華”的形成分析及其防治建議
摘要：“水華”又稱水體的富營養(yǎng)化，是由于水體中富含的營養(yǎng)物質(zhì)導(dǎo)致藻類過量繁殖的現(xiàn)象，它是水體衰老和水質(zhì)惡化的一種表現(xiàn)。一般常見于湖泊、水庫及近地淺海灣，河流中發(fā)生“水華”則極其少見。漢江武漢段在2000年2月28日發(fā)生了第三次“水華”現(xiàn)象，并一直持續(xù)到4月上旬，這次“水華”是繼92年和98年初春發(fā)生的兩次以來更為嚴重的一次。藻的繁殖速度異常迅猛，先后出現(xiàn)兩次藻系列高峰，含藻量分別為7317和7223萬個/L，水體呈深褐色，們有較明顯的異味。而92年和98年含藻量峰值分別為2600萬個/L和2870萬個/L。這表明漢江武漢段發(fā)生“水華”的嚴重程度在加劇，周期在縮短。“水華”給自來水公司凈水處理帶來了巨大壓力，同時給市民正常飲用水帶來一定 影響 ？梢姖h江水質(zhì)逐年惡化的情況， 分析 了“水華”的成因及特點，并對預(yù)測和防治“水華”作了一些 研究 和探討。
關(guān)鍵詞：富營養(yǎng)化 水華 防治建議
一、漢江水質(zhì)的變化情況
漢江是長江的最大支流，是沿岸居民生活用水和 工業(yè) 用水的重要水源，它沿途經(jīng)過14個縣市，同時每年接納了工業(yè)廢水和市政污水約7億噸，其中1.23億噸為生活用水，最后從武漢匯入長江;雖然污染物量大，但由于漢江水流量大，污染物在江水稀釋和 自然 生態(tài)作用下使水質(zhì)得到了控制。70-80年代，漢江水質(zhì)一直都符合地面水Ⅱ級標準，然而進入九十年代以后，隨著工農(nóng)業(yè) 現(xiàn)代 化建設(shè)的 發(fā)展 ，工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)化肥灌溉和生活用水排放量逐年遞增，漢江部分河段尤其是下游河段水質(zhì)惡化已非常嚴重。(見圖1)從沿途水質(zhì)的結(jié)果分析來看，水體酸度下降(PH值增高)，CODMn、氨氮(NH3---N)、硝酸鹽氮(NO3-N)、總磷(TP)均呈現(xiàn)增高趨勢，亞硝酸鹽氮(NO2--N)也有明顯增高，氮磷負荷最大，誘發(fā)“水華”發(fā)生的幾率最大。從漢江流域的浮游植物(主要是藻類)的調(diào)查情況分析(見圖2)，漢江藻類總細胞密度呈現(xiàn)明顯的增高趨熱，至武漢江段，藻的總細胞密度達到最高，說明水體藻類很活躍，其中以硅或所占比例最高，其次為為綠藻。同時藻類的種類的多樣性指數(shù)呈現(xiàn)減少的趨勢(藻類的種類多樣性指數(shù)是評價水質(zhì)的重要指標之一[1]，其數(shù)值越高，水質(zhì)越好)表明水體質(zhì)量惡化，自凈能力減弱。從92年至99年漢江武漢宗關(guān)段水源水質(zhì)調(diào)查表來看(見圖3)，標志水體污染的幾種重要的指標如CODMn、氨氮、總磷都逐年增高，表明漢江武漢段水體有機污染越來越嚴重，水體營養(yǎng)成分的增加為藻類的生長提供了良好的物質(zhì)條件，而硝酸鹽氮的年平均值逐的減小，這表明江水的自凈能力在減弱，污染在加劇。
二、漢江硅藻“水華”的形成分析
前述的三次“水華”均發(fā)生于漢江的枯水季節(jié)，時間大約都在2月至3月早春期間，主要表現(xiàn)為硅藻繁殖。作者對2000年2月至3月發(fā)生的“水華”進行了跟蹤調(diào)查，根據(jù)對水質(zhì)分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，對影響漢江“水華”的形成的主要因素列出如下：
1、日照和水溫：
研究表明，光強對硅藻的生長有明顯的影響。硅藻含有的葉綠素吸收入太陽光，供給自身能量和生長繁殖需要。在枯水季節(jié)，漢江水位低，河水淺，透光度好，近水面的藻能夠充分吸收入太陽光進行光合作用，而陰雨天氣則不利于硅藻的系列生長。日照同時提或了氣溫和水溫，圖4表明，水溫在9℃以上，硅藻繁殖活躍起來，10-17℃硅藻最為適宜，高于17℃以上，繁殖速度減慢，而逐步由喜好較高水溫的綠的綠藻取代，冬末春初，天氣轉(zhuǎn)暖，陽光充足，適宜的日照和水溫容易誘發(fā)硅藻“水華”
2、河水水位和流速：
漢漢水位在每年的2月處于低位，河床淺，與入口處不甘水水位落差小，造成河水水流遲緩，局部形成了類似于湖泊環(huán)境水體流動稀釋作用大大減弱，造成營養(yǎng)物質(zhì)停滯于固定區(qū)域，給營養(yǎng)物質(zhì)的濃度累積形成了條件。另外河床底泥中積累的磷(死亡的或類沉降至河床底部形成的淤泥層)緩慢釋放作用顯著增強，為藻類提供了足夠的磷營養(yǎng)物質(zhì)，加速了“水華”的形成。[3]
3、氮磷源：
氮和磷兩類物質(zhì)對藻類的生長和繁殖起著重要作用，也是引進“水華”的主要因素。硅藻的細胞質(zhì)含有C、H、O、N、P等元素，C、H、O通過光合作用獲得，從水體中吸收足夠的氮和磷成為硅藻繁殖所必須途徑。 目前 對水體富營養(yǎng)化的研究一致認為，恰當?shù)牡妆仁菍?dǎo)致藻類繁殖旺盛的一個重要參數(shù)。如當水體中總氮與總磷的濃度之比在11.8:1---15.5:1范圍內(nèi)時，水體富營養(yǎng)化過程明顯加劇[3]，氮磷的來源主要有工業(yè)的廢水，尤其是漢江上、中游的氮肥廠和磷肥廠向河中排放超標廢水，以及大量的生活用水的排放。尤其應(yīng)注意的是，家用洗衣粉和合成洗滌劑大量生生和使用，其配方中大都含有17%的三聚磷酸鈉(含磷量為4%)[4]，沿岸大量的洗滌放心水隨同生活污水直接排放到漢江中，造成了河流的營養(yǎng)(磷)負荷，這也是近10年來漢江富營養(yǎng)化進程加快的原因之一。
“水華”發(fā)生期間，經(jīng)測定，漢江水體中總氮和總磷之比平均為12.5，正好處于水體富營養(yǎng)化的最佳氮磷比范圍之內(nèi)，加之其他條件均已具備，因此漢發(fā)生此次“水華”成為必然。
三、漢江“水華”的特征及其預(yù)測
1、色度和濁度明顯增高。
“水華”發(fā)生期間，硅藻過繁殖，形成肉眼可見的褐色顆粒懸浮于江水中，使江水呈現(xiàn)黃褐色，色度呈現(xiàn)明顯變化 規(guī)律 (見圖4)。由于水中顆粒物的增加，給水廠濾池帶來沉重負擔，耗礬量增加。
2、明顯的藻腥味
由于藻的新陳代謝旺盛，死亡的藻懸浮于水體中，緩慢被分解，散發(fā)出臭味。而且在水廠中由于加氯消毒殺死了大量的藻，藻殘體分解的異味并不能被絮凝劑有效除去，造成用戶水中仍攜帶有較明顯的藻腥味。
3、水體PH上升。
河水PH值由原來的7.7上升為8.2最高達到8.4。(見圖5)這是因為藻的大量繁殖和生長通過光合作用消耗了水中的CO2， 影響 了水中的碳酸鹽平衡，導(dǎo)致水體酸度降低。因此，水體PH值上升是“水華”發(fā)生的重要特征。
4、氮和磷的濃度變化。
“水華”發(fā)生之前，漢江武漢宗關(guān)段水源水的氨氮平均值在0.4mg/L，總磷平均值在0.13mg/L,“水華”期間的氨氮和總磷濃度均呈現(xiàn)下降趨勢(見圖6)，氨氮平均值降為0.14mg/L，總磷平均值降為0.07mg/L。作者在實驗室模擬了藻對氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和總磷在“水華”期間的吸收的實驗，測定結(jié)果表明投加0.6mg/L的NH4Cl在24小時后93%均被藻吸收，藻類數(shù)量增加34%，約6%的轉(zhuǎn)化成了亞硝酸鹽氮，而硝酸鹽氮的吸收入則很小。關(guān)于磷的轉(zhuǎn)化較為復(fù)雜，總磷包括可溶性磷和顆粒磷，可溶性磷中以無機磷如PO43-、HPO42-、H2PO4-等形式被吸收為主。“水華”期間總磷的減少的原因主要是兩個方面：一是因藻類和吸附物的沉降;二是因藻類和碎屑被攝食而在食物鏈中傳遞移出[5]。實驗時3L江中投加的0.6mg/L的KH2PO4在24小時后1.5%被藻吸收，而且藻的數(shù)量增加了75%。這雖不能反映藻對各種磷的吸收情況，但動表明磷是藻類增殖的主要因素。因此控制漢江中磷的濃度是解決“水華” 問題 的關(guān)鍵。這表明監(jiān)測水體氨氮和總磷的濃度變化是預(yù)測“水華”的重要手段。
5、含藻量的明顯變化
由圖7可以看出，水中含藻量的變化直接表征了“水華”現(xiàn)象的劇烈程度，是監(jiān)測“水華”的重要指標。
四、漢江“水華”的防治意見
1、切實加強漢江水源水質(zhì)的保護
呼吁有關(guān)部門加緊對沿岸主要的污染源進行治理，嚴格限制高濃度污水排入漢江。對于沿岸的磷肥廠和氮肥廠排放的污水，應(yīng)在環(huán)保部門的監(jiān)督下進行污水治理，達標后方能排入江內(nèi);同時對含磷洗衣粉及洗滌劑造成的加重漢江磷負荷問題予以充分的敬惕和重視？傊扇「骰胧┮郧袛嘁鹪孱惔罅糠敝车臓I養(yǎng)源，是解決漢江“水華”的根本途徑。
2、對制水工藝的改進
藻類大量繁殖給自來水廠的水處理帶來了一定難度，高藻水的處理要消耗大量的混凝劑量，而且產(chǎn)生滿目池的堵塞現(xiàn)象，縮短了濾池的運行周期。選擇合適的除藻工藝對自來水處理廠有很重要的實用意義。
目前 自來水廠中常氯氣作為消毒劑，對于殺藻也有明顯的效果，但高藻期消耗氯量大大增加，尤其是濾前預(yù)加氯對水中產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物THM有直接的促進作用，據(jù)報道，O3和CLO2等消毒劑對藻類均有比較理想的殺藻效果，而且消毒副產(chǎn)物少[6]。常見的除藻工藝如投加CuSO4殺藻劑、加大絮凝劑投加量、加快濾池反沖洗頻率、增加氣浮池等，對除藻效果也比較明顯，但對藻腥味的去除卻不很理想。
生物除藻[7]是近年來 發(fā)展 起來的一項很有前途的技術(shù)。它采用生物膜對藻類的絮凝和吸附作用，將藻從水中分離出來，藻類一部分沉降，另一部分吸附后被微生物氧化，有的被原生動物吞噬。其特點是可以承受較大的藻負荷，降柢水中的有機物含量，節(jié)省耗氯量，尤其是在與其他工藝相結(jié)合(如活性炭吸附)時對除藻效果和嗅閾值的降低有比較明顯的效果[6]。生物除藻可以考慮作為一種防治“水華”的手段。
結(jié)語
通過對漢江流域水質(zhì)的調(diào)查的，漢江水質(zhì)在進一步惡化，尤其是下游， 工業(yè) 廢水和生活污水的大量排放是導(dǎo)致下游“水華”的重要原因。對江水的色度、PH值、氮磷含量(氮磷化)及含藻量監(jiān)測是預(yù)測水華的主要手段。自來水廠改進除藻工藝，有條件，可以考慮生物除藻技術(shù)和增加活性炭濾床進一步消除“水華”帶來的影響。如何處理“水華”期間水源水，提高供水水質(zhì)將是今后擺在我們面前的重要課題。
參考 文獻
[1]彭近新，陳慧君水質(zhì)富營養(yǎng)化及其防治， 中國 環(huán)境 科學(xué) 出版社，1988，46-58
[2]況琪軍等，漢江中下游江段藻類現(xiàn)狀調(diào)查及‘水華’成因 分析 ，長江流域資源與環(huán)境，2000，9(1)：67-70
[3]程俊人等譯，環(huán)境科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論，科學(xué)出版社，1982，120-137
[4]舒金華，發(fā)達國家禁用(限用)含磷洗衣粉的措施，湖泊科學(xué)，1998，10(1)：90-94
[5]林昱，廈門西港引發(fā)有害硅藻水華磷的閾值 研究 ，湖泊科學(xué)，1997，30(4)：391-395
[6]岳舜林，提高自來水水質(zhì)的策略，中國給水排水，1999，15(5)：42-44
[7]周建平，梅梁湖源水除藻工藝研究，給水排水，1997，23(11)：22-24
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