北方中小河流春季pH值和高錳酸鹽指數超標情況分析與對策

楊琛 李強

摘? 要：我國北方中小河流春季多出現pH值和高錳酸鹽指數超標情況，以登沙河為研究對象，對近2年河流水質進行分析。結果表明，pH值和高錳酸鹽指數升高與藻類繁殖光合作用具有密切關系，同時胞外聚合物也導致了高錳酸鹽指數和化學需氧量的升高。

關鍵詞：pH;高錳酸鹽指數;藻類

中圖分類號：R123? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

我國北方中小河流多為典型季節性河流，隨著河流污染治理的深入推進，河流水質改善明顯，春季pH值和高錳酸鹽指數超標成了中小河流整治的新問題凸顯出來。該文以登沙河為代表，根據近年來的監測數據，分析了引起河流pH值和高錳酸鹽指數超標的原因。

1 研究區域概況

登沙河發源于大連市普蘭店區，自北向南流經普蘭店區太平街道、金普新區向應街道、華家街道、登沙河街道。登沙河全長25.7 km，總流域面積229 km2，是一條北方典型季節性小型河流。上游和段水體流動性能較強，截留設施相對較少，沒有明顯的滯留現象，屬于無人為干預的自然河流。進入金普新區前，太平污水處理廠處理尾水排入登沙河，排水量約為4 000 m3/d。進入金普新區后，部分水體被作為農用灌溉水源截留在馬家溝閘內，導致下游河段徑流量小，尤其是在枯水期水體補給量十分微弱，水流置換緩慢，水體相對封閉，水動力條件較差。

2 數據來源及分析

2.1 子站數據分析

登沙河下游登化斷面為國考斷面，水質考核目標為Ⅳ類。根據登化斷面自動監測站數據顯示（圖1），該斷面在2019年和2020年均出現了pH和高錳酸鹽指數超標的現象，此類現象多發于春秋兩季。為了進一步探究水質各指標間的內部聯系，對各指標進行Pearson相關性分析，各指標之間存在顯著相關性（見表1），特別是pH、高錳酸鹽指數和水溫、溶解氧之間呈現極高的正相關性，與氨氮、總氮之間呈現負相關性，并且在時間跨度上呈現白天高夜晚低的規律性。這說明河流中水溫、pH、高錳酸鹽指數和溶解氧相互影響，由于河流缺乏生態補水、水體流動性差，再加上水溫適宜，藻類光合作用產生大量有機物，吸收水體中CO2釋放O2增加溶解氧的含量，同時pH升高，當水體中藻類豐度值大時，高錳酸鹽指數也隨之增大。而氨氮和總氮異常的迅速降低與水體中藻類爆發導致營養鹽的消耗有關。

2.2 藻類監測分析

3月19日和25日分別對登化斷面浮游植物進行監測分析，優勢種為硅藻門小環藻屬，個體總數分別為1.5×107個/L和2.0×107個/L，優勢種比例達到92%和95%。根據藻密度評價的水華程度分級標準判定達到輕度水華級別（1.0×107≤D<5.0×107）。

硅藻門小環屬廣泛分布于淡水中，早春時大量出現;適宜的生存溫度為10℃～25℃。水溫適宜，充分光照，且有充足營養鹽時會爆發生長。春秋兩季，河水水溫多處于硅藻門小環屬的適宜溫度區間，隨著溫度的升高和降低，藻類不具備優勢性，爆發現象消除。

登沙河來水主要是自然補水和污水處理廠來水，而自然補水量遠低于污水處理廠出水，污水處理廠出水達標排放，但其中營養鹽（N、P）含量較高，為藻類生長提供了基礎。

硅藻水華一般發生在河流流量較小、流速較慢的河段，適合生長流速為0～0.5 m/s[1]。登沙河流經區域為農業生產區，區段內大多布設有攔河壩、水閘等設施為春耕存儲水源。2019年楊家店水文站數據顯示，最大徑流量為180 m3/s，最小0.013 m3/s，年平均0.656 m3/s，其中3月流量僅為0.018 m3/s，適宜于藻類繁殖生長。

2.3 藻類和微生物作用對pH和高錳酸鹽指數的影響

藻類爆發的光合作用使水里的CO2迅速減少，打破水中原有碳酸鹽平衡，使得部分HCO3-轉化成CO32-，從而造成水體pH值升高。

在登化斷面及上游干流的劉家、楊家提水站和馬家溝水閘對葉綠素a進行監測，濃度范圍87.48 μg/L～114.41 μg/L。其中登化斷面葉綠素a濃度為93.34 μg/L。在水體中葉綠素a>10 μg/L時，葉綠素a濃度與藻類密度呈顯著的線性關系。藻類在光合作用下產生大量有機物，使高錳酸鹽指數的測定值精密度受到干擾，導致葉綠素a值與高錳酸鹽指數值之間有良好的線性關系[2]。

微生物廣泛存在于土壤（包括包氣帶）、地表水體和地下水（含水層）中。微生物的胞外聚合物（EPS）是一類有機高分子聚合物，其覆蓋在微生物細胞表面上，會改變其表面電荷、疏水性和聚合性質等物理化學特性[3-4]。研究表明，EPS是Cr（Ⅵ）吸附的主要位點，且在將Cr（Ⅵ）還原為Cr（Ⅲ）的過程中有較好的作用，其表現出的還原性會導致高錳酸鹽指數和化學需氧量的升高[5]。

3 結論與對策

自然水體中pH和高錳酸鹽指數的異常升高存在以下重要因素：進入河道中的外來污染源為藻類和微生物的生長提供了足夠的營養鹽基礎;枯水期和河道構筑物的影響導致河道中“滯水”現象嚴重，流速緩慢為藻類的爆發創造了水動力條件;在溫度、光照等達到藻類繁殖條件時，藻類的爆發和光合作用導致了pH和高錳酸鹽指數的升高;同時水體中微生物保外聚合物的大量存在以及其表現出的吸附性和還原性對高錳酸鹽指數和化學需氧量的升高起到了共同作用。

除春季外，深秋初冬季節登沙河流域的水動力條件，自然因素等與春季類似，也同樣出現pH、高錳酸鹽指數等異常。

有效抑制河道內的藻類生長是解決春秋兩季河流pH和高錳酸鹽指數超標的主要手段。從藻類生長條件來看，主要方法為降低河道內的營養鹽，提升河道水動力，增加河道的遮光性。

參考文獻

[1]Dacong Y ， Wei H ， Xinghua W U ， et al. 漢江水華硅藻生物學特性初步研究[J]. 長江科學院院報， 2012， 29（2）：6-10.

[2] 楊曉珊， 張麗萍. 葉綠素a含量對高錳酸鹽指數測量影響初探[J]. 云南環境科學， 1998， 17（4）：59-61.

[3] SUCI P A， FROLUND B， QUINTERO E J， et al. Adhesive extracellular polymers of Hyphomonas MHS-3： interaction of polysaccharides and proteins[J]. Biofouling， 1995， 9（2）： 95-114.

[4] MIKKELSEN L H， KEIDING K. Physico-chemical characteristics of full scale sewage sludges with implications to dewatering[J]. Water Research， 2002， 36（10）： 2451-2462.

[5] 許燕濱，陳汝敏，黃紹松， 等. 優勢菌的 EPS 還原去除 Cr（Ⅵ）的機 理分析[J]. 中國給水排水， 2010， 26（15）： 99-101.