河南省白沙水庫水污染治理及生態(tài)修復(fù)探析

陳保成

（河南省白沙水庫管理局， 河南 禹州 461670）

1 水庫概況

白沙水庫位于淮河流域沙潁河水系潁河上游，控制流域面積985 km2，總庫容2.78 億m3，是一座以防洪為主，結(jié)合工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖和休閑旅游等綜合利用的大（Ⅱ）型水利樞紐工程。

白沙水庫于1951 年4 月開工興建，1953 年8 月基本建成，1956 年至1957 年進(jìn)行擴(kuò)建，2003 年至2006 年進(jìn)行除險(xiǎn)加固。樞紐工程主要由主壩、東副壩、西副壩、堵壩、輸水洞、灌溉洞、溢洪道及副溢洪道等組成。水庫的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：100年一遇洪水設(shè)計(jì)，相應(yīng)水位231.85m，2000 年一遇洪水校核，相應(yīng)水位235.56m。水庫正常蓄水位225.00m，死水位209.00m。水庫最大水面面積約2000 公頃，可養(yǎng)魚水面面積為600 公頃。工程效益指標(biāo)：灌溉面積20 萬畝，保護(hù)農(nóng)田面積40萬畝，城市及工業(yè)供水保證率96%，最大引水量0.5m3/s。水庫下有白沙灌區(qū)灌溉面積30.3 萬畝，有干渠四條，已經(jīng)進(jìn)行了節(jié)水改造，有效灌溉面積20.415 萬畝。白沙水庫自2000 年開始工業(yè)供水，目前對許昌龍崗電廠和登封華潤電廠施行工業(yè)供水，年用水總量約1600 萬m3。為解決登封市區(qū)和禹州市西北山區(qū)居民生活用水問題，自2015 年開始對登封市供水；2018 年1 月白沙水廠開始對禹州市西部山區(qū)居民供水。白沙水庫的社會效益、生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益均十分顯著。

2 水污染治理及修復(fù)范圍

此次治理范圍為河南省白沙水庫，治理區(qū)域現(xiàn)有水域面積約為7500 畝，設(shè)計(jì)總庫容為2.78 億立方米，現(xiàn)有蓄水量約1476 萬立方米，根據(jù)白沙水庫的歷年降雨量與庫區(qū)進(jìn)出水總量數(shù)據(jù)，按照白沙水庫2000 萬立方米待治理水體，進(jìn)行水污染治理及水生態(tài)修復(fù)。

3 水質(zhì)現(xiàn)狀分析

3.1 水質(zhì)狀況評價(jià)

通過河南省白沙水庫實(shí)地考察和相關(guān)數(shù)據(jù)資料分析，水庫水體水質(zhì)處于較差水平，氮、磷等指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，呈現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)，不滿足飲用水源地水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，造成的主要原因是受庫區(qū)底泥污染的影響，水體反復(fù)污染，水體生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞。

根據(jù)禹州市生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理局對白沙水庫水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值分析，該水域?qū)儆赩 類水質(zhì)。作為飲用水源地水體需達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)域總氮超標(biāo)為5.39 倍、總磷超標(biāo)為1.2倍。

3.2 內(nèi)源污染分析

河南省白沙水庫具有防洪、工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖和休閑旅游等功能，污染源以內(nèi)源污染為主，上游污水進(jìn)入水庫后，水流及水交換速度放慢，使污染物慢慢沉積于水底。目前，水底存在相當(dāng)厚度的淤泥層，此部分淤泥層是長期污染物質(zhì)沉降所形成的，淤泥中有機(jī)質(zhì)積累會造成深層污染，當(dāng)遇到天氣炎熱，日光長時(shí)間照射，水溫升高時(shí)，水底淤泥的有機(jī)物分解，并釋放大量N、P 等富營養(yǎng)元素，會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。

4 技術(shù)路線及治理目標(biāo)

4.1 技術(shù)路線

針對白沙水庫的現(xiàn)狀特點(diǎn)，水污染控制及水質(zhì)提升采用 “阿爾益”復(fù)合硅酸鋁水處理技術(shù)，即 底泥生態(tài)改良+水體強(qiáng)制治污+水體修復(fù)+長期維護(hù)的治理方法，常溫常壓下轉(zhuǎn)化并消除污染物質(zhì)、激活并構(gòu)建微生態(tài)系統(tǒng)，原位治理，快速改善水庫水質(zhì)，提高水體自凈能力，杜絕二次污染和次生災(zāi)害，從而安全、有效、持續(xù)的構(gòu)建良好的水生態(tài)環(huán)境，投資少、見效快、效果好。

4.2 治理內(nèi)容

此次水污染治理及修復(fù)為白沙水庫水污染治理及生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目，位置位于河南省禹州市花石鎮(zhèn)白沙村。白沙水庫使用功能：飲用水源地、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水。本次治理的內(nèi)容為水污染治理及生態(tài)修復(fù)，治理面積為7500 畝，水體容積2000萬m3。

4.3 治理原則

治理白沙水庫水體所投入的治理材料必須絕對確保其安全性，采用“阿爾益”復(fù)合硅酸鋁水處理劑獲有衛(wèi)生部門頒發(fā)的《涉及飲用水衛(wèi)生安全產(chǎn)品衛(wèi)生許可批件》，廣泛運(yùn)用于全國上百個(gè)湖泊、水庫、河流等水污染治理項(xiàng)目中，未發(fā)生次生災(zāi)害和二次污染問題，其安全性、有效性和持續(xù)性都非常優(yōu)異。

1、據(jù)現(xiàn)場檢測分析數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)配置研究，除降低氮、磷等富營養(yǎng)物質(zhì)外，同時(shí)降低水體中的懸浮物，提升提高水體透明度，增加庫區(qū)景觀性。

2、項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)無二次污染，無嚴(yán)重噪音。

3、項(xiàng)目施工方便，利于工程監(jiān)督、管理。

4、不影響白沙水庫水體正常使用。

針對上述要求，設(shè)計(jì)方案時(shí)采取標(biāo)本兼治、綜合治理的原則。以“生態(tài)水環(huán)境”為理念，通過自然物質(zhì)和技術(shù)控制手段，對白沙水庫水體進(jìn)行水污染治理及生態(tài)修復(fù)。

4.4 難點(diǎn)分析

（1）白沙水庫水體呈現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)，總氮、總磷超標(biāo)，底泥淤積較厚，如何在短時(shí)間內(nèi)快速降低氮磷含量，提升水質(zhì)，完成水體污染治理工作，確保治理后水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)且長期穩(wěn)定保持，是本項(xiàng)目的難點(diǎn)所在。

（2）白沙水庫中有大量水生動植物，項(xiàng)目重點(diǎn)要求投入治理的材料必須達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，使用后，在消除污染的同時(shí)，不會對魚類等水生物資源造成不良影響，供水飲用以及灌溉糧食、蔬菜、水果后不會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)殘留 ，確保水質(zhì)安全要求。項(xiàng)目實(shí)施時(shí)無二次污染，無嚴(yán)重噪音，不影響水庫正常運(yùn)行。

因此，在治理白沙水庫時(shí)必須做到安全、有效和持續(xù)，治理方案要求科學(xué)合理。同時(shí)，注重安全和施工質(zhì)量，完善施工組織、程序安排、資源調(diào)配，做好施工管理。

4.5 治理目標(biāo)

根據(jù)白沙水庫治理水域水質(zhì)污染情況及水體應(yīng)用功能，治理目標(biāo)為消除水體富營養(yǎng)化，水環(huán)境恢復(fù)良性狀態(tài)。

設(shè)計(jì)方案時(shí)宜采取標(biāo)本兼治、綜合治理的原則。以“生態(tài)水環(huán)境”為理念，通過“阿爾益”復(fù)合硅酸鋁水處理系列技術(shù)，對水體進(jìn)行全面治理及水生態(tài)修復(fù)。在3 個(gè)月內(nèi)完成水體綜合治理，消除水質(zhì)污染和富營養(yǎng)化危害，增強(qiáng)庫區(qū)景觀性及飲用水體功能，并使水質(zhì)理化指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，修復(fù)水生態(tài)平衡，使水體生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)狀態(tài)。

5 治理內(nèi)容及過程

5.1 治理修復(fù)流程

治理工程實(shí)施內(nèi)容主要是勘察現(xiàn)場，測水配方，清理水面雜物及污染物，分步投入水處理劑等過程。

5.2 治理修復(fù)計(jì)劃

此次水污染治理實(shí)施時(shí)間3 個(gè)月。2020 年3 月上旬為底泥生態(tài)改良階段，具體措施是底泥生態(tài)改良劑投加；2020 年3 月中旬至2020 年4 月中旬為強(qiáng)制治污階段，具體措施是采用復(fù)合硅酸鋁I、II 型治污；2020 年5 月為生態(tài)修復(fù)階段，具體措施是向水庫投放適量的濾食性魚類。

5.3 治理修復(fù)路線

5.3.1 勘察現(xiàn)場，測水配方

對現(xiàn)場進(jìn)行勘察、規(guī)劃，了解其污染現(xiàn)狀，提取水樣進(jìn)行檢測。管理局依據(jù)污染情況和內(nèi)檢數(shù)據(jù)，進(jìn)行梯度試驗(yàn)，據(jù)結(jié)果優(yōu)化方案，選擇所用水處理劑的最佳配方與用量。抽樣送檢，判定標(biāo)準(zhǔn)按照 GB3838-2002 規(guī)定指標(biāo)。

5.3.2 投入水處理劑前準(zhǔn)備

根據(jù)治理區(qū)域水環(huán)境治理的要求，為達(dá)到三個(gè)月內(nèi)完成水質(zhì)治理，使水質(zhì)明顯改善的目標(biāo)，治理項(xiàng)目第一階段作為項(xiàng)目準(zhǔn)備階段，完成水質(zhì)復(fù)核、治理材料、機(jī)械器具準(zhǔn)備等工作。

5.3.3 采取五步實(shí)施的技術(shù)方案

第一步 水面清理

為確保治理和修復(fù)工作順利進(jìn)行，確保治理效果的長時(shí)期保持，應(yīng)組織人員先行對水體沉水植物及水面、岸邊的雜物及沿岸的集中污染源進(jìn)行清理，防止新的污染源進(jìn)入水體，為水污染治理及生態(tài)修復(fù)工作提供條件。

第二步 投入“阿爾益”復(fù)合硅酸鋁水處理劑-改底劑

針對治理區(qū)域底泥中含有豐富的氮、磷營養(yǎng)鹽、有機(jī)污染物和重金屬物質(zhì)等，會持續(xù)加劇水體的富營養(yǎng)化的問題，使用“阿爾益”復(fù)合硅酸鋁水處理劑技術(shù)，促使底泥中的物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化，降低底泥中污染物質(zhì)，使底泥中可能被再解析的污染物質(zhì)大幅度減少，為整體治理提供有利條件。

此階段達(dá)到的效果是：

1、降低底泥中的有機(jī)物、氨氮、硫化氫、亞硝酸鹽等污染物質(zhì)含量。

2、增加底泥溶氧，促進(jìn)底泥中有機(jī)物、無機(jī)物加速分解，消除底泥污染分解產(chǎn)生的異味。

3、在底泥中營養(yǎng)物質(zhì)大幅度減少及水體透明度大幅度提高的情況下，促進(jìn)底泥中優(yōu)勢種群微生物大量繁殖，逐步提高水體的自凈能力，為生態(tài)修復(fù)提供條件。

第三步 投入“阿爾益”復(fù)合硅酸鋁水處理劑Ⅰ型

在改底劑施工的5 日后，投加“阿爾益”復(fù)合硅酸鋁活性治污劑Ⅰ型，此階段達(dá)到的效果是：

（1）消除水體中的氮磷、氨氮物質(zhì)，消除異味散發(fā)的基本條件。

（2）吸附水體中的（懸浮）微粒，通過沉降提高水體透明度，使光合作用大大增強(qiáng)。

（3）激活水體及底泥中的多種酶，加速營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用，大幅度減少氨氮、磷酸鹽等物質(zhì)。

第四步 投入“阿爾益”復(fù)合硅酸鋁水處理劑Ⅱ型

在處理劑Ⅰ型施工的5～7 日后，投加“阿爾益”復(fù)合硅酸鋁活性治污劑Ⅱ型，進(jìn)行水體的強(qiáng)制治污，提升水質(zhì)。此階段達(dá)到的效果是：

（1）水體中有機(jī)物被分解或沉入水底，溶解氧得到恢復(fù)，異味消除，透明度升高，水體得到進(jìn)一步凈化。

（2）消除或降解水體中的多種有機(jī)物及有毒有害的化學(xué)物質(zhì)后加速物質(zhì)轉(zhuǎn)化和利用。

（3）提高水體的自凈能力，使水體達(dá)到生態(tài)平衡。

第五步 投入濾食性魚類進(jìn)行水生態(tài)修復(fù)

水質(zhì)提升治理需配套進(jìn)行水生態(tài)修復(fù)，實(shí)現(xiàn)污染的無害化轉(zhuǎn)移和資源化利用。據(jù)調(diào)查，水庫中已經(jīng)有大量魚類，水生物鏈不夠完整、結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化。所以需進(jìn)行有針對投加水生物（主要是濾食性魚類），并對庫區(qū)水生物鏈進(jìn)行修復(fù)。

在水體中的浮游植物為原生植物（藻類）、浮游動物基本上為原生動物，這些浮游生物被水體中的濾食性動物所攝食利用?？梢姡廴疚锿ㄟ^微生物、植物及動物完成能量的轉(zhuǎn)移過程就是污染的無害化轉(zhuǎn)移和資源化利用的過程。

因此，通過水產(chǎn)專家的計(jì)算，向水庫中投放適量的濾食性魚、蝦、貝、螺（主要投放濾食性的鰱魚和鳙魚），保持較為合理的水生物密度，不僅可以平衡水體中浮游生物的總量，實(shí)現(xiàn)污染物-微生物-浮游生物-魚的能量轉(zhuǎn)移（污染的無害化轉(zhuǎn)移和資源化利用），形成微生物-浮游生物-魚類這一食物鏈為體系的微生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)水生態(tài)平衡，達(dá)到抑制藻類生長，提升水體自凈能力。

5.4 驗(yàn)收評價(jià)

治理完成后感官指標(biāo)反映為水面透明度提高、水體無異臭，理化指標(biāo)反映經(jīng)治理后，河南省白沙水庫水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著白沙水庫水污染的治理完成了對富營養(yǎng)化污染的治理，水質(zhì)得以改善和水生態(tài)修復(fù)獲得成功，在治理完成后進(jìn)行評價(jià)與驗(yàn)收工作。

6 效益分析

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

白沙水庫水域面積約7500 畝，水量約2000 萬方，根據(jù)預(yù)算費(fèi)用首年投入水質(zhì)治理費(fèi)用約為326.45 萬元，多年平均每方水的治理費(fèi)用低至0.28 元。同時(shí)，對底泥厚度的削減，使得水體庫容增加，可削減底泥厚度15-25 cm。據(jù)此初步估算，水庫底泥厚度削減10cm，庫容水量增加約50.03 萬m3，按照每立方水0.5 元計(jì)算，每年直接經(jīng)濟(jì)收入達(dá)25.02 萬余元。由此可見，本工程不僅解決了水污染對農(nóng)業(yè)及生產(chǎn)生活造成的危害，還緩解了水資源緊缺問題，節(jié)約了大量資金，為河南省登封市、禹州市創(chuàng)建良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

6.2 社會效益

白沙水庫有效灌溉面積20.415 萬畝，同時(shí)為登封市區(qū)居民生活用水、龍崗電廠與華潤電廠工業(yè)供水，年用水總量1600 萬m3，通過對白沙水庫水源地治理及保護(hù)工作的開展，水質(zhì)提升，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，可以確保流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉用水安全，可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)增加產(chǎn)量，改善品質(zhì)，還可以逐步改善居民用水及地下水水質(zhì)，改善了當(dāng)?shù)鼐用裆瞽h(huán)境，造福民生，維持社會穩(wěn)定，彰顯明顯的社會效益。

6.3 環(huán)境效益：

通過水污染污染治理和生態(tài)修復(fù)，大大改善了水環(huán)境質(zhì)量。通過生態(tài)修復(fù)手段，水體中的原有的過量有害物質(zhì)通過浮游生物和水生植物的吸收和轉(zhuǎn)化，使水環(huán)境更加趨于和諧自然，水體的自凈能力大大增強(qiáng)，生態(tài)平衡得以恢復(fù)，具有十分強(qiáng)大環(huán)境效益。