綜合方法治理楊梅嶺水庫富營養化問題研究

周略

寧波市鄞州中學 浙江 寧波 315100

正文：

引言

我國是一個水資源十分短缺的國家，根據2017年環境公報顯示，我國水資源總存量為2.8萬億立方米，人均水資源量僅為2500m3，不足世界人均水資源占有量的1/4。同時我國屬于溫帶季風氣候，水資源時空分布非常不均勻，整體來看秦嶺淮河以南水量充沛，而秦嶺淮河以北降水量少，常年面臨缺水的問題。而且夏季降水量大，冬季降水量小，夏季許多城市面臨內澇的風險，而冬季我國第二大河黃河也多次斷流。水資源的時空分布不均勻也帶來水資源匱乏的問題。同時城市人口劇增，生態惡化，浪費嚴重進一步加劇了水資源的短缺，污染水體的修復治理刻不容緩。

寧波市地處亞熱帶季風濕潤氣候區，降雨量極為豐沛，但從20世紀90年代以來，寧波卻屬于全國性缺水城市之一，屬于豐水地帶的缺水城市。其缺水情況主要表現為：人均水資源擁有量少。寧波市2017年水資源公報顯示：全市水資源總量76.86億立方米，人均水資源量為960.75立方米，低于國際公認用水緊缺標準2000立方米，也低于國際公認對的人類生存基本保障線1000立方米。水資源的短缺已經明顯制約著寧波市的可持續發展。寧波缺水的第二個表現為水質性缺水，即水體污染情況嚴重。寧波主要飲用水源地白溪等書庫水質為Ⅱ類，甬江干流為Ⅴ類水。寧海清溪遼車河段等三個河段為Ⅱ類水，鳧溪部分河段為Ⅱ類水，楊梅嶺河段為Ⅳ類水，主要江河水質狀況不佳。而平原河網一半以上監測點水質未達到水功能區Ⅳ類標準，超標項目為總磷（TP），氨氮（N）和生化需氧量COD等。總磷、氨氮項目的超標意味著富營養化是目前寧波水資源污染的重要類型，因此研究水資源富營養化問題解決方法是治理寧波水資源污染具有重要意義。

研究內容

本文集中研究了寧波水體污染的情況，集中分析了水體污染中富營養化的問題，以楊梅嶺水庫為研究對象，通過理論分析與調研結合的方式，分析了采用化學方法治理水體富營養化的有效性和可能性。

水體富營養化治理方法簡述

水體富營養化是水體中氮和磷等營養物質含量過多引起的一種水質污染現象，尤其指在水庫以及海灣等緩流水體的水生態系統中,當營養鹽不平衡時藻類與其它水生生物生存競爭取得優勢之后占據其它水生生物的生存空間，造成水中溶解氧的急劇下降,使魚類等水生生物因缺氧而死亡的現象。同時，藻類生長形成一層覆蓋于水面的綠色層，影響陽光，使水域中的植物無法光合作用，進一步降低水中溶解氧，造成水中生物死亡腐爛。

寧波市水利富營養化的主要原因是工業農業生產活動過程以及居民生活過程中排放大量含氮、磷和其他無機鹽類的污水進入水體,造成水體富營養化。

水體富營養化的治理方式研究已經比較充分。國內外專家學者提出了許多處理技術，主要有物理化學法、生物法和生態法等方法。物理化學法主要包括引水換水，污泥疏浚和加入混凝劑促進物理沉淀等方法。物理方法的主要優點是見效快，缺點為成本高，容易再次造成污染。生物法主要有投放微生物種群法等，操作難度較大，操作不當易引發物種入侵事件，造成很大的生態災難。生態法包括建立人工濕地、設計穩定塘和生態浮床技術，這類方法的突出優點是運行成本低，但對占地面積大，尤其是人工濕地和穩定塘都需要非常大的面積，這對于寸土寸金的城市操作難度較大，而生態浮床抗風浪性較差，穩定性較差，只能應用于穩定的湖面。綜上所示，水體富營養化的治理不可能單純采用一種方法，因此必須采用整體方法，從“控制源頭減少排放，污染截留，污染治理，生態修復”整體治理的角度進行污染控制。

控制源頭的方法主要是減少污染負荷。針對工業工廠排放，要求工廠內自行裝配水污染處理設備，采用物理方法沉淀混凝和化學方法等手段進行廢水處理，處理達標的水才可以排放，同時相關部門進行定期檢測；針對居民生活污水，應該鼓勵鄉鎮政府、小區物業建設中水處理系統，將生活廢水和雨水進行處理回收應用，降低污染物排放。

污染截留主要是在污染物流入湖泊和水庫過程中進行凈化處理，主要采用的技術有物理方法和化學方法相結合的手段。典型方法有：前置庫工程，在湖泊和水庫水體的上游支流處建立一個小型水庫，在小型水庫中進行污染物處理，從而保證進入主體水庫的水體中污染物濃度較低，主要采用的方法有用投放混凝劑，將部分氮磷固定，去除水體中的藻類進行；當污染濃度非常高時，可以采用投放大劑量活性多孔介質，如活性炭、多孔泥土等物質，對水中的污染物進行吸附處理，降低水中的污染物濃度之后再排放到主體水體中。自然形成的水塘是天然的前置庫，入湖徑流在水庫上游形成的自然水塘是一種天然的前置庫，在自然水塘中采用人工強化的污染處理手段，可以極大降低徑流中的污染物濃度。降水形成的地表徑流以及從鄉村城鎮流出的生活污水等匯入河道之后，在污染物攔截與沉降系統進行初步攔截、沉降，主要的固態污染物和粘稠狀污染物被處理，初步處理的水經透水壩如礫石床，以初步過濾和滲流方式通過，進行污染物的進一步的去除，部分絡合物在透水壩中被攔截，然后進入小型水庫，即前置庫主體，在小型前置庫主體水體采用物理化學手段如投放活性炭等方法進行強化凈化，處理后的水質得到明顯改善，有效實施了污染截留，使徑流流入主體水庫之后不會引起污染擴散。

當上游徑流水源沒有采用有效的污染攔截手段時，即主體水庫已經被污染時，污染控制的主要方法就是在主體水庫中進行治理，主體水庫水量大，采用常規污染處理方法已經很難得到良好的效果。此時針對富營養化的問題主要的方法是曝氣塘方式。增加水中溶氧，促進好氧微生物生長繁殖，降低厭氧微生物生長速率，改善水體發黑發臭的情況。從水體富營養化整體處理上，生態方法是一種更加環境友好型方法，基于實際的生態系統，通過引入濕地、水生植被、浮島等為動植物和其他藻類提供生存環境，促進水庫中生態平衡，從而實現生態恢復。

寧波楊梅嶺水庫治理分析

本文以寧波楊梅嶺水庫為例，將上述污染處理方法應用于該水庫，通過分析水庫的污染降低情況，最終確定整體治理水體富營養化方法是否可行。

2017年寧波市水資源環境公報顯示，楊梅嶺河段為水質為Ⅳ類水，其基本情況如下：楊梅嶺水庫地處浙江省寧波市寧?？h鳧溪的下游地區，地圖顯示其東側為水庫大壩，西側為村莊、村委會及日用品生產廠，南北側都是山嶺。上有甬臺溫鐵路楊梅嶺水庫特大橋，西側水源入口有淤積泥沙。

水庫的主要來源是山體徑流和雨水，主要污染物的來源是工業污水和生活污水。水庫的特點為水體面積大，進水口和出水口狹窄。其中西側沿水庫分布的稻田較多，土壤中的污染物易匯集進入水庫。

結合楊梅嶺水庫的實際情況與地理信息系統顯示，該水庫造成水體污染的主要原因為：上游某日用品工程排放的工業污水；上游村落居民的生活污水以及農業污水。污水中含有的污染物質造成水體富營養化。針對工業污染，上游存在某日用品工廠，該工廠污染排放均符合《化學工業主要水污染物排放標準》，即排放污水化學需氧量（COD）為120 mg/L，氨氮排放為25 mg/L,磷酸鹽排放為1.0mg/L,假定該工廠污水排放量為100m3/天，則每天生化化學需要量為12kg ，氨氮排放量為2.5kg。

分析居民生活污水排放情況，根據調研和寧?？h志記載，楊家嶺水庫上游的村莊主要有下河村、五松村、鳳潭村、梅林街道3個村和一個街道。每個村人口大約為1000人，梅林街道人口估計2000人，根據環境公報和調研，上述鄉村和街道人均排水量為80L/天，生活污水化學需氧量COD為300 mg/L，生化需氧量BOD為100mg/L，氨氮排放為30 mg/L。即楊梅嶺水庫上游生活污水每日化學需氧量為28.8kg，氨氮排放量為2.88kg。

農業污染情況假定如下：日均排放水量為300m3，排放污水COD為 150mg/L, 氨氮排放量10mg/L,則農業污水每日化學需氧量為45kg，每日氨氮排放量為3kg。

基于目前的工業農業和生活污水污染排放情況，該水庫目前水質為Ⅳ類水，即COD為30 mg/L，氨氮為1.5mg/L，總磷含量為0.3mg/L?？紤]楊梅嶺水庫為集中式生活飲用水源地，經過治理之后的水庫水質能需達到III水質或者II類水質即，即COD為10～15 mg/L，氨氮為0.5～1.0 mg/L，總磷含量為0.1`0.2 mg/L。

基本治理方案設計圖1所示，其中a為生活污水前處理池，b為化工廠工業污水處理，c為農業污水處理，d為污染攔截池，e為天然前置庫，f為天然小島。

圖1 楊梅嶺水庫俯瞰圖和水體富營養化治理方式示意圖（圖片來源：百度地圖-地球）

基本技術手段如前文所述，從“控制源頭減少排放，污染截留，污染治理，生態修復”整體治理的角度進行污染控制。如圖所示，首先采用a，b，c的方式，設置生活污水前處理池，化工廠工業污水處理池和農業污水處理池，對排放的污水進行第一步處理，然后在水庫前利用污染攔截池d和前置庫e攔截入湖徑流，構建局部凈化場。最后利用天然小島f構建生態修復系統，最終實現污染的整體治理。

目前污染治理手段和技術顯示，一般污水前處理通過沉淀等方式能夠去除大約10%的COD和氮磷營養物質，王曉昌等人在杭州西湖富營養化水體治理過程中的治理結果顯示，對支流凈化采用物理、化學和微生物共同作用對COD，磷，氮的去除效率分別為24%，46%和31%；在前置庫透水壩攔截過程中采用陶粒和狐尾藻結合的方式能夠去除約70%的磷和50%的氮。人工生態島對于水體富營養化治理效果較難評估。結合以上數據，對整體方案對于氮磷的去除效率估計在68%到85%之間，對于COD的去除效率大約為30%。結合楊梅嶺水庫出現的水體富營養化問題，若整體污染治理效率高于66.7%，則水質可以由IV水改善至II類水，若整體污染治理效率高于50%低于66.7%，則水質可以改善為III水。綜上所述，采用“控制源頭減少排放，污染截留，污染治理，生態修復”整體治理的手段可以有效治理該水庫的水體富營養化污染。

結論與展望

本課題通過調研和理論分析的方法，對水體富營養化治理方法進行了分析，以寧波市的楊梅嶺水庫為例，提出了“控制源頭減少排放，污染截留，污染治理，生態修復”整體治理方法，設計實際污染控制方案，對富營養化污染進行治理分析，采用整體治理方案，利用生活污水前處理池、化工廠工業污水處理，農業污水處理，污染攔截池，前置庫系統，天然小島等方式，能夠實現對于氮磷等污染物的有效治理，將IV水改善為II水。需要指出的是，實際應用中污染治理效率與初始污染濃度和溫度等環境因素有關，本文僅結合實際情況對整體治理方案進行一個評估，未來可以對每一階段的治理效果進行詳細建模和分析，并結合治理費用進行方案規劃與設計。