宁波市亭下水库总氮超标情况成因分析

赵洋甬 马静军 杨树生 肖国起 蒋蕾蕾

(宁波市环境监测中心,浙江 宁波 315000)

总氮是水体中所含的有机氮和无机氮化合物的总和,包括可溶性及悬浮颗粒中的含氮化合物,主要为硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮 (铵盐)等无机氮化合物和有机氮化合物[1]。有机氮化合物由于受微生物作用分解成无机氮,消耗水体中的溶解氧,造成水体发黑发臭,水质恶化。而当无机氮含量升高到一定浓度时,则可促进藻类的大量生长繁殖,使水中溶解氧急剧下降,鱼类大量死亡,导致水体富营养化。水体富营养化程度与总氮含量密切相关,因此总氮是反映湖泊、水库受污染程度及营养盐水平的重要指标之一,是控制湖泊、水库富营养化的特定项目[2]。

亭下水库位于奉化溪口,长期存在总氮超标现象,且多次发生藻类异常增殖,故2009年,我们对其总氮超标情况的成因进行了调查和分析。

1 调查方法和点位设置

1.1 水质总氮的监测及评价方法

采样:为了全面、客观地反映水库水质总氮含量及分布情况,按 《水和废水监测分析方法》监测点位的布设原则[2],根据水库面积、形状、水文特点及库内及周边污染源分布状况,布设监测点,部分点位分层采集上层水 (水面下0.5m处)、中层水、底层水 (水底上0.5m处)。

分析:总氮分析采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[3]。

评价:将总氮监测结果,采用水环境评价通用的单项标准指数法,以 《地表水环境质量标准》[4]Ⅲ类水质标准 (总氮≤1.0mg/L)作为评价标准,对水库水质进行评价,并确定水质等级。

1.2 点位设置

亭下水库属于半封闭型湖库,本次调查分别在其坝前、中心、上游设置采样点,如图1所示。

图1 亭下水库点位分布图

1.3 数据的质量控制

对监测数据中10%的样品进行平行样加测分析,并加做质控样,以保证数据分析的准确性。对不能及时分析的样品用硫酸调至pH=2冷藏保存[2]。

2 调查结果

2.1 亭下水库三氮时空变化

表1 亭下水库三氮时空变化

图2 2009年亭下水库总氮时空变化

2.2 亭下水库三氮垂直变化

表2 亭下水库坝前三氮分层数据汇总

3 结果分析

3.1 水体中氮元素主要存在形式

水中氮的存在形式主要是有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮四类。水中的氮化合物开始很不稳定,最初进入水体的通常是复杂的有机氮,经水中微生物分解,逐渐变成简单的氮化合物,最终转化为硝酸盐氮。

对不同采样点水样中的总氮及氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮含量进行分析,如图3所示。

硝酸盐氮含量占总氮含量的62%～76%,氨氮含量占总氮含量的2%～9%,亚硝酸盐氮含量占总氮含量比例趋近于0%,说明该水体的总氮主要以硝酸盐氮的形式存在,其次为有机氮。

图3 水体氮元素存在形式分析(2009年亭下水库)

硝酸盐氮是含氮有机物氧化分解的最终产物,其含量的偏高表明该水体曾经受到过含氮有机物污染。有机氮含量为20%左右,说明水体还存在一定污染,水体自净过程还在进行中。

3.2 受上游来水影响

亭下水库的上游由山上溪水汇集而成。由图2可直观地看到虽然上游总氮含量也超过1mg/L的Ⅲ类水标准,氮其一年内的含量基本都低于中心和坝前浓度值。

所以,亭下上游来水不是亭下水库总氮含量超标的主要原因。

3.3 降水对总氮的影响

亭下水库位于奉化江支流剡江上游的亭下村,属东南沿海亚热带季风气候区,总库容1.53亿m3,集雨面积176km2,年降水量1387mm。

充沛的降雨量使得降水成为影响水体总氮含量的一个重要因素。

一方面,雨水本身含有的含氮污染物进入水体。另一方面,降水过程中,在雨水的淋洗、冲刷作用下,地表的可溶性含氮污染物首先随着径流量的增加,对地表的冲刷作用增强,不仅溶解性污染物增多,不溶性的泥沙也被径流携带进入水体,从而使的水库中各种含氮污染物的含量急剧升高。

3.4 库区鱼类养殖对水体总氮的影响

亭下湖内现有鱼类养殖品种有加州鲤鱼、罗非鱼、河鳗、河虾等。养殖面积约为整个湖库面积的1/4左右,养鱼产生的污染物,如鱼饲料、鱼药、化肥、鱼粪等对水体总氮也有着一定的影响。

根据测算,养殖一吨淡水鱼,产生的粪便相当于20头肥猪的粪便量,其中污染最重的是投饵。

由于局部投饵的结果,网箱内营养物质的含量明显高于网箱外,然而所投的营养物质并不能被鱼体完全消化吸收,从而对水体会造成局部乃至大面积影响。

3.5 水土流失及农业面源对总氮的影响

良好的森林植被可以防止营养物质的过多流失,对氮有很好的固定作用。目前湖库周边已种植竹类作物为主,所种植竹种根鞭发达,固土力强,庞大的鞭根形成一种密集的网络,无数细小的竹根与土壤紧紧结合在一起,大大减少了土壤的流失,所以库区水土流失率较低,水土流失不是造成湖库内总氮负荷的主要因素。

另一方面,竹子在培育过程中需要用到肥料、农药等,由于植物的利用效率有限,大部分会向湖库扩散或在雨水的冲刷下经由地表径流流入湖库,这些含氮污染物可能是湖库内总氮含量增加的重要。

3.6 藻类生物繁殖对总氮的影响

由于藻类生物特别是蓝藻生物有着较强的固氮作用,在适宜的温度、光照、水文以及营养盐等因素共同作用下,藻类生物的异常快速增殖必然会导致水体中氮元素大量向藻体内富集,底泥中的氮元素在水体动力学因素影响下向上覆水体释放扩散,导致水体中氮元素含量明显升高。

如图2所示,10月29日发生微囊藻水华时,其总氮含量有明显增高。此外,如表2所示,由于藻类生物的向光性,白天表层(水面下0.5m)藻类较多,所以采集到的含藻水样浓度较下层高出许多且高出的总氮以有机氮形式存在。

综上所述,藻类生物的增殖对水体总氮的增加有着显著影响。

3.7 其他影响因素调查

经调查,水库周边居民均已迁徙,外来游客也较少,故水体来自生活污水和生活垃圾的影响较小,可以忽略。水库周边也无规模化畜禽养殖、定点屠宰场,周边企业污水均接入管网,不会对水库水质产生影响。

3.8 自来水厂的总氮去除效率调查

亭下水库的水主要经肖镇泵站供往南郊水厂。2009年8月,对该厂自来水出水水质测定结果为1.42mg/L,较8月亭下坝前中层(较接近于取水口)的总氮含量(1.63mg/L)减少13%。水厂对总氮的去除率较低。

4 库区总氮超标控制措施

要防止库区内总氮含量超标,就必须从根本上减少外源氮元素的排入,并采取措施减少湖库内部氮元素浓度。主要措施如下。

第一,严格控制外源性营养盐的输入。应加大力宣传和管理力度,严格控制库区鱼类养殖面积,并严厉打击违规投放鱼饵、鱼药行为;加强库区流域农业用地管理,合理规划农业用地;推广根据土壤肥力检测结果合理使用化肥的技术,严格按照《农药管理使用准则》科学用药。

第二,减少水体内部营养盐浓度。如开展内源污染清除工程(污染底泥环保疏浚),建设有效的生态浮岛等。

5 结 论

(1)亭下水库水体的总氮主要以硝酸盐氮的形式存在,其次为有机氮。

(2)降水、库区鱼类养殖、农业面源污染、藻类生物增殖是该水体总氮超标的重要原因。

(3)库区总氮超标的控制应从严格控制外源性营养盐的输入和减少水体内部营养盐浓度两方面着手进行。

[1]大连工学院污迹化学教研室.无机化学[M].北京:人民出版社,1982

[2]国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,2002

[3]GB 11893-89水质总氮的测定紫外分光光度法[S].北京:中国标准出版社,1989

[4]GB3838-2002地表水环境质量标准[S].北京:中国标准出版社,2002