北方中小河流春季pH值和高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)情況分析與對策

楊琛 李強(qiáng)

摘? 要：我國北方中小河流春季多出現(xiàn)pH值和高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)情況，以登沙河為研究對象，對近2年河流水質(zhì)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，pH值和高錳酸鹽指數(shù)升高與藻類繁殖光合作用具有密切關(guān)系，同時胞外聚合物也導(dǎo)致了高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量的升高。

關(guān)鍵詞：pH;高錳酸鹽指數(shù);藻類

中圖分類號：R123? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

我國北方中小河流多為典型季節(jié)性河流，隨著河流污染治理的深入推進(jìn)，河流水質(zhì)改善明顯，春季pH值和高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)成了中小河流整治的新問題凸顯出來。該文以登沙河為代表，根據(jù)近年來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了引起河流pH值和高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)的原因。

1 研究區(qū)域概況

登沙河發(fā)源于大連市普蘭店區(qū)，自北向南流經(jīng)普蘭店區(qū)太平街道、金普新區(qū)向應(yīng)街道、華家街道、登沙河街道。登沙河全長25.7 km，總流域面積229 km2，是一條北方典型季節(jié)性小型河流。上游和段水體流動性能較強(qiáng)，截留設(shè)施相對較少，沒有明顯的滯留現(xiàn)象，屬于無人為干預(yù)的自然河流。進(jìn)入金普新區(qū)前，太平污水處理廠處理尾水排入登沙河，排水量約為4 000 m3/d。進(jìn)入金普新區(qū)后，部分水體被作為農(nóng)用灌溉水源截留在馬家溝閘內(nèi)，導(dǎo)致下游河段徑流量小，尤其是在枯水期水體補(bǔ)給量十分微弱，水流置換緩慢，水體相對封閉，水動力條件較差。

2 數(shù)據(jù)來源及分析

2.1 子站數(shù)據(jù)分析

登沙河下游登化斷面為國考斷面，水質(zhì)考核目標(biāo)為Ⅳ類。根據(jù)登化斷面自動監(jiān)測站數(shù)據(jù)顯示（圖1），該斷面在2019年和2020年均出現(xiàn)了pH和高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)的現(xiàn)象，此類現(xiàn)象多發(fā)于春秋兩季。為了進(jìn)一步探究水質(zhì)各指標(biāo)間的內(nèi)部聯(lián)系，對各指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，各指標(biāo)之間存在顯著相關(guān)性（見表1），特別是pH、高錳酸鹽指數(shù)和水溫、溶解氧之間呈現(xiàn)極高的正相關(guān)性，與氨氮、總氮之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，并且在時間跨度上呈現(xiàn)白天高夜晚低的規(guī)律性。這說明河流中水溫、pH、高錳酸鹽指數(shù)和溶解氧相互影響，由于河流缺乏生態(tài)補(bǔ)水、水體流動性差，再加上水溫適宜，藻類光合作用產(chǎn)生大量有機(jī)物，吸收水體中CO2釋放O2增加溶解氧的含量，同時pH升高，當(dāng)水體中藻類豐度值大時，高錳酸鹽指數(shù)也隨之增大。而氨氮和總氮異常的迅速降低與水體中藻類爆發(fā)導(dǎo)致營養(yǎng)鹽的消耗有關(guān)。

2.2 藻類監(jiān)測分析

3月19日和25日分別對登化斷面浮游植物進(jìn)行監(jiān)測分析，優(yōu)勢種為硅藻門小環(huán)藻屬，個體總數(shù)分別為1.5×107個/L和2.0×107個/L，優(yōu)勢種比例達(dá)到92%和95%。根據(jù)藻密度評價的水華程度分級標(biāo)準(zhǔn)判定達(dá)到輕度水華級別（1.0×107≤D<5.0×107）。

硅藻門小環(huán)屬廣泛分布于淡水中，早春時大量出現(xiàn);適宜的生存溫度為10℃～25℃。水溫適宜，充分光照，且有充足營養(yǎng)鹽時會爆發(fā)生長。春秋兩季，河水水溫多處于硅藻門小環(huán)屬的適宜溫度區(qū)間，隨著溫度的升高和降低，藻類不具備優(yōu)勢性，爆發(fā)現(xiàn)象消除。

登沙河來水主要是自然補(bǔ)水和污水處理廠來水，而自然補(bǔ)水量遠(yuǎn)低于污水處理廠出水，污水處理廠出水達(dá)標(biāo)排放，但其中營養(yǎng)鹽（N、P）含量較高，為藻類生長提供了基礎(chǔ)。

硅藻水華一般發(fā)生在河流流量較小、流速較慢的河段，適合生長流速為0～0.5 m/s[1]。登沙河流經(jīng)區(qū)域為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，區(qū)段內(nèi)大多布設(shè)有攔河壩、水閘等設(shè)施為春耕存儲水源。2019年楊家店水文站數(shù)據(jù)顯示，最大徑流量為180 m3/s，最小0.013 m3/s，年平均0.656 m3/s，其中3月流量僅為0.018 m3/s，適宜于藻類繁殖生長。

2.3 藻類和微生物作用對pH和高錳酸鹽指數(shù)的影響

藻類爆發(fā)的光合作用使水里的CO2迅速減少，打破水中原有碳酸鹽平衡，使得部分HCO3-轉(zhuǎn)化成CO32-，從而造成水體pH值升高。

在登化斷面及上游干流的劉家、楊家提水站和馬家溝水閘對葉綠素a進(jìn)行監(jiān)測，濃度范圍87.48 μg/L～114.41 μg/L。其中登化斷面葉綠素a濃度為93.34 μg/L。在水體中葉綠素a>10 μg/L時，葉綠素a濃度與藻類密度呈顯著的線性關(guān)系。藻類在光合作用下產(chǎn)生大量有機(jī)物，使高錳酸鹽指數(shù)的測定值精密度受到干擾，導(dǎo)致葉綠素a值與高錳酸鹽指數(shù)值之間有良好的線性關(guān)系[2]。

微生物廣泛存在于土壤（包括包氣帶）、地表水體和地下水（含水層）中。微生物的胞外聚合物（EPS）是一類有機(jī)高分子聚合物，其覆蓋在微生物細(xì)胞表面上，會改變其表面電荷、疏水性和聚合性質(zhì)等物理化學(xué)特性[3-4]。研究表明，EPS是Cr（Ⅵ）吸附的主要位點，且在將Cr（Ⅵ）還原為Cr（Ⅲ）的過程中有較好的作用，其表現(xiàn)出的還原性會導(dǎo)致高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量的升高[5]。

3 結(jié)論與對策

自然水體中pH和高錳酸鹽指數(shù)的異常升高存在以下重要因素：進(jìn)入河道中的外來污染源為藻類和微生物的生長提供了足夠的營養(yǎng)鹽基礎(chǔ);枯水期和河道構(gòu)筑物的影響導(dǎo)致河道中“滯水”現(xiàn)象嚴(yán)重，流速緩慢為藻類的爆發(fā)創(chuàng)造了水動力條件;在溫度、光照等達(dá)到藻類繁殖條件時，藻類的爆發(fā)和光合作用導(dǎo)致了pH和高錳酸鹽指數(shù)的升高;同時水體中微生物保外聚合物的大量存在以及其表現(xiàn)出的吸附性和還原性對高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量的升高起到了共同作用。

除春季外，深秋初冬季節(jié)登沙河流域的水動力條件，自然因素等與春季類似，也同樣出現(xiàn)pH、高錳酸鹽指數(shù)等異常。

有效抑制河道內(nèi)的藻類生長是解決春秋兩季河流pH和高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)的主要手段。從藻類生長條件來看，主要方法為降低河道內(nèi)的營養(yǎng)鹽，提升河道水動力，增加河道的遮光性。

參考文獻(xiàn)

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