黑臭流域漫说：水源水库富营养化成因、问题及生态治理技术

查看全部 · 发表于 2021-6-15 09:02:56

水库是介于河流和湖泊之间的半人工水体，是人类水资源利用的重要手段。水库在城市供水、发电、娱乐旅游冰产养殖、农业灌溉等方面发挥着越来越車要的作用。随着城市的发展及人口的不断增长，对优质饮用水的需求越来越大，而与此同时，江河湖泊的水质污染问题也越来越严重，人们不得不把日光投到地理位置偏僻、污染较少、供水量稳定的水源水库。水库供水也日趋重要。

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我国水源水库营养现状

随着经济发展和人口的大量增加，人类对水资源开发利用日益加剧，大量含有氮、磷营养盐的生活污水和农业面源污水排入水库，水库富营养化越来越严重。调査表明，在全球范围内30%~40%的湖泊和水库遭受不同程度富营养化影响，而我国近年来江河湖库水体富营养化呈快速发展的态势，特别是湖泊和水库，其水体交换能力不及河流，加上适宜的营养盐条件，更容易发生水体富营养化。

2000年,王朝晖等根据浮游植物群落结构和多样性指数，对广东省19座主要水源水库进行营养状况评价。结果表明，东江流域的新丰江和白盘珠水库水质良好，属于贫营养型水库，大部分水库为中营养型，而鹤地、契爷石和石岩3座位于沿海经济发达地区水库属于富营养型。值得注意的是本次调查中，许多水库藻类优势种类为微囊藻、鱼腥藻等蓝藻，这些藻类均能产生微囊藻毒素，如不及时治理，势必威胁饮用水安全和人民身体健康，影响广东省经济的可持续发展。

张峥在2005年对辽宁省大中型水库富营养化进行评估，共计调査大中型水库65座，其中具有供应饮用水功能的水库有22座，具有农业灌溉及水产养殖功能的有43座。65座大中型水库中，中营养水库有36座，占55.4%；29座水库为富营养状态，占44.6%;其中23座水库轻度富营养，6座水库为中度富营养，22座饮用水源的水库中有5座水库为轻度富营养。

水源水库富营养化趋势造成饮用水中发生不同程度的藻类污染，据调査，武汉市饮用水中浮游藻类污染情况普遍存在，城市末梢水中浮游藻类检出率为8物，饮水水箱水中浮游藻类检出率为8成，同一地点水箱水中浮游藻类在种类和数量上比末梢水均分别増加37%和60%。

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水源水库富营养成因

水库富营养化的主要原因是点源污染、空气降尘、农业面源污染等外源污染，使水库水体中N、P等营养盐和有机物逐渐累积，加之水体流动缓慢、温度过高等，而N、P等营养盐的积累是形成水库富营养化的关键因素。

2.1点源污染

点源污染主要来自沿岸及流域的工业污染点源排放、旅游餐馆、居民区生活污水等，是水源水库重要污染源。

2.2农业面源污染

粗放型农业并非根据作物生长的需要进行配方施肥，过量N、P肥料不能完全被作物吸收，随地表径流进入水库；或下渗形成亚表面流，通过土壤进行横向运动，最后排入水库；或通过土壤层下渗到地下水中，地下水再补给水库。此外，农业废弃物、养殖动物排泄物等进入水库污染水体；网箱养鱼也是目前导致水库富营养化的一个重要原因。

2.3天然污染

主要包括酸雨、空气降尘等因素，也能导致水库水质下降。水库底泥内源污染，在气温骤变时，上下层对流将富含营养盐的底泥带入表层。

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水源水库富营养的危害

水源水库的富营养化造成自来水厂源水藻类污染，一方面藻毒素对人畜造成毒害；另一方面导致消毒剂、絮凝剂的用量增加，产生“三致”化合物，增加自来水生产成本；水厂着生藻类易造成滤池堵塞、池壁老化、降低管网过水量，水体富营养化极大地威胁饮用水安全和人民群众身体健康。

3.1藻毒素

自1878年Francis首次发现泡沫节球藻水华能引起家畜和禽类中毒死亡以来，已证实有10多种蓝藻能引起动物中毒•微囊藻毒素（Microcysth简称MC）是些有毒蓝藻，如微囊藻、颤藻和鱼脾藻等产生的一类具有嗜肝毒性的环状七肽，该毒素大部分存在于藻细胞内，当细胞破裂或衰老时毒素释放入水中，野生动物及家禽饮用了含有产毒藻及高浓度藻毒素的水后，会引起急性中毒甚至死亡。最近在我国一些肝癌高发区调查发现，其饮用水源中微囊藻毒素含量较高，流行病学调査显示，饮用水源中藻毒素是导致我国南方一些地区原发性肝癌发病率高的主要原因。

3.2产生“三致”化合物

饮用水加氯消毒工艺可产生三氯甲烷及其它有机致突变物，这一问题已引起国内外的普遍关注。在水源水库，藻类代谢产物是饮水中重要的致突变前体物质之一,水体中藻类越多，有机物含量也越高，生产过程中所需的消毒剂和絮凝剂用量也越多，代谢物含量及加氯后氯化样品的致突变活性与藻类量均呈正相关，氯化消毒后生成的致突变物对人群健康将形成严重威胁，这已为流行病学调查所证实。

3.3增加生产成本

水体中藻类的增加使水体中有机物浓度增加，增加了消毒剂和絮凝剂的用药量，从而直接增加生产成本；藻类在滤料中大量繁殖，一方面造成机械堵塞，另一方面藻类光合作用产生氧气形成气塞，减少出水产量，增加反冲水量，降低出水水质，严重时造成滤池报废，而藻类在滤池着生可能促进池壁老化和腐蚀，增加洗池频率和生产劳动强度，间接増加生产成本；生产过程中，部分藻类穿透滤层进入供水管网，使管网中有机物浓度增加，为管网中细菌的繁殖提供基质，也容易使微型动物着生,造成管网过水断而减少甚至堵塞。

3.4影响出水水质

常常产生有毒物质，使供水产生异味、水色度和浊庶升高。影响水的商品悴能„

3.5影响水库其它功能

水库富营养造成水库水质下降，影响水库旅游娱乐等其它功能。

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水源水库富营养生态治理技术

水源水库富营养化控制主要为污染源控制、水资源合理利用、强化水库运行管理等，而水源水库富营养化治理主要包括物理、化学、生物-生态方法等。合理规划和逐步推行生态农业，逐渐减少化肥、农药施用量，水库周围地区植树造林，整治水土流失，增大植被覆盖率，降低农业污染源对水库的污染；对生活废水进行无害化处理,特别是在水库周围要禁磷，限制合成洗涤剂的含磷量，减少生活污水对水库污染;工业企业逐步实现清洁生产，减少排入水库的工业废水。要对水源水库水资源进行合理利用，处理好发展旅游业、水库养鱼和保护水质的关系，控制饭店和旅游人数的增R速度，特别是作为饮用水源地的水库，应限制库区旅游规模，库区养鱼应提倡散养，限制或取消投饵量大的网箱养鱼。要强化水库运行管理,增大下泄流量，缩短水滞留时间，可减少利于富营养形成的物理因素，维持水源水库供水功能。

4.1前置库

前置库是利用水库上游（进水口）和下游（出水口）的水质变化梯度特点，在水库形态适宜情况下，将水库分隔成一个或几个子库，通过上级水库水生植物吸收、吸附和水库沉淀、絮凝作用，消减入库营养盐含量，使进入下级子库或主库水中的营养盐含量降低，从而抑制主库中藻类过度繁殖，减缓主库富营养化的进程，从而保障主库的水质，防治水源水库的富营养化。

4.2库区生态缓冲带建设和水生植被恢复

利用生态学原理，在库岸带及浅水水域，由低向高依次种植沉水、挺水、湿生等植物，在人工强化的条件下，演替成复杂的多样性生物群落，以生态多孔介质材料替代钢筋混凝土材料石砌档土墙等硬质材料或天然土壤，使库岸具有很强的透水性,加快水库生态系统中物质流、能量流、信息流,使库岸带形成适宜多种植物和动物生存空间，提高生物多样性;通过挺水植物形成岸边的遮阳和鱼类产卵区，通过微生物、微型动物、高等动物、沉水植物、挺水植物、湿生植物等各种生物的相互作用，强化水库生态功能和自净能力；同时，库岸带植物根系、生态多孔介质护岸材料等对入库的有机污染物、营养盐等进行絮凝、沉淀竝滤、渗透、氧化、还原、吸收、摄食、分解等物理、化学、生物和生态作用，消减各种污染物，强化库岸带对入库污染的净化功能和生态缓冲带功能；同时水库生态护岸带的建设，在一定程度上起到生物廊道作用，使水生、湿生和陆生生态系统之间进行充分的物质和能量交换。库区生态缓冲带建设使水源水库生态治理的重要技术措施。氧气使底泥氧化程度增加等，在此基础上，合理配置水生植物群落，使沉水植物多样性得以逐渐增加，群落实现自然演替，根据环境条件和群落特性构建稳定可持续利用的生态系统。

国外许多小型的浅水富营养化湖泊，通过恢复沉水植被,使湖水水质得到很大的改善。我国也在此方面进行大量研究和示范工程，如滇池东北岸的植物修复工程、长江流域植物修复工程、长江口杭州湾海洋植物修复工程、云南抚仙湖、星云湖植物修复工程等，均取得了较好的效果。2004年5月国家环保总局发布的《水库富营养化防治技术政策》中，将恢复或重建水生植被作为湖泊良性生态恢复的推荐技术措施。

4.3人工植物浮岛

人工植物浮岛是利用植物无土栽培原理，将生态工程技术和农艺技术结合起来，以浮床作为载体，人工把高等水生植物或改良的陆生植物种植到富营养化水体的水面,通过植物根部的吸收、吸附和根际微生物对污染物的分解、矿化以及通过植物化感作用，削减富营养化水体中的氮、磷等营养盐和有机物,抑制藻类生长，净化水质，恢复洁净多氧的水库生态系统。这种有效的富营养水体原位修复和控制技术，已被广泛应用于湖泊、河道、水库等富营养水体的生态治理。

人工生物浮岛技术的关键是浮体材料和植物种类的选择，最常用的浮体材料是泡沫塑料为主的轻质材料，在泡沫板上均匀分布植物定植孔洞，将植物用海绵包好后塞到洞眼中，形成植物浮岛。适应人工生物浮岛种植的植物多种多样，有水生植物，也有陆生植物;有观赏植物,如美人蕉鸾尾、旱伞草等；也有经济植物，如水稻、黑麦草冰芹、空心菜等。人工植物浮岛将水库生物净化、生态恢复和景观建设有机结合，是水库生态治理的重要技术措施"I

4.4生物操纵

水库水体富营养发生的根本原因在于N、P等营养盐含量过高，营养盐控制是水源水库富营养治理的最重要措施，但水库集雨面积和水容量大，面源污染控制非常困难，有时即使水库营养盐浓度控制在一定水平内，仍不可避免的发生水体富营养化甚至藻华现象，传统的营养盐控制技术并不能完全解决水库富营养问题。

1975年Shapiro首次提出生物操纵理论，认为富营养水体治理除了营养盐控制外，还可通过改变捕食者(鱼类)的种类组成或丰度来操纵植食性浮游动物的群落结构，促进滤食效率高的植食性大型浮游动物特别是枝角类种群的发展，进而降低藻类生物量，提高水的透明度,改善水质。但也有人认为，浮游生物食性鱼类不仅滤食浮游动物，有的也能滤食浮游植物，也可直接利用它们来控制藻类。特别是在热带和亚热带地区枝角类种类较少,而且体型较小，浮游植物食性鱼是更为合适的生物操纵工具。

水库、湖泊治理生物操纵技术一般采用捕获鱼类以增加浮游动物，或者直接放牧浮游动物以提高浮游动物的现存量，增加浮游动物种群以控制藻类爆发；有时直接投放滤食性鱼类摄食浮游植物以控制藻类爆发国。生物操纵技术已成功地应用于湖泊富营养治理，如武汉的东湖。利用放养廣、毓的办法控制了微囊藻的水华，至今效果长达10余年之久。

4.5水库深层曝气和上下层水体混合交换技术

我国水库大多深以上。水体分层严重。研究表明，藻类的生长繁殖主要集中在水体3倍透明度以上的表层水体中，接受阳光照射进行光合作用，随着水体加深，由于光照强度降低，藻类逐步衰亡。表层水体由于自然复氣和藻类光合作用，水体溶解氣高，而下层水体处于缺氧状态，并形成还原环境，水体分层导致上下层水体停止交换，引起底泥有机质、务I、磷、铁、铉等溶解释放，加剧水体的富营养，造成水体色度、臭味加大、由下降、水质恶化。

水库深层曝气和上下水层交换技术就是通过机械混合曝气，使上下层水体进行充分对流交换，增加卜层水体溶解氧，避免水库底部沉淀物发生还原反应，破坏藻类的悬浮状态，使其向下层迁移，从而抑制其生长，改善水库水质。水库曝气设备主要有两类，一是仅给下层水体充氧而不破坏水体上下分层的同温层曝气器；二是混合上下水层的曝气装置，如湖底穿孔布气管和最近广泛用于水库曝气的扬水筒曝气技术，扬水筒是竖直安装在水库中的直筒体，供气管道向其下部的气室中供气，气室间歇性地向直筒体释放大气泡，推动直筒中水流上升，使上下层水体对流混合，该技术能混合上下水层，破坏水体分层，将表层藻类向下层迁移至无光区，使其生长受到抑制甚至死亡，水库深层曝气和上下层水体混合交换技术已广泛应用于水库富营养的防治-如美国Prnce湖和WestemBranch湖、澳大利亚Barossa水库、荷兰NieuweMeer湖等；我国丛海兵等开发扬水筒曝气混合技术，在北方某水厂30万m³预沉池进行除藻试验，也取得了较好的效果。作者：刘军