典型小型乡镇水库枯水期污染物特征研究

李 飚，雷 平，游正锣，罗光华，李 春，姚玉兰

（1.四川省泸州市环境保护监测站，四川 泸州646000；2.四川省泸县环监站，四川 泸县646100）

近年来，随着全球气候变暖趋势的日益增强，在我国许多地区常出现严重的旱灾，缺水地区的小型乡镇水库在枯水期有时还伴随着污染事故，水库水质中的pH值、总氮、总磷和高锰酸盐指数等指标出现不同程度的超标，影响着乡镇饮用水质量安全和农业灌溉安全。分析发现，影响pH值的因素主要有酸碱性物质输入造成的污染，水库周围土壤酸碱性和酸雨造成的影响，水量增减（降雨与蒸发总磷的因素主要有含氨氮、硝氮和磷酸盐输入造成的污染；影响高锰酸盐指数的因素主要有水体易氧等）和温度变化引起pH值改变，藻类生长使溶解氧发生变化从而引起pH值的增减等［1］。本研究结合四川省合江县白米乡流沟水库枯水期污染物特征进行实地研究。

1 合江县白米乡流沟水库

1.1 基本情况

白米乡位于四川省合江县长江北岸，幅员面积74平方公里，人口4万多人，属准南亚热带湿润性气候，年平均气温为18.2℃，年最高温度43.1℃，最低温度－1.2℃，夏季日照充足，雨量充沛，春秋季雨量较少，年均降雨量1 184.2mm，蒸发量670mm。流沟水库为塘库型，蓄水量为40万m3，为该乡5 000多居民提供饮用水和农业灌溉用水，采用次氯酸钠消毒处理工艺。该水库属于我国南方地区一个典型的小型乡镇水库，枯水期的水质感官、色度和透明度都较差，常出现富营养化现象。

1.2 水质污染物超标情况

合江县环监站于2010年4月6日对20个乡镇集中式饮用水源地水质展开了调查，结果发现，白米乡流沟水库水质的pH值、总氮、总磷和高锰酸盐指数都劣于《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）Ⅲ类水域标准，又于5月30日进行了加密监测，结果因降雨使水质得到了一定改善，除总磷仍超标外，其余指标均达标。该水库水质超标事件引起了泸州市环保局的高度重视，随后专门组织市环监站的技术人员分别在枯平丰水期对该乡镇水库进行了几次加密监测，对超标原因进行分析，以期说清环境，让群众喝上无污染的饮用水，彻底解决典型小型乡镇水库枯水期的污染问题。

1.3 监测结果及评价

市县两级环监站分别于2010年4月6日、5月30日、7月1日、8月1日和12月30日对白米乡流沟水库乡镇饮用水进行了5次水质监测，其中4月6日和12月30日为水库枯水期，5月30日为平水期，7月1日和8月1日为丰水期，监测的整个过程均按国家相关规定执行，水库水质监测结果见表1。

表1 水库水质监测结果

由监测可知，该水库在枯水期监测的pH值、总氮、总磷和高锰酸盐指数都超过《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）Ⅲ类水域标准规定的要求。其中4月6日监测的pH值超标0.38～0.41个pH单位，总氮超标0.2倍，总磷超标1.7倍，高锰酸盐指数超标0.3倍；12月30日监测的pH值超标0.27～0.33个pH单位，总氮超标0.2倍，总磷超标2.1倍，高锰酸盐指数超标0.4倍；而这2次监测的氨氮和溶解氧都符合该标准规定的要求。在平水期和丰水期的监测项目中，除总磷外，其余指标均达标，其中总磷5月30日超标1.4倍，7月1日超标0.9倍，8月1日超标1.1倍。

2 水质污染物超标原因分析

通过监测和实地调研，该水库在枯水期的水质pH值等指标有一定程度的超标，超标原因如下：

（1）塘库型水源的枯水期库内水量较小，对污染物的缓冲性较低，一旦有碱性污染物输入，靠水库自净处理污染物的能力较差。由于水库枯水期监测时比较干旱，随着水量的减少使输入性的碱性污染物得到一定程度的浓缩，pH值增加到一定程度就会超标。

（2）该水库水源主要来自周边的农田灌溉水和土壤富余雨水。通过对土壤施肥情况的调查了解到，在春播前先要在田间埋上一层较厚的底肥，主要有农家肥和草木灰等，溶于水就会显碱性；春播于3月1日左右开始插秧，3月10日再添加尿素、碳铵和复合磷肥等化肥，由于农田雨水径流造成大量的含氮和含铵离子的化肥排入水库中引起4月6日春季枯水期监测时总氮和pH值提高。

（3）据调查，该水库曾搞过养殖业，农户在水库中放养家禽，原有的家禽粪便沉积在底泥里，其中含氨氮、亚硝氮和硫化物；在春冬两个枯水期采样时鱼还未捕捞完，鱼会排泄出含铵的粪便，使水质恶化，引起pH值超过标准上限，同时也造成高锰酸盐指数超标。

（4）据相关资料可知，藻类生长与pH值和溶解氧间存在一定的相互关系［2］。水库水体富营养化使藻类繁殖过盛，通过呼吸和光合作用影响碳酸盐间的平衡，光合作用与碳酸盐平衡体系如下：

HCO3－浓度决定了藻类生长转化数量，并影响着pH值的变化。藻类生长吸收大量CO2会使溶解氧增加甚至达过饱和，使得pH值亦增加，同时部分藻类对有机酸和重碳酸盐吸收也会引起pH值的升高［3］；而藻类呼吸作用产生的CO2溶于水中促进H＋生成会引起pH值下降，光合作用产生的O2远大于呼吸作用所需的O2。pH值的变化规律：藻类光合作用合成生成O2，随着藻类的增加，溶解氧含量增加，pH值亦将增加。所以乡镇水库枯水期藻类生长繁殖对pH值产生的影响也是造成其超过标准上限值的原因之一，pH值和溶解氧变化关系曲线见图1。

（5）从4月6日到12月30日，随着降雨量的增减，碱性物质和污染物不断地被稀释或浓缩，各污染指标也不断地降低或增大。合江县为酸雨控制区，降雨会使水库中水的pH值降低。据县环监站的监测数据，2010年全年白米乡降水量为1 024.2mm；pH值范围为5.09～6.86，酸雨频率为34.4%。pH值与降雨量的变化关系曲线见图2，总氮、总磷、氨氮浓度与降雨量的变化关系曲线见图3，高锰酸盐指数、溶解氧与降雨量的变化关系曲线见图4。

图1 pH值和溶解氧变化关系曲线

图2 pH值与降雨量的变化关系曲线

图3 总氮、总磷、氨氮浓度与降雨量的变化关系曲线

图4 高锰酸盐指数、溶解氧与降雨量的变化关系曲线

（6）藻类进行光合作用需吸收一定量的CO2，会影响到pH值出现一定的日变化规律。通常每天日出后pH值开始逐渐上升，至下午16：30～17：30达最大值，然后开始逐渐下降，直至第2天日出前达最小值，如此循环往复。4月6日采样时间在16：30左右，而12月30日采样时间在17：30左右，为理论上pH值变化的最高时段，所以有可能因采样时间段的原因造成pH值超过标准的上限值。

（7）水库底泥残留物和农田底肥及生活污水中都含有易氧化的有机物、亚硝酸盐和硫化物是造成高锰酸盐指数超标的主要原因；雨季农田水中带入的氨氮、硝氮和磷酸盐分别造成总氮和总磷超标，水体富营养化是一个动态过程，总磷是导致其形成的主因，还与总氮、水温及水体特征（水库面积、水源、形状、流速和水深等）有关，总磷、氨氮和总氮的浓度变化关系曲线见图5。

图5 总磷、氨氮和总氮浓度变化关系曲线

3 水污染防治对策

3.1 工程性处理措施

（1）改造水库修建水泥池体和防水堤坝，防止土壤和农田灌溉水、雨水对水体的影响。

（2）定期挖掘底泥进行疏浚治理或进行深层曝气，消除潜在的内部污染源，使水体与底泥界面间不出现厌氧层，有利于抑制污染物的释放，使高锰酸盐指数降低。

3.2 化学法处理措施

（1）采用凝聚沉降法，加入少量钙铝铁等阳离子可使磷酸盐生成不溶性沉淀物而降低总磷。

（2）采用杀藻处理法，加入低浓度的硫酸铜杀藻剂可控制藻类过度繁殖，减少光合作用，避免pH值增高，防治水体富营养化加剧。

（3）采用加酸中和处理法，泼洒适量的稀醋酸或盐酸中和水体过高的pH值。

3.3 生态性处理措施

（1）以生活饮用水为主要功能的湖库应严禁发展养殖业，原有的网箱养殖应给予取缔。

（2）推进周边农民退耕还林或退田还库，建立生态农业系统；多利用渠道、坑塘等改造成土地处理系统进行农田污染控制。

（3）利用湖库水生生物吸收去除水体中的氮磷、悬浮物和重金属等污染物。

4 结论及建议

合江县白米乡流沟水库是我国南方地区的典型乡镇小型水库，在枯水期虽然pH值和高锰酸盐指数超标，但它属生活性污染而非工业污染，经简单处理后即可提高水质，而且饮用自然因素形成的微碱性水对人体健康还有一定益处；只是总磷和总氮超标（尤其是总磷在平水期和丰水期均超标）引起藻类疯长的现象要采取有效措施防治，以免水体富营养化日益加剧。当然要彻底解决污染问题不是一朝一夕能实现的，需不断地削减污染物总量和周围生态系统的持续改善。

建议乡政府在水库周边设置“乡镇饮用水源保护地”的公告牌，提高村镇居民的环保意识；修建排水渠分流农田径流和生活污水，不得排流入库内，并安排专人负责定期检查，堵塞输入性污染源。若采用以上措施后仍不能解决污染问题，也可将该水库专门用于农田灌溉和养殖，使干旱地区的水资源得到合理利用，而直接铺设管线，在长江边建水站，满足饮用水的需求。

［1］张澎浪，孙承军.地表水中藻类的生长对PH值及溶解氧的影响［J］.中国环境监测，2004，20（4）：49－50.

［2］赫茨莫格.环境化学手册（第一分册）［M］.北京：化学工业出版社，1994：42.

［3］陈明耀.生物饵料培养［M］.北京：中国农业出版社，1995：56－57.