二龙山水库水体污染评价及治理措施

尹  军，赵  可，刘志生

(吉林建筑工程学院 水污染控制与资源化利用吉林省重点实验室, 长春 130021)

　　摘要：连续监测和分析了二龙山水库的水质，对水污染程度进行了评价，水库高锰酸盐指数、总氮和总磷超标严重，呈现富营养化状态，总体水质为Ⅳ类和Ⅴ类，已无法满足集中式生活饮用水水源地的水质要求。针对水库污染严重的现状，提出了控制污染源、削减污染物的综合治理措施。

　　关键词：二龙山水库；水质评价；富营养化；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 COD_Mn, 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

　　二龙山水库位于东辽河上游，流域面积3676平方公里，总库容17.95亿立方米，是吉林省中部一座以防洪、供水、灌溉为主，兼除涝、发电、养鱼和旅游等综合利用的大型水库。近年来由于只重开发，不重保护，入库水量逐渐减少，水质不断恶化，已严重威胁到流域内人民的生产生活用水安全，制约了当地的经济发展。为了改善二龙山水库水体污染严重的现状，必需对水库水体中污染物的含量和分布进行监测和分析，对水体污染程度进行总体评价，并提出相应的治理措施。

　　1   二龙山水库水质的监测和评价

　　1.1  监测断面和项目

　　2005年7月至11月，在二龙山水库伊通入口、辽源入口、库中心和库大坝等4个水质监测断面进行了连续五个月的监测，每个取样点位于水面下0.5米处。

　　水质评价参数选取pH值、生化需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总氮、总磷、挥发酚、氰化物、铅、镉、汞、砷、六价铬、氟化物、非离子氮、石油类、电导率等因子，评价标准参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)。评价方法为单因子评价法，即将各监测点位的各项水质因子实测平均浓度与评价标准进行对照，低于该类水质标准的即为该类水质，超过V类水质即为劣V类水质，以该监测点位污染最严重的因子作为此监测点位的综合水质类别。

　　1.2  二龙山水库水质总体评价

　　依据水质监测数据对二龙山水库的水质进行总体评价，评价结果见表1，由表1可以看出二龙山水库由于接纳了东辽河和北大河输入的大量工业废水、生活污水和非点源污染物，监测期间，各监测点位水质类别均为Ⅳ类和Ⅴ类水质，无法满足集中式生活饮用水源地的水质要求(Ⅲ类)。四平市引水工程取水口位于库大坝附近，而库大坝水质较差，均达不到Ⅲ类水质标准。

表1 二龙山水库水质评价结果

　　1.3  污染物的变化和分布

　　二龙山水库主要污染物的监测数据如表2所示。从表二可以看出水库主要超标污染物是高锰酸盐指数、总氮和总磷，以2005年8月库大坝水质监测数据为例，总氮浓度为1.60 mg/L，超过Ⅲ类水质标准0.6倍，总磷浓度为0.12 mg/L，超过标准1.4倍，高锰酸盐指数为5.50 mg/L，超标0.375倍。

表2 二龙山水库水质监测数据

　　4个断面的总氮浓度全部达不到Ⅲ类水质标准，其中7月份为峰值，以后呈逐月递减的趋势，虽然11月各断面总氮降至1.50 mg/L左右，但仍超标0.5倍左右。总磷浓度7，8月份除水库大坝断面为Ⅴ类水质，其余断面均符合Ⅲ类水质标准，9月份以后各断面总磷浓度则均达不到Ⅲ类水质标准。这说明丰水期地表径流对水库总磷稀释作用明显，同时通过农业面源污染带来大量的总磷污染物，导致丰水期过后，水库总磷浓度逐渐上升。高锰酸盐指数除个别断面外，均为Ⅳ类水质，且月变化趋势不明显。

　　从4个监测点位来看，各主要污染物浓度在各监测点位的一般规律为库大坝＞库中心＞辽源入口＞伊通入口，同一时间段内库大坝和库中心的氮、磷浓度总体上均大于辽源入口和伊通入口，高锰酸盐指数与两入口浓度相当，表明二龙山水库的水体自净能力已经相当微弱，不足以改变污染物浓度严重超标的状况；同时也表明二龙山水库库区的农业面源污染和内源污染已相当严重。辽源入口和伊通入口主要污染物为总氮、总磷和高锰酸盐指数，其中辽源入口7月总氮浓度为2.00 mg/L，超标1倍。各断面9月石油类污染物均超标，说明工业污染源仍然存在。

　　四个断面的pH值、溶解氧、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、挥发酚、氰化物、铅、镉、汞、砷、六价铬、氟化物、石油类、非离子氨等指标也进行了连续监测，四个断面石油类污染物9月份超标，7，8月份水库大坝断面非离子氮浓度超标，其它指标均满足Ⅰ类和Ⅱ类水质标准。

　　1.4  水库富营养化评价

　　二龙山水库总氮和总磷污染严重，采用日本湖库营养类型临界值法(见表3)界定二龙山水库的营养类型，可知二龙山水库水体已呈富营养化状态，磷为限制因子；水库水体pH值偏高，为7.9~8.1左右，属偏碱性，是水体富营养化的特征之一，碱性水体易产生“水华”，使水体变色；在监测期间库区4个断面溶解氧浓度均在5.8 mg/L以上，说明水库水质总体上还没有受到富营养化影响而严重恶化，因此应采取措施严格控制氮磷污染物的排放和输入，抑制水体富营养化的进一步发展。

　　2   二龙山水库综合治理措施

　　二龙山水库水体治理的基本思路和对策主要包括以下四个方面：减少营养物质的输入量；削减库区内营养物质的蓄积量；扩大营养物质的输出量；调整食物链的组合，利用食物链来实施控制，维护系统内物流和能流的畅通，根据这一基本思路和二龙山水库的污染现状，提出以下治理措施。

表3 日本湖库划分富营养类型的临界值

　　 2.1  有效控制外源污染

　　进一步完善流域内城市生活污水和工业废水的截流和治理工程，务必使这些污水达标排放，减少和控制二龙山水库的点源污染；以二龙山水库为中心，在汇水范围内建立生态环境保护区，在农业区发展精准农业，采取增施有机肥、配方施肥、化肥深施等措施，提高化肥利用率，减少流失量；同时控制农药、杀虫剂的使用，在水库四周建立缓冲带，植树种草，滞留过滤污染物，净化水质，减少农业面源污染。

　　2.2  底泥的环保疏浚

　　水库的外源污染有效控制后，底泥中的氮、磷等营养盐会不断释放到水中，形成严重的内源污染，因此必须对污染严重的底泥进行疏浚处理，底泥环保疏浚是通过挖除表层的污染底泥，减少底泥污染物的释放，进而减少库内污染源，增加水库容量，并可以控制水生植物的生长。

　　环保疏浚的一个重要特点是要考虑到为疏浚区水生生态系统的重建创造条件，关键和难点在于科学地确定重要的疏浚参数，以及在疏浚过程中应该选用何种疏浚工艺、环保疏浚关键设备和相应的二次污染防治技术，例如避免扩散及细颗粒物再悬浮、底泥和余水处置等。

　　相比传统底泥疏浚方式，利用精确疏浚技术虽然初期投资较大，但可减少疏浚污泥量，减轻对生态系统的破坏，综合效益显著^[1]。

　　2.3  疏浚污泥的处理措施

　　为避免对环境造成二次污染，应对疏浚后的污泥进行合适的处置与处理，实现无害化和资源化，具体措施包括：

　　(1)直接利用淤泥制砖，直接利用淤泥制砖是一种变废为宝的处理方法，不但减少了因淤泥堆放对耕地的侵占，同时缓解了砖瓦厂土源紧张和农田的取土破坏，社会和环境效益显著；

　　(2)淤泥置换田土，田土用于制砖；

　　(3)利用淤泥肥田沃土，改良土壤，在杂质较少的富营养化河段，可用泥浆泵从排干的河道将河泥稀释过滤后，输送到稻田里，进行土壤改良。

　　对于没有条件直接用于制砖的淤泥可以在城镇建设中用作低洼地填高或抬高河道两岸农田高程，在沿江地带堤防建设、平原河网地区圩区整治中可利用河道淤泥加高加固堤防，在易洪易涝地区可考虑设置堆放场，作防洪抢险备料等。

　　2.4  生态治理工程技术

　　对二龙山水库系统内原有组分的种类和它们之间的比例进行调整，建立新的食物链组合，改变氮、磷等营养盐的流转途径，减少其流向藻类的量。例如，可适当放养贝类(蚌、螺等)，利用它们以藻类为食的特点，抑制藻类的生长。藻类的密度降低后，系统内的环境条件改变了，具有相同生态位的水生植物就会占据原来属于藻类的生存空间，并辅以必要的人工手段。水生植物密度的增大，提高了对营养盐的吸纳量，当水生植物达到一定的密度后，再放养食植性鱼类，这样既可以通过食植性鱼类控制水生植物的密度，又可以对系统内的物质和能量加以利用，通过适当控制食植性鱼类和贝类的捕捞量，使它们之间保持一个适当的比例。系统内的物质和能量可沿着水生植物→食植性鱼类和藻类→贝类两条途径被利用。这样有机物和营养盐就转化成提高捕捞量的有利因素。另外，还可以采取人工捞藻或用除藻机除藻、种植高等水生植物芦苇、凤眼莲等方法，吸纳并去除湖水中多余的营养盐。

　　2.5  底泥氧化技术

　　底泥营养盐的释放与底部水体溶解氧缺乏、氧化还原电位下降相关，通过物理或化学方法增加底部水体的溶解氧，可以减少污染物的释放。具体措施包括破坏分层和人工曝气等。

　　破坏水体的分层可以促进上、下层水体混合，增加底层水体的溶解氧，防止出现厌氧状态，以减少底泥中磷和重金属等的释放。破坏分层通常有以下几种途径：在湖泊底部布设曝气系统，如穿孔管和曝气器等，由岸边的空气压缩机供气，当曝气量足够大时，造成水体的竖向混合；在湖面上设置浮动平台，安装水泵，将表层水引入底层，造成异重流；使用特定曝气设备，将底层水提升至水面，造成异重流，在此过程中同时完成曝气等。

　　人工曝气通过对底层水进行曝气，可以减少水体混合引起的不利影响^[2]。人工曝气可以采取以下几种形式：使用特定曝气设备，将底层水提升至表面，在此过程中同时完成曝气，与破坏分层技术中曝气不同的是，深水曝气后的水直接返回底层，因而不会破坏湖泊分层；在湖泊底部布设曝气系统，但其曝气量以及气泡能量不足以破坏分层，通常采用纯氧曝气，使用微孔曝气器，提高气体的吸收效率，同时减少曝气对分层的扰动。

　　2.6  底泥封闭技术

　　通过投加化学试剂，固定水体和底泥中的营养盐(主要是磷)，并在底泥表面形成覆盖层，阻止底泥向水体释放营养物。工程中应用较多的试剂是铝盐，如Al₂(SO₄)₃和NaAlO₂，因为铝盐与磷形成的络合物或聚合物性质比较稳定，可有效阻止磷的重新释放，另外，铝盐水解形成的絮体，可以吸附水中有机物、含磷化合物等胶体粒子。铝盐对磷酸盐去除效果较好，同时部分藻类也会随之沉淀。但是有些藻类会消耗大量混凝剂，因此在藻类较少时投加试剂，除磷效果会更好。底泥封闭技术可以大大降低水体中磷的浓度，随后水体会出现蓝藻减少，浮游生物量下降，透明度增加等水质改善的现象^[3]。

　　应该指出的是，这些沉降于湖底表面的物质，会因湖水搅动和其他因素的作用，使营养物质重新回到水体中，并减少水库库容，所以这种方法长期作用不大，一般来说仅可作为二龙山水库水体富营养化严重恶化时的临时应急措施。

　　3  结语

　　二龙山水库总体水质为Ⅳ类和Ⅴ类，不符合集中式生活饮用水水源地水质标准；水体氮、磷污染严重，pH值偏高，呈现富营养化状态；库区水体自净能力已相当微弱，内源污染和农业面源污染已成为水体的重要污染源。对二龙山水库的综合治理已刻不容缓，二龙山水库的综合治理是复杂的系统工程，必须根据污染程度，结合当地的实际条件和各种治理技术的运用效果、经济性、适用性、环境影响及与其它技术的相关性，将多种措施和技术结合起来，才能取得显著的效果。

　　参考文献

　　[1] 颜昌宙,范成新,杨建华,金相灿,赵景柱.湖泊底泥环保疏峻技术展望[J].环境污染与防治,2004,26(3):189~192.

　　[2] 张捷鑫,吴纯徳,陈维平等.污染河道治理技术研究进展[J].生态科学,2005,24(2):178~181.

　　[3] 敖  静.污染底泥释放控制技术的研究进展[J].环境保护科学,2004(30):29~32.