综合方法治理杨梅岭水库富营养化问题研究

周略

宁波市鄞州中学 浙江 宁波 315100

正文：

引言

我国是一个水资源十分短缺的国家，根据2017年环境公报显示，我国水资源总存量为2.8万亿立方米，人均水资源量仅为2500m3，不足世界人均水资源占有量的1/4。同时我国属于温带季风气候，水资源时空分布非常不均匀，整体来看秦岭淮河以南水量充沛，而秦岭淮河以北降水量少，常年面临缺水的问题。而且夏季降水量大，冬季降水量小，夏季许多城市面临内涝的风险，而冬季我国第二大河黄河也多次断流。水资源的时空分布不均匀也带来水资源匮乏的问题。同时城市人口剧增，生态恶化，浪费严重进一步加剧了水资源的短缺，污染水体的修复治理刻不容缓。

宁波市地处亚热带季风湿润气候区，降雨量极为丰沛，但从20世纪90年代以来，宁波却属于全国性缺水城市之一，属于丰水地带的缺水城市。其缺水情况主要表现为：人均水资源拥有量少。宁波市2017年水资源公报显示：全市水资源总量76.86亿立方米，人均水资源量为960.75立方米，低于国际公认用水紧缺标准2000立方米，也低于国际公认对的人类生存基本保障线1000立方米。水资源的短缺已经明显制约着宁波市的可持续发展。宁波缺水的第二个表现为水质性缺水，即水体污染情况严重。宁波主要饮用水源地白溪等书库水质为Ⅱ类，甬江干流为Ⅴ类水。宁海清溪辽车河段等三个河段为Ⅱ类水，凫溪部分河段为Ⅱ类水，杨梅岭河段为Ⅳ类水，主要江河水质状况不佳。而平原河网一半以上监测点水质未达到水功能区Ⅳ类标准，超标项目为总磷（TP），氨氮（N）和生化需氧量COD等。总磷、氨氮项目的超标意味着富营养化是目前宁波水资源污染的重要类型，因此研究水资源富营养化问题解决方法是治理宁波水资源污染具有重要意义。

研究内容

本文集中研究了宁波水体污染的情况，集中分析了水体污染中富营养化的问题，以杨梅岭水库为研究对象，通过理论分析与调研结合的方式，分析了采用化学方法治理水体富营养化的有效性和可能性。

水体富营养化治理方法简述

水体富营养化是水体中氮和磷等营养物质含量过多引起的一种水质污染现象，尤其指在水库以及海湾等缓流水体的水生态系统中,当营养盐不平衡时藻类与其它水生生物生存竞争取得优势之后占据其它水生生物的生存空间，造成水中溶解氧的急剧下降,使鱼类等水生生物因缺氧而死亡的现象。同时，藻类生长形成一层覆盖于水面的绿色层，影响阳光，使水域中的植物无法光合作用，进一步降低水中溶解氧，造成水中生物死亡腐烂。

宁波市水利富营养化的主要原因是工业农业生产活动过程以及居民生活过程中排放大量含氮、磷和其他无机盐类的污水进入水体,造成水体富营养化。

水体富营养化的治理方式研究已经比较充分。国内外专家学者提出了许多处理技术，主要有物理化学法、生物法和生态法等方法。物理化学法主要包括引水换水，污泥疏浚和加入混凝剂促进物理沉淀等方法。物理方法的主要优点是见效快，缺点为成本高，容易再次造成污染。生物法主要有投放微生物种群法等，操作难度较大，操作不当易引发物种入侵事件，造成很大的生态灾难。生态法包括建立人工湿地、设计稳定塘和生态浮床技术，这类方法的突出优点是运行成本低，但对占地面积大，尤其是人工湿地和稳定塘都需要非常大的面积，这对于寸土寸金的城市操作难度较大，而生态浮床抗风浪性较差，稳定性较差，只能应用于稳定的湖面。综上所示，水体富营养化的治理不可能单纯采用一种方法，因此必须采用整体方法，从“控制源头减少排放，污染截留，污染治理，生态修复”整体治理的角度进行污染控制。

控制源头的方法主要是减少污染负荷。针对工业工厂排放，要求工厂内自行装配水污染处理设备，采用物理方法沉淀混凝和化学方法等手段进行废水处理，处理达标的水才可以排放，同时相关部门进行定期检测；针对居民生活污水，应该鼓励乡镇政府、小区物业建设中水处理系统，将生活废水和雨水进行处理回收应用，降低污染物排放。

污染截留主要是在污染物流入湖泊和水库过程中进行净化处理，主要采用的技术有物理方法和化学方法相结合的手段。典型方法有：前置库工程，在湖泊和水库水体的上游支流处建立一个小型水库，在小型水库中进行污染物处理，从而保证进入主体水库的水体中污染物浓度较低，主要采用的方法有用投放混凝剂，将部分氮磷固定，去除水体中的藻类进行；当污染浓度非常高时，可以采用投放大剂量活性多孔介质，如活性炭、多孔泥土等物质，对水中的污染物进行吸附处理，降低水中的污染物浓度之后再排放到主体水体中。自然形成的水塘是天然的前置库，入湖径流在水库上游形成的自然水塘是一种天然的前置库，在自然水塘中采用人工强化的污染处理手段，可以极大降低径流中的污染物浓度。降水形成的地表径流以及从乡村城镇流出的生活污水等汇入河道之后，在污染物拦截与沉降系统进行初步拦截、沉降，主要的固态污染物和粘稠状污染物被处理，初步处理的水经透水坝如砾石床，以初步过滤和渗流方式通过，进行污染物的进一步的去除，部分络合物在透水坝中被拦截，然后进入小型水库，即前置库主体，在小型前置库主体水体采用物理化学手段如投放活性炭等方法进行强化净化，处理后的水质得到明显改善，有效实施了污染截留，使径流流入主体水库之后不会引起污染扩散。

当上游径流水源没有采用有效的污染拦截手段时，即主体水库已经被污染时，污染控制的主要方法就是在主体水库中进行治理，主体水库水量大，采用常规污染处理方法已经很难得到良好的效果。此时针对富营养化的问题主要的方法是曝气塘方式。增加水中溶氧，促进好氧微生物生长繁殖，降低厌氧微生物生长速率，改善水体发黑发臭的情况。从水体富营养化整体处理上，生态方法是一种更加环境友好型方法，基于实际的生态系统，通过引入湿地、水生植被、浮岛等为动植物和其他藻类提供生存环境，促进水库中生态平衡，从而实现生态恢复。

宁波杨梅岭水库治理分析

本文以宁波杨梅岭水库为例，将上述污染处理方法应用于该水库，通过分析水库的污染降低情况，最终确定整体治理水体富营养化方法是否可行。

2017年宁波市水资源环境公报显示，杨梅岭河段为水质为Ⅳ类水，其基本情况如下：杨梅岭水库地处浙江省宁波市宁海县凫溪的下游地区，地图显示其东侧为水库大坝，西侧为村庄、村委会及日用品生产厂，南北侧都是山岭。上有甬台温铁路杨梅岭水库特大桥，西侧水源入口有淤积泥沙。

水库的主要来源是山体径流和雨水，主要污染物的来源是工业污水和生活污水。水库的特点为水体面积大，进水口和出水口狭窄。其中西侧沿水库分布的稻田较多，土壤中的污染物易汇集进入水库。

结合杨梅岭水库的实际情况与地理信息系统显示，该水库造成水体污染的主要原因为：上游某日用品工程排放的工业污水；上游村落居民的生活污水以及农业污水。污水中含有的污染物质造成水体富营养化。针对工业污染，上游存在某日用品工厂，该工厂污染排放均符合《化学工业主要水污染物排放标准》，即排放污水化学需氧量（COD）为120 mg/L，氨氮排放为25 mg/L,磷酸盐排放为1.0mg/L,假定该工厂污水排放量为100m3/天，则每天生化化学需要量为12kg ，氨氮排放量为2.5kg。

分析居民生活污水排放情况，根据调研和宁海县志记载，杨家岭水库上游的村庄主要有下河村、五松村、凤潭村、梅林街道3个村和一个街道。每个村人口大约为1000人，梅林街道人口估计2000人，根据环境公报和调研，上述乡村和街道人均排水量为80L/天，生活污水化学需氧量COD为300 mg/L，生化需氧量BOD为100mg/L，氨氮排放为30 mg/L。即杨梅岭水库上游生活污水每日化学需氧量为28.8kg，氨氮排放量为2.88kg。

农业污染情况假定如下：日均排放水量为300m3，排放污水COD为 150mg/L, 氨氮排放量10mg/L,则农业污水每日化学需氧量为45kg，每日氨氮排放量为3kg。

基于目前的工业农业和生活污水污染排放情况，该水库目前水质为Ⅳ类水，即COD为30 mg/L，氨氮为1.5mg/L，总磷含量为0.3mg/L。考虑杨梅岭水库为集中式生活饮用水源地，经过治理之后的水库水质能需达到III水质或者II类水质即，即COD为10～15 mg/L，氨氮为0.5～1.0 mg/L，总磷含量为0.1`0.2 mg/L。

基本治理方案设计图1所示，其中a为生活污水前处理池，b为化工厂工业污水处理，c为农业污水处理，d为污染拦截池，e为天然前置库，f为天然小岛。

图1 杨梅岭水库俯瞰图和水体富营养化治理方式示意图（图片来源：百度地图-地球）

基本技术手段如前文所述，从“控制源头减少排放，污染截留，污染治理，生态修复”整体治理的角度进行污染控制。如图所示，首先采用a，b，c的方式，设置生活污水前处理池，化工厂工业污水处理池和农业污水处理池，对排放的污水进行第一步处理，然后在水库前利用污染拦截池d和前置库e拦截入湖径流，构建局部净化场。最后利用天然小岛f构建生态修复系统，最终实现污染的整体治理。

目前污染治理手段和技术显示，一般污水前处理通过沉淀等方式能够去除大约10%的COD和氮磷营养物质，王晓昌等人在杭州西湖富营养化水体治理过程中的治理结果显示，对支流净化采用物理、化学和微生物共同作用对COD，磷，氮的去除效率分别为24%，46%和31%；在前置库透水坝拦截过程中采用陶粒和狐尾藻结合的方式能够去除约70%的磷和50%的氮。人工生态岛对于水体富营养化治理效果较难评估。结合以上数据，对整体方案对于氮磷的去除效率估计在68%到85%之间，对于COD的去除效率大约为30%。结合杨梅岭水库出现的水体富营养化问题，若整体污染治理效率高于66.7%，则水质可以由IV水改善至II类水，若整体污染治理效率高于50%低于66.7%，则水质可以改善为III水。综上所述，采用“控制源头减少排放，污染截留，污染治理，生态修复”整体治理的手段可以有效治理该水库的水体富营养化污染。

结论与展望

本课题通过调研和理论分析的方法，对水体富营养化治理方法进行了分析，以宁波市的杨梅岭水库为例，提出了“控制源头减少排放，污染截留，污染治理，生态修复”整体治理方法，设计实际污染控制方案，对富营养化污染进行治理分析，采用整体治理方案，利用生活污水前处理池、化工厂工业污水处理，农业污水处理，污染拦截池，前置库系统，天然小岛等方式，能够实现对于氮磷等污染物的有效治理，将IV水改善为II水。需要指出的是，实际应用中污染治理效率与初始污染浓度和温度等环境因素有关，本文仅结合实际情况对整体治理方案进行一个评估，未来可以对每一阶段的治理效果进行详细建模和分析，并结合治理费用进行方案规划与设计。