典型小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)水庫枯水期污染物特征研究

李 飚，雷 平，游正鑼，羅光華，李 春，姚玉蘭

（1.四川省瀘州市環(huán)境保護監(jiān)測站，四川 瀘州646000；2.四川省瀘縣環(huán)監(jiān)站，四川 瀘縣646100）

近年來，隨著全球氣候變暖趨勢的日益增強，在我國許多地區(qū)常出現(xiàn)嚴重的旱災，缺水地區(qū)的小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)水庫在枯水期有時還伴隨著污染事故，水庫水質中的pH值、總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)等指標出現(xiàn)不同程度的超標，影響著鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水質量安全和農(nóng)業(yè)灌溉安全。分析發(fā)現(xiàn)，影響pH值的因素主要有酸堿性物質輸入造成的污染，水庫周圍土壤酸堿性和酸雨造成的影響，水量增減（降雨與蒸發(fā)總磷的因素主要有含氨氮、硝氮和磷酸鹽輸入造成的污染；影響高錳酸鹽指數(shù)的因素主要有水體易氧等）和溫度變化引起pH值改變，藻類生長使溶解氧發(fā)生變化從而引起pH值的增減等［1］。本研究結合四川省合江縣白米鄉(xiāng)流溝水庫枯水期污染物特征進行實地研究。

1 合江縣白米鄉(xiāng)流溝水庫

1.1 基本情況

白米鄉(xiāng)位于四川省合江縣長江北岸，幅員面積74平方公里，人口4萬多人，屬準南亞熱帶濕潤性氣候，年平均氣溫為18.2℃，年最高溫度43.1℃，最低溫度－1.2℃，夏季日照充足，雨量充沛，春秋季雨量較少，年均降雨量1 184.2mm，蒸發(fā)量670mm。流溝水庫為塘庫型，蓄水量為40萬m3，為該鄉(xiāng)5 000多居民提供飲用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水，采用次氯酸鈉消毒處理工藝。該水庫屬于我國南方地區(qū)一個典型的小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)水庫，枯水期的水質感官、色度和透明度都較差，常出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象。

1.2 水質污染物超標情況

合江縣環(huán)監(jiān)站于2010年4月6日對20個鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中式飲用水源地水質展開了調查，結果發(fā)現(xiàn)，白米鄉(xiāng)流溝水庫水質的pH值、總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)都劣于《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838－2002）Ⅲ類水域標準，又于5月30日進行了加密監(jiān)測，結果因降雨使水質得到了一定改善，除總磷仍超標外，其余指標均達標。該水庫水質超標事件引起了瀘州市環(huán)保局的高度重視，隨后專門組織市環(huán)監(jiān)站的技術人員分別在枯平豐水期對該鄉(xiāng)鎮(zhèn)水庫進行了幾次加密監(jiān)測，對超標原因進行分析，以期說清環(huán)境，讓群眾喝上無污染的飲用水，徹底解決典型小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)水庫枯水期的污染問題。

1.3 監(jiān)測結果及評價

市縣兩級環(huán)監(jiān)站分別于2010年4月6日、5月30日、7月1日、8月1日和12月30日對白米鄉(xiāng)流溝水庫鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水進行了5次水質監(jiān)測，其中4月6日和12月30日為水庫枯水期，5月30日為平水期，7月1日和8月1日為豐水期，監(jiān)測的整個過程均按國家相關規(guī)定執(zhí)行，水庫水質監(jiān)測結果見表1。

表1 水庫水質監(jiān)測結果

由監(jiān)測可知，該水庫在枯水期監(jiān)測的pH值、總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)都超過《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838－2002）Ⅲ類水域標準規(guī)定的要求。其中4月6日監(jiān)測的pH值超標0.38～0.41個pH單位，總氮超標0.2倍，總磷超標1.7倍，高錳酸鹽指數(shù)超標0.3倍；12月30日監(jiān)測的pH值超標0.27～0.33個pH單位，總氮超標0.2倍，總磷超標2.1倍，高錳酸鹽指數(shù)超標0.4倍；而這2次監(jiān)測的氨氮和溶解氧都符合該標準規(guī)定的要求。在平水期和豐水期的監(jiān)測項目中，除總磷外，其余指標均達標，其中總磷5月30日超標1.4倍，7月1日超標0.9倍，8月1日超標1.1倍。

2 水質污染物超標原因分析

通過監(jiān)測和實地調研，該水庫在枯水期的水質pH值等指標有一定程度的超標，超標原因如下：

（1）塘庫型水源的枯水期庫內水量較小，對污染物的緩沖性較低，一旦有堿性污染物輸入，靠水庫自凈處理污染物的能力較差。由于水庫枯水期監(jiān)測時比較干旱，隨著水量的減少使輸入性的堿性污染物得到一定程度的濃縮，pH值增加到一定程度就會超標。

（2）該水庫水源主要來自周邊的農(nóng)田灌溉水和土壤富余雨水。通過對土壤施肥情況的調查了解到，在春播前先要在田間埋上一層較厚的底肥，主要有農(nóng)家肥和草木灰等，溶于水就會顯堿性；春播于3月1日左右開始插秧，3月10日再添加尿素、碳銨和復合磷肥等化肥，由于農(nóng)田雨水徑流造成大量的含氮和含銨離子的化肥排入水庫中引起4月6日春季枯水期監(jiān)測時總氮和pH值提高。

（3）據(jù)調查，該水庫曾搞過養(yǎng)殖業(yè)，農(nóng)戶在水庫中放養(yǎng)家禽，原有的家禽糞便沉積在底泥里，其中含氨氮、亞硝氮和硫化物；在春冬兩個枯水期采樣時魚還未捕撈完，魚會排泄出含銨的糞便，使水質惡化，引起pH值超過標準上限，同時也造成高錳酸鹽指數(shù)超標。

（4）據(jù)相關資料可知，藻類生長與pH值和溶解氧間存在一定的相互關系［2］。水庫水體富營養(yǎng)化使藻類繁殖過盛，通過呼吸和光合作用影響碳酸鹽間的平衡，光合作用與碳酸鹽平衡體系如下：

HCO3－濃度決定了藻類生長轉化數(shù)量，并影響著pH值的變化。藻類生長吸收大量CO2會使溶解氧增加甚至達過飽和，使得pH值亦增加，同時部分藻類對有機酸和重碳酸鹽吸收也會引起pH值的升高［3］；而藻類呼吸作用產(chǎn)生的CO2溶于水中促進H＋生成會引起pH值下降，光合作用產(chǎn)生的O2遠大于呼吸作用所需的O2。pH值的變化規(guī)律：藻類光合作用合成生成O2，隨著藻類的增加，溶解氧含量增加，pH值亦將增加。所以鄉(xiāng)鎮(zhèn)水庫枯水期藻類生長繁殖對pH值產(chǎn)生的影響也是造成其超過標準上限值的原因之一，pH值和溶解氧變化關系曲線見圖1。

（5）從4月6日到12月30日，隨著降雨量的增減，堿性物質和污染物不斷地被稀釋或濃縮，各污染指標也不斷地降低或增大。合江縣為酸雨控制區(qū)，降雨會使水庫中水的pH值降低。據(jù)縣環(huán)監(jiān)站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，2010年全年白米鄉(xiāng)降水量為1 024.2mm；pH值范圍為5.09～6.86，酸雨頻率為34.4%。pH值與降雨量的變化關系曲線見圖2，總氮、總磷、氨氮濃度與降雨量的變化關系曲線見圖3，高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧與降雨量的變化關系曲線見圖4。

圖1 pH值和溶解氧變化關系曲線

圖2 pH值與降雨量的變化關系曲線

圖3 總氮、總磷、氨氮濃度與降雨量的變化關系曲線

圖4 高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧與降雨量的變化關系曲線

（6）藻類進行光合作用需吸收一定量的CO2，會影響到pH值出現(xiàn)一定的日變化規(guī)律。通常每天日出后pH值開始逐漸上升，至下午16：30～17：30達最大值，然后開始逐漸下降，直至第2天日出前達最小值，如此循環(huán)往復。4月6日采樣時間在16：30左右，而12月30日采樣時間在17：30左右，為理論上pH值變化的最高時段，所以有可能因采樣時間段的原因造成pH值超過標準的上限值。

（7）水庫底泥殘留物和農(nóng)田底肥及生活污水中都含有易氧化的有機物、亞硝酸鹽和硫化物是造成高錳酸鹽指數(shù)超標的主要原因；雨季農(nóng)田水中帶入的氨氮、硝氮和磷酸鹽分別造成總氮和總磷超標，水體富營養(yǎng)化是一個動態(tài)過程，總磷是導致其形成的主因，還與總氮、水溫及水體特征（水庫面積、水源、形狀、流速和水深等）有關，總磷、氨氮和總氮的濃度變化關系曲線見圖5。

圖5 總磷、氨氮和總氮濃度變化關系曲線

3 水污染防治對策

3.1 工程性處理措施

（1）改造水庫修建水泥池體和防水堤壩，防止土壤和農(nóng)田灌溉水、雨水對水體的影響。

（2）定期挖掘底泥進行疏浚治理或進行深層曝氣，消除潛在的內部污染源，使水體與底泥界面間不出現(xiàn)厭氧層，有利于抑制污染物的釋放，使高錳酸鹽指數(shù)降低。

3.2 化學法處理措施

（1）采用凝聚沉降法，加入少量鈣鋁鐵等陽離子可使磷酸鹽生成不溶性沉淀物而降低總磷。

（2）采用殺藻處理法，加入低濃度的硫酸銅殺藻劑可控制藻類過度繁殖，減少光合作用，避免pH值增高，防治水體富營養(yǎng)化加劇。

（3）采用加酸中和處理法，潑灑適量的稀醋酸或鹽酸中和水體過高的pH值。

3.3 生態(tài)性處理措施

（1）以生活飲用水為主要功能的湖庫應嚴禁發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，原有的網(wǎng)箱養(yǎng)殖應給予取締。

（2）推進周邊農(nóng)民退耕還林或退田還庫，建立生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)；多利用渠道、坑塘等改造成土地處理系統(tǒng)進行農(nóng)田污染控制。

（3）利用湖庫水生生物吸收去除水體中的氮磷、懸浮物和重金屬等污染物。

4 結論及建議

合江縣白米鄉(xiāng)流溝水庫是我國南方地區(qū)的典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型水庫，在枯水期雖然pH值和高錳酸鹽指數(shù)超標，但它屬生活性污染而非工業(yè)污染，經(jīng)簡單處理后即可提高水質，而且飲用自然因素形成的微堿性水對人體健康還有一定益處；只是總磷和總氮超標（尤其是總磷在平水期和豐水期均超標）引起藻類瘋長的現(xiàn)象要采取有效措施防治，以免水體富營養(yǎng)化日益加劇。當然要徹底解決污染問題不是一朝一夕能實現(xiàn)的，需不斷地削減污染物總量和周圍生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)改善。

建議鄉(xiāng)政府在水庫周邊設置“鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水源保護地”的公告牌，提高村鎮(zhèn)居民的環(huán)保意識；修建排水渠分流農(nóng)田徑流和生活污水，不得排流入庫內，并安排專人負責定期檢查，堵塞輸入性污染源。若采用以上措施后仍不能解決污染問題，也可將該水庫專門用于農(nóng)田灌溉和養(yǎng)殖，使干旱地區(qū)的水資源得到合理利用，而直接鋪設管線，在長江邊建水站，滿足飲用水的需求。

［1］張澎浪，孫承軍.地表水中藻類的生長對PH值及溶解氧的影響［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2004，20（4）：49－50.

［2］赫茨莫格.環(huán)境化學手冊（第一分冊）［M］.北京：化學工業(yè)出版社，1994：42.

［3］陳明耀.生物餌料培養(yǎng)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1995：56－57.