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二龍山水庫水體污染評(píng)價(jià)及治理措施

論文類型 基礎(chǔ)研究 發(fā)表日期 2007-12-01
來源 中國水網(wǎng)
作者 尹軍,趙可,劉志生
關(guān)鍵詞 二龍山水庫;水質(zhì)評(píng)價(jià);富營養(yǎng)化;治理措施
摘要 尹軍,趙可,劉志生(吉林建筑工程學(xué)院水污染控制與資源化利用吉林省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長春130021)  摘要:連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析了二龍山水庫的水質(zhì),對(duì)水污染程度進(jìn)行了評(píng)價(jià),水庫高錳酸鹽指數(shù)、總氮和總磷超標(biāo)嚴(yán)重,呈現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài),總體水質(zhì)為Ⅳ類和Ⅴ類,已無法滿足集中式生活飲用水水源地的水質(zhì)要求。針對(duì)水庫污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀,提出了控制污染源、削減污染物的綜合治理措施。  關(guān)鍵詞:二龍山水庫;水質(zhì)評(píng)價(jià);富營養(yǎng)化;治理措施WaterQualityEvaluationandPollutionControlMeasureofErl

尹  軍,趙  可,劉志生

(吉林建筑工程學(xué)院 水污染控制與資源化利用吉林省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長春 130021)

  摘要:連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析了二龍山水庫的水質(zhì),對(duì)水污染程度進(jìn)行了評(píng)價(jià),水庫高錳酸鹽指數(shù)、總氮和總磷超標(biāo)嚴(yán)重,呈現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài),總體水質(zhì)為Ⅳ類和Ⅴ類,已無法滿足集中式生活飲用水水源地的水質(zhì)要求。針對(duì)水庫污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀,提出了控制污染源、削減污染物的綜合治理措施。

  關(guān)鍵詞:二龍山水庫;水質(zhì)評(píng)價(jià);富營養(yǎng)化;治理措施

Water Quality Evaluation and Pollution Control Measure of Erlongshan Reservoir

YIN Jun, ZHAO Ke, LIU Zhi-sheng

(Jilin Province Key laboratory of Water Pollution Control and Resource Reuse,  Jilin Architectural and Civil Engineering Institute, Changchun 130021)

  Abstract: Erlongshan Reservoir water quality was evaluated for Class Ⅳ and Class Ⅴ by monitoring continuously indexes and was unable to meet the requirement of central drinking water source due to higher CODMn, TN and TP and eutrophic environment. The treatment measure including pollution source control and pollutant reduction was put forward for the sake of water quality improvement.

  Keyword: Erlongshan Reservoir; water quality evaluation; eutrophication; treatment measure

  二龍山水庫位于東遼河上游,流域面積3676平方公里,總庫容17.95億立方米,是吉林省中部一座以防洪、供水、灌溉為主,兼除澇、發(fā)電、養(yǎng)魚和旅游等綜合利用的大型水庫。近年來由于只重開發(fā),不重保護(hù),入庫水量逐漸減少,水質(zhì)不斷惡化,已嚴(yán)重威脅到流域內(nèi)人民的生產(chǎn)生活用水安全,制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。為了改善二龍山水庫水體污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀,必需對(duì)水庫水體中污染物的含量和分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析,對(duì)水體污染程度進(jìn)行總體評(píng)價(jià),并提出相應(yīng)的治理措施。

  1   二龍山水庫水質(zhì)的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)

  1.1  監(jiān)測(cè)斷面和項(xiàng)目

  2005年7月至11月,在二龍山水庫伊通入口、遼源入口、庫中心和庫大壩等4個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行了連續(xù)五個(gè)月的監(jiān)測(cè),每個(gè)取樣點(diǎn)位于水面下0.5米處。

  水質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)選取pH值、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、總氮、總磷、揮發(fā)酚、氰化物、鉛、鎘、汞、砷、六價(jià)鉻、氟化物、非離子氮、石油類、電導(dǎo)率等因子,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)。評(píng)價(jià)方法為單因子評(píng)價(jià)法,即將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的各項(xiàng)水質(zhì)因子實(shí)測(cè)平均濃度與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照,低于該類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的即為該類水質(zhì),超過V類水質(zhì)即為劣V類水質(zhì),以該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位污染最嚴(yán)重的因子作為此監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的綜合水質(zhì)類別。

  1.2  二龍山水庫水質(zhì)總體評(píng)價(jià)

  依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)二龍山水庫的水質(zhì)進(jìn)行總體評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果見表1,由表1可以看出二龍山水庫由于接納了東遼河和北大河輸入的大量工業(yè)廢水、生活污水和非點(diǎn)源污染物,監(jiān)測(cè)期間,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水質(zhì)類別均為Ⅳ類和Ⅴ類水質(zhì),無法滿足集中式生活飲用水源地的水質(zhì)要求(Ⅲ類)。四平市引水工程取水口位于庫大壩附近,而庫大壩水質(zhì)較差,均達(dá)不到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 二龍山水庫水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水質(zhì)類別超標(biāo)指標(biāo)
7月8月9月10月11月
伊通入口總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、石油類
遼源入口
庫中心
庫大壩

  1.3  污染物的變化和分布

  二龍山水庫主要污染物的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。從表二可以看出水庫主要超標(biāo)污染物是高錳酸鹽指數(shù)、總氮和總磷,以2005年8月庫大壩水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例,總氮濃度為1.60 mg/L,超過Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.6倍,總磷濃度為0.12 mg/L,超過標(biāo)準(zhǔn)1.4倍,高錳酸鹽指數(shù)為5.50 mg/L,超標(biāo)0.375倍。

表2 二龍山水庫水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

指標(biāo)位置月 份
7月8月9月10月11月
高錳酸鹽指數(shù)庫中心4.6005.8504.7705.6004.430
庫大壩4.8605.5005.6206.0003.880
伊通河口4.5605.5905.4504.0503.480
遼源河口4.4705.3305.2803.5302.900
氨氮庫中心0.2600.2200.1300.2400.100
庫大壩0.7900.2700.4400.3200.130
伊通河口0.2310.2200.0500.1650.067
遼源河口0.2930.2900.0300.2160.030
總氮庫中心1.7601.6801.4501.6801.200
庫大壩1.9201.6101.4001.6201.370
伊通河口2.0501.5201.6301.5401.170
遼源河口2.0601.6801.2001.5001.310
總磷庫中心0.0340.0320.0600.0620.073
庫大壩0.1310.1240.0640.0670.066
伊通河口0.0180.0160.0700.0640.062
遼源河口0.0370.0300.0700.0580.054

  4個(gè)斷面的總氮濃度全部達(dá)不到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),其中7月份為峰值,以后呈逐月遞減的趨勢(shì),雖然11月各斷面總氮降至1.50 mg/L左右,但仍超標(biāo)0.5倍左右??偭诐舛?,8月份除水庫大壩斷面為Ⅴ類水質(zhì),其余斷面均符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),9月份以后各斷面總磷濃度則均達(dá)不到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這說明豐水期地表徑流對(duì)水庫總磷稀釋作用明顯,同時(shí)通過農(nóng)業(yè)面源污染帶來大量的總磷污染物,導(dǎo)致豐水期過后,水庫總磷濃度逐漸上升。高錳酸鹽指數(shù)除個(gè)別斷面外,均為Ⅳ類水質(zhì),且月變化趨勢(shì)不明顯。

  從4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位來看,各主要污染物濃度在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的一般規(guī)律為庫大壩>庫中心>遼源入口>伊通入口,同一時(shí)間段內(nèi)庫大壩和庫中心的氮、磷濃度總體上均大于遼源入口和伊通入口,高錳酸鹽指數(shù)與兩入口濃度相當(dāng),表明二龍山水庫的水體自凈能力已經(jīng)相當(dāng)微弱,不足以改變污染物濃度嚴(yán)重超標(biāo)的狀況;同時(shí)也表明二龍山水庫庫區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染和內(nèi)源污染已相當(dāng)嚴(yán)重。遼源入口和伊通入口主要污染物為總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù),其中遼源入口7月總氮濃度為2.00 mg/L,超標(biāo)1倍。各斷面9月石油類污染物均超標(biāo),說明工業(yè)污染源仍然存在。

  四個(gè)斷面的pH值、溶解氧、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發(fā)酚、氰化物、鉛、鎘、汞、砷、六價(jià)鉻、氟化物、石油類、非離子氨等指標(biāo)也進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè),四個(gè)斷面石油類污染物9月份超標(biāo),7,8月份水庫大壩斷面非離子氮濃度超標(biāo),其它指標(biāo)均滿足Ⅰ類和Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

  1.4  水庫富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)

  二龍山水庫總氮和總磷污染嚴(yán)重,采用日本湖庫營養(yǎng)類型臨界值法(見表3)界定二龍山水庫的營養(yǎng)類型,可知二龍山水庫水體已呈富營養(yǎng)化狀態(tài),磷為限制因子;水庫水體pH值偏高,為7.9~8.1左右,屬偏堿性,是水體富營養(yǎng)化的特征之一,堿性水體易產(chǎn)生“水華”,使水體變色;在監(jiān)測(cè)期間庫區(qū)4個(gè)斷面溶解氧濃度均在5.8 mg/L以上,說明水庫水質(zhì)總體上還沒有受到富營養(yǎng)化影響而嚴(yán)重惡化,因此應(yīng)采取措施嚴(yán)格控制氮磷污染物的排放和輸入,抑制水體富營養(yǎng)化的進(jìn)一步發(fā)展。

  2   二龍山水庫綜合治理措施

  二龍山水庫水體治理的基本思路和對(duì)策主要包括以下四個(gè)方面:減少營養(yǎng)物質(zhì)的輸入量;削減庫區(qū)內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的蓄積量;擴(kuò)大營養(yǎng)物質(zhì)的輸出量;調(diào)整食物鏈的組合,利用食物鏈來實(shí)施控制,維護(hù)系統(tǒng)內(nèi)物流和能流的暢通,根據(jù)這一基本思路和二龍山水庫的污染現(xiàn)狀,提出以下治理措施。

表3 日本湖庫劃分富營養(yǎng)類型的臨界值

項(xiàng)目總氮總磷
貧營養(yǎng)0.02~0.200.002~0.020
中營養(yǎng)0.10~0.700.010~0.030
富營養(yǎng)0.50~1.300.010~0.090

   2.1  有效控制外源污染

  進(jìn)一步完善流域內(nèi)城市生活污水和工業(yè)廢水的截流和治理工程,務(wù)必使這些污水達(dá)標(biāo)排放,減少和控制二龍山水庫的點(diǎn)源污染;以二龍山水庫為中心,在匯水范圍內(nèi)建立生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū),在農(nóng)業(yè)區(qū)發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè),采取增施有機(jī)肥、配方施肥、化肥深施等措施,提高化肥利用率,減少流失量;同時(shí)控制農(nóng)藥、殺蟲劑的使用,在水庫四周建立緩沖帶,植樹種草,滯留過濾污染物,凈化水質(zhì),減少農(nóng)業(yè)面源污染。

  2.2  底泥的環(huán)保疏浚

  水庫的外源污染有效控制后,底泥中的氮、磷等營養(yǎng)鹽會(huì)不斷釋放到水中,形成嚴(yán)重的內(nèi)源污染,因此必須對(duì)污染嚴(yán)重的底泥進(jìn)行疏浚處理,底泥環(huán)保疏浚是通過挖除表層的污染底泥,減少底泥污染物的釋放,進(jìn)而減少庫內(nèi)污染源,增加水庫容量,并可以控制水生植物的生長。

  環(huán)保疏浚的一個(gè)重要特點(diǎn)是要考慮到為疏浚區(qū)水生生態(tài)系統(tǒng)的重建創(chuàng)造條件,關(guān)鍵和難點(diǎn)在于科學(xué)地確定重要的疏浚參數(shù),以及在疏浚過程中應(yīng)該選用何種疏浚工藝、環(huán)保疏浚關(guān)鍵設(shè)備和相應(yīng)的二次污染防治技術(shù),例如避免擴(kuò)散及細(xì)顆粒物再懸浮、底泥和余水處置等。

  相比傳統(tǒng)底泥疏浚方式,利用精確疏浚技術(shù)雖然初期投資較大,但可減少疏浚污泥量,減輕對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞,綜合效益顯著[1]。

  2.3  疏浚污泥的處理措施

  為避免對(duì)環(huán)境造成二次污染,應(yīng)對(duì)疏浚后的污泥進(jìn)行合適的處置與處理,實(shí)現(xiàn)無害化和資源化,具體措施包括:

  (1)直接利用淤泥制磚,直接利用淤泥制磚是一種變廢為寶的處理方法,不但減少了因淤泥堆放對(duì)耕地的侵占,同時(shí)緩解了磚瓦廠土源緊張和農(nóng)田的取土破壞,社會(huì)和環(huán)境效益顯著;

  (2)淤泥置換田土,田土用于制磚;

  (3)利用淤泥肥田沃土,改良土壤,在雜質(zhì)較少的富營養(yǎng)化河段,可用泥漿泵從排干的河道將河泥稀釋過濾后,輸送到稻田里,進(jìn)行土壤改良。

  對(duì)于沒有條件直接用于制磚的淤泥可以在城鎮(zhèn)建設(shè)中用作低洼地填高或抬高河道兩岸農(nóng)田高程,在沿江地帶堤防建設(shè)、平原河網(wǎng)地區(qū)圩區(qū)整治中可利用河道淤泥加高加固堤防,在易洪易澇地區(qū)可考慮設(shè)置堆放場(chǎng),作防洪搶險(xiǎn)備料等。

  2.4  生態(tài)治理工程技術(shù)

  對(duì)二龍山水庫系統(tǒng)內(nèi)原有組分的種類和它們之間的比例進(jìn)行調(diào)整,建立新的食物鏈組合,改變氮、磷等營養(yǎng)鹽的流轉(zhuǎn)途徑,減少其流向藻類的量。例如,可適當(dāng)放養(yǎng)貝類(蚌、螺等),利用它們以藻類為食的特點(diǎn),抑制藻類的生長。藻類的密度降低后,系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境條件改變了,具有相同生態(tài)位的水生植物就會(huì)占據(jù)原來屬于藻類的生存空間,并輔以必要的人工手段。水生植物密度的增大,提高了對(duì)營養(yǎng)鹽的吸納量,當(dāng)水生植物達(dá)到一定的密度后,再放養(yǎng)食植性魚類,這樣既可以通過食植性魚類控制水生植物的密度,又可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)和能量加以利用,通過適當(dāng)控制食植性魚類和貝類的捕撈量,使它們之間保持一個(gè)適當(dāng)?shù)谋壤?。系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)和能量可沿著水生植物→食植性魚類和藻類→貝類兩條途徑被利用。這樣有機(jī)物和營養(yǎng)鹽就轉(zhuǎn)化成提高捕撈量的有利因素。另外,還可以采取人工撈藻或用除藻機(jī)除藻、種植高等水生植物蘆葦、鳳眼蓮等方法,吸納并去除湖水中多余的營養(yǎng)鹽。

  2.5  底泥氧化技術(shù)

  底泥營養(yǎng)鹽的釋放與底部水體溶解氧缺乏、氧化還原電位下降相關(guān),通過物理或化學(xué)方法增加底部水體的溶解氧,可以減少污染物的釋放。具體措施包括破壞分層和人工曝氣等。

  破壞水體的分層可以促進(jìn)上、下層水體混合,增加底層水體的溶解氧,防止出現(xiàn)厭氧狀態(tài),以減少底泥中磷和重金屬等的釋放。破壞分層通常有以下幾種途徑:在湖泊底部布設(shè)曝氣系統(tǒng),如穿孔管和曝氣器等,由岸邊的空氣壓縮機(jī)供氣,當(dāng)曝氣量足夠大時(shí),造成水體的豎向混合;在湖面上設(shè)置浮動(dòng)平臺(tái),安裝水泵,將表層水引入底層,造成異重流;使用特定曝氣設(shè)備,將底層水提升至水面,造成異重流,在此過程中同時(shí)完成曝氣等。

  人工曝氣通過對(duì)底層水進(jìn)行曝氣,可以減少水體混合引起的不利影響[2]。人工曝氣可以采取以下幾種形式:使用特定曝氣設(shè)備,將底層水提升至表面,在此過程中同時(shí)完成曝氣,與破壞分層技術(shù)中曝氣不同的是,深水曝氣后的水直接返回底層,因而不會(huì)破壞湖泊分層;在湖泊底部布設(shè)曝氣系統(tǒng),但其曝氣量以及氣泡能量不足以破壞分層,通常采用純氧曝氣,使用微孔曝氣器,提高氣體的吸收效率,同時(shí)減少曝氣對(duì)分層的擾動(dòng)。

  2.6  底泥封閉技術(shù)

  通過投加化學(xué)試劑,固定水體和底泥中的營養(yǎng)鹽(主要是磷),并在底泥表面形成覆蓋層,阻止底泥向水體釋放營養(yǎng)物。工程中應(yīng)用較多的試劑是鋁鹽,如Al2(SO4)3和NaAlO2,因?yàn)殇X鹽與磷形成的絡(luò)合物或聚合物性質(zhì)比較穩(wěn)定,可有效阻止磷的重新釋放,另外,鋁鹽水解形成的絮體,可以吸附水中有機(jī)物、含磷化合物等膠體粒子。鋁鹽對(duì)磷酸鹽去除效果較好,同時(shí)部分藻類也會(huì)隨之沉淀。但是有些藻類會(huì)消耗大量混凝劑,因此在藻類較少時(shí)投加試劑,除磷效果會(huì)更好。底泥封閉技術(shù)可以大大降低水體中磷的濃度,隨后水體會(huì)出現(xiàn)藍(lán)藻減少,浮游生物量下降,透明度增加等水質(zhì)改善的現(xiàn)象[3]

  應(yīng)該指出的是,這些沉降于湖底表面的物質(zhì),會(huì)因湖水?dāng)噭?dòng)和其他因素的作用,使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)重新回到水體中,并減少水庫庫容,所以這種方法長期作用不大,一般來說僅可作為二龍山水庫水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重惡化時(shí)的臨時(shí)應(yīng)急措施。

  3  結(jié)語

  二龍山水庫總體水質(zhì)為Ⅳ類和Ⅴ類,不符合集中式生活飲用水水源地水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);水體氮、磷污染嚴(yán)重,pH值偏高,呈現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài);庫區(qū)水體自凈能力已相當(dāng)微弱,內(nèi)源污染和農(nóng)業(yè)面源污染已成為水體的重要污染源。對(duì)二龍山水庫的綜合治理已刻不容緩,二龍山水庫的綜合治理是復(fù)雜的系統(tǒng)工程,必須根據(jù)污染程度,結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件和各種治理技術(shù)的運(yùn)用效果、經(jīng)濟(jì)性、適用性、環(huán)境影響及與其它技術(shù)的相關(guān)性,將多種措施和技術(shù)結(jié)合起來,才能取得顯著的效果。

  參考文獻(xiàn)

  [1] 顏昌宙,范成新,楊建華,金相燦,趙景柱.湖泊底泥環(huán)保疏峻技術(shù)展望[J].環(huán)境污染與防治,2004,26(3):189~192.

  [2] 張捷鑫,吳純徳,陳維平等.污染河道治理技術(shù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)科學(xué),2005,24(2):178~181.

  [3] 敖  靜.污染底泥釋放控制技術(shù)的研究進(jìn)展[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2004(30):29~32.

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