汉江武汉段“水华”的形成分析及其防治建议
摘要：“水华”又称水体的富营养化，是由于水体中富含的营养物质导致藻类过量繁殖的现象，它是水体衰老和水质恶化的一种表现。一般常见于湖泊、水库及近地浅海湾，河流中发生“水华”则极其少见。汉江武汉段在2000年2月28日发生了第三次“水华”现象，并一直持续到4月上旬，这次“水华”是继92年和98年初春发生的两次以来更为严重的一次。藻的繁殖速度异常迅猛，先后出现两次藻系列高峰，含藻量分别为7317和7223万个/L，水体呈深褐色，们有较明显的异味。而92年和98年含藻量峰值分别为2600万个/L和2870万个/L。这表明汉江武汉段发生“水华”的严重程度在加剧，周期在缩短。“水华”给自来水公司净水处理带来了巨大压力，同时给市民正常饮用水带来一定 影响 。可见汉江水质逐年恶化的情况， 分析 了“水华”的成因及特点，并对预测和防治“水华”作了一些 研究 和探讨。
关键词：富营养化 水华 防治建议
一、汉江水质的变化情况
汉江是长江的最大支流，是沿岸居民生活用水和 工业 用水的重要水源，它沿途经过14个县市，同时每年接纳了工业废水和市政污水约7亿吨，其中1.23亿吨为生活用水，最后从武汉汇入长江;虽然污染物量大，但由于汉江水流量大，污染物在江水稀释和 自然 生态作用下使水质得到了控制。70-80年代，汉江水质一直都符合地面水Ⅱ级标准，然而进入九十年代以后，随着工农业 现代 化建设的 发展 ，工业废水、农业化肥灌溉和生活用水排放量逐年递增，汉江部分河段尤其是下游河段水质恶化已非常严重。(见图1)从沿途水质的结果分析来看，水体酸度下降(PH值增高)，CODMn、氨氮(NH3---N)、硝酸盐氮(NO3-N)、总磷(TP)均呈现增高趋势，亚硝酸盐氮(NO2--N)也有明显增高，氮磷负荷最大，诱发“水华”发生的几率最大。从汉江流域的浮游植物(主要是藻类)的调查情况分析(见图2)，汉江藻类总细胞密度呈现明显的增高趋热，至武汉江段，藻的总细胞密度达到最高，说明水体藻类很活跃，其中以硅或所占比例最高，其次为为绿藻。同时藻类的种类的多样性指数呈现减少的趋势(藻类的种类多样性指数是评价水质的重要指标之一[1]，其数值越高，水质越好)表明水体质量恶化，自净能力减弱。从92年至99年汉江武汉宗关段水源水质调查表来看(见图3)，标志水体污染的几种重要的指标如CODMn、氨氮、总磷都逐年增高，表明汉江武汉段水体有机污染越来越严重，水体营养成分的增加为藻类的生长提供了良好的物质条件，而硝酸盐氮的年平均值逐的减小，这表明江水的自净能力在减弱，污染在加剧。
二、汉江硅藻“水华”的形成分析
前述的三次“水华”均发生于汉江的枯水季节，时间大约都在2月至3月早春期间，主要表现为硅藻繁殖。作者对2000年2月至3月发生的“水华”进行了跟踪调查，根据对水质分析数据的统计，对影响汉江“水华”的形成的主要因素列出如下：
1、日照和水温：
研究表明，光强对硅藻的生长有明显的影响。硅藻含有的叶绿素吸收入太阳光，供给自身能量和生长繁殖需要。在枯水季节，汉江水位低，河水浅，透光度好，近水面的藻能够充分吸收入太阳光进行光合作用，而阴雨天气则不利于硅藻的系列生长。日照同时提或了气温和水温，图4表明，水温在9℃以上，硅藻繁殖活跃起来，10-17℃硅藻最为适宜，高于17℃以上，繁殖速度减慢，而逐步由喜好较高水温的绿的绿藻取代，冬末春初，天气转暖，阳光充足，适宜的日照和水温容易诱发硅藻“水华”
2、河水水位和流速：
汉汉水位在每年的2月处于低位，河床浅，与入口处不甘水水位落差小，造成河水水流迟缓，局部形成了类似于湖泊环境水体流动稀释作用大大减弱，造成营养物质停滞于固定区域，给营养物质的浓度累积形成了条件。另外河床底泥中积累的磷(死亡的或类沉降至河床底部形成的淤泥层)缓慢释放作用显著增强，为藻类提供了足够的磷营养物质，加速了“水华”的形成。[3]
3、氮磷源：
氮和磷两类物质对藻类的生长和繁殖起着重要作用，也是引进“水华”的主要因素。硅藻的细胞质含有C、H、O、N、P等元素，C、H、O通过光合作用获得，从水体中吸收足够的氮和磷成为硅藻繁殖所必须途径。 目前 对水体富营养化的研究一致认为，恰当的氮磷比是导致藻类繁殖旺盛的一个重要参数。如当水体中总氮与总磷的浓度之比在11.8:1---15.5:1范围内时，水体富营养化过程明显加剧[3]，氮磷的来源主要有工业的废水，尤其是汉江上、中游的氮肥厂和磷肥厂向河中排放超标废水，以及大量的生活用水的排放。尤其应注意的是，家用洗衣粉和合成洗涤剂大量生生和使用，其配方中大都含有17%的三聚磷酸钠(含磷量为4%)[4]，沿岸大量的洗涤放心水随同生活污水直接排放到汉江中，造成了河流的营养(磷)负荷，这也是近10年来汉江富营养化进程加快的原因之一。
“水华”发生期间，经测定，汉江水体中总氮和总磷之比平均为12.5，正好处于水体富营养化的最佳氮磷比范围之内，加之其他条件均已具备，因此汉发生此次“水华”成为必然。
三、汉江“水华”的特征及其预测
1、色度和浊度明显增高。
“水华”发生期间，硅藻过繁殖，形成肉眼可见的褐色颗粒悬浮于江水中，使江水呈现黄褐色，色度呈现明显变化 规律 (见图4)。由于水中颗粒物的增加，给水厂滤池带来沉重负担，耗矾量增加。
2、明显的藻腥味
由于藻的新陈代谢旺盛，死亡的藻悬浮于水体中，缓慢被分解，散发出臭味。而且在水厂中由于加氯消毒杀死了大量的藻，藻残体分解的异味并不能被絮凝剂有效除去，造成用户水中仍携带有较明显的藻腥味。
3、水体PH上升。
河水PH值由原来的7.7上升为8.2最高达到8.4。(见图5)这是因为藻的大量繁殖和生长通过光合作用消耗了水中的CO2， 影响 了水中的碳酸盐平衡，导致水体酸度降低。因此，水体PH值上升是“水华”发生的重要特征。
4、氮和磷的浓度变化。
“水华”发生之前，汉江武汉宗关段水源水的氨氮平均值在0.4mg/L，总磷平均值在0.13mg/L,“水华”期间的氨氮和总磷浓度均呈现下降趋势(见图6)，氨氮平均值降为0.14mg/L，总磷平均值降为0.07mg/L。作者在实验室模拟了藻对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和总磷在“水华”期间的吸收的实验，测定结果表明投加0.6mg/L的NH4Cl在24小时后93%均被藻吸收，藻类数量增加34%，约6%的转化成了亚硝酸盐氮，而硝酸盐氮的吸收入则很小。关于磷的转化较为复杂，总磷包括可溶性磷和颗粒磷，可溶性磷中以无机磷如PO43-、HPO42-、H2PO4-等形式被吸收为主。“水华”期间总磷的减少的原因主要是两个方面：一是因藻类和吸附物的沉降;二是因藻类和碎屑被摄食而在食物链中传递移出[5]。实验时3L江中投加的0.6mg/L的KH2PO4在24小时后1.5%被藻吸收，而且藻的数量增加了75%。这虽不能反映藻对各种磷的吸收情况，但动表明磷是藻类增殖的主要因素。因此控制汉江中磷的浓度是解决“水华” 问题 的关键。这表明监测水体氨氮和总磷的浓度变化是预测“水华”的重要手段。
5、含藻量的明显变化
由图7可以看出，水中含藻量的变化直接表征了“水华”现象的剧烈程度，是监测“水华”的重要指标。
四、汉江“水华”的防治意见
1、切实加强汉江水源水质的保护
呼吁有关部门加紧对沿岸主要的污染源进行治理，严格限制高浓度污水排入汉江。对于沿岸的磷肥厂和氮肥厂排放的污水，应在环保部门的监督下进行污水治理，达标后方能排入江内;同时对含磷洗衣粉及洗涤剂造成的加重汉江磷负荷问题予以充分的敬惕和重视。总之，采取各基措施以切断引起藻类大量繁殖的营养源，是解决汉江“水华”的根本途径。
2、对制水工艺的改进
藻类大量繁殖给自来水厂的水处理带来了一定难度，高藻水的处理要消耗大量的混凝剂量，而且产生满目池的堵塞现象，缩短了滤池的运行周期。选择合适的除藻工艺对自来水处理厂有很重要的实用意义。
目前 自来水厂中常氯气作为消毒剂，对于杀藻也有明显的效果，但高藻期消耗氯量大大增加，尤其是滤前预加氯对水中产生消毒副产物THM有直接的促进作用，据报道，O3和CLO2等消毒剂对藻类均有比较理想的杀藻效果，而且消毒副产物少[6]。常见的除藻工艺如投加CuSO4杀藻剂、加大絮凝剂投加量、加快滤池反冲洗频率、增加气浮池等，对除藻效果也比较明显，但对藻腥味的去除却不很理想。
生物除藻[7]是近年来 发展 起来的一项很有前途的技术。它采用生物膜对藻类的絮凝和吸附作用，将藻从水中分离出来，藻类一部分沉降，另一部分吸附后被微生物氧化，有的被原生动物吞噬。其特点是可以承受较大的藻负荷，降柢水中的有机物含量，节省耗氯量，尤其是在与其他工艺相结合(如活性炭吸附)时对除藻效果和嗅阈值的降低有比较明显的效果[6]。生物除藻可以考虑作为一种防治“水华”的手段。
结语
通过对汉江流域水质的调查的，汉江水质在进一步恶化，尤其是下游， 工业 废水和生活污水的大量排放是导致下游“水华”的重要原因。对江水的色度、PH值、氮磷含量(氮磷化)及含藻量监测是预测水华的主要手段。自来水厂改进除藻工艺，有条件，可以考虑生物除藻技术和增加活性炭滤床进一步消除“水华”带来的影响。如何处理“水华”期间水源水，提高供水水质将是今后摆在我们面前的重要课题。
参考 文献
[1]彭近新，陈慧君水质富营养化及其防治， 中国 环境 科学 出版社，1988，46-58
[2]况琪军等，汉江中下游江段藻类现状调查及‘水华’成因 分析 ，长江流域资源与环境，2000，9(1)：67-70
[3]程俊人等译，环境科学技术导论，科学出版社，1982，120-137
[4]舒金华，发达国家禁用(限用)含磷洗衣粉的措施，湖泊科学，1998，10(1)：90-94
[5]林昱，厦门西港引发有害硅藻水华磷的阈值 研究 ，湖泊科学，1997，30(4)：391-395
[6]岳舜林，提高自来水水质的策略，中国给水排水，1999，15(5)：42-44
[7]周建平，梅梁湖源水除藻工艺研究，给水排水，1997，23(11)：22-24
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
