水库总磷总氮分析与富营养化评价

2020-10-13单敬

供水技术 2020年3期

单敬

(天津水务集团有限公司水质监测中心，天津300040)

湖泊在自然条件下会从贫营养水平过渡到富营养水平，但过程非常缓慢，而人类活动例如排放含氮、磷等营养物质的工业废水或生活污水，可在短期内引起水体的富营养化。人畜长期饮用含有超标污染物的水可能引起中毒，甚至致病[1-3]。受经济快速发展的影响，河流、湖泊等水体中氮、磷等营养元素的累积加速，使水体从贫营养状态过渡到富营养状态的演变进程加快。大量调查研究表明，我国水库的富营养化情况不容小觑[4]。笔者根据2018年11月至2019年10月对某水库理化因子和叶绿素a的监测数据，分析了CODMn、TP、TN和叶绿素a(Chl-a)等指标随着季节的变化趋势，同时对水库进行了富营养化水平的调查研究，以期合理评价水库的营养状况，为进一步做好水源地的保护工作，从而加强管理和改善水库水质提供科学依据。

1 水质分析方法

总磷：向水样中加入过硫酸钾溶液进行高压消解，再加入抗坏血酸溶液和钼酸盐溶液，用分光光度法测定。

总氮：向水样中加入碱性过硫酸钾溶液进行高压消解，加入盐酸溶液，用分光光度法测定。

高锰酸盐指数：向水样中加入(1+3)硫酸溶液，以草酸钠为标准溶液，用高锰酸钾溶液滴定。

叶绿素a：向水样中加入饱和碳酸镁溶液，过滤浓缩，加入90%丙酮溶液进行研磨。离心后转移澄清提取液进行分光测定。

2 结果分析与讨论

2.1 理化因子分析

2.1.1 CODMn

水库2018—2019年的水质理化因子，以及《地表水环境质量标准》[5](GB 3838—2002)I～V类水体对应的限值见表1。

表1 2018—2019年水库水质

水库CODMn的年度变化趋势见图1，CODMn在夏季和秋季明显高于冬季和春季。全年CODMn在3.1～6.8 mg/L，年度最大值出现在夏季，最小值出现在春季，平均值为4.7 mg/L，符合《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类标准。

图1 水库CODMn的变化趋势

2.1.2 TP和TN

① TP

图2所示为2018—2019年水库TP的变化趋势，结合表1可以看出，TP的变化与季节存在一定的规律。监测数据表明，夏季和秋季TP偏高，平均值分别为0.05和0.07 mg/L；冬季和春季偏低，平均值分别为0.01和0.03 mg/L。研究表明，温度影响水库沉积物中的磷元素向水体中的释放，温度越高，磷元素释放越多，由于夏、秋季水库温度偏高，TP也随之增加。TP在0.01～0.08 mg/L波动，年平均值为0.04 mg/L，符合III类标准。

图2 水库TP的变化

② TN

通过表1和图3可见，TN随着季节而变化，冬、春季较高，平均值分别为2.76和3.60 mg/L；夏、秋季较低，平均值分别为1.33和1.83 mg/L。TN在0.93～4.74 mg/L变化，年平均值为2.33 mg/L，超过V类水体标准。

③ TN/TP

水中藻类生长所必须的营养元素主要是氮、磷，总磷、总氮与藻类的生长情况之间存在密切关系，当两者浓度的比例达到一定值时对藻类的繁殖生长最有利，反之则会限制藻类的繁殖生长。有研究表明，最佳TN/TP在10～15；当TN/TP小于10时，氮是限制藻类生长的主要因素；当TN/TP大于14时，磷是藻类生长的限制因素[6]。从图4可以看出，2018—2019年水库TN/TP的年平均值为101，说明磷是藻类生长的限制因素，水库属于典型的磷(P)限制型水库。

图3 水库TN的变化趋势

图4 水库TN/TP的变化趋势

2.3 叶绿素a(Chl-a)与TP、TN的关系

2.3.1 叶绿素a(Chl-a)

叶绿素a是整个光合作用过程中能量传递的核心，通过监测水中藻类的叶绿素a含量，能够反映出藻类的生长状况。从图5可以看出，2018—2019年水库叶绿素a的变化规律呈现出夏季>秋季>春季>冬季的趋势。夏、秋季水库温度和氮、磷等营养盐浓度均处于较高水平，有利于藻类的生长繁殖。藻类的生长是一个不断积累、逐渐增长的过程，随着水温的升高，叶绿素a在7月达到最大值，为147.1 mg/L。到了冬季，水温急剧下降，造成藻类生长缓慢，叶绿素a迅速减小，在2月降至最低值5.6 mg/L。

1.3.2 叶绿素a(Chl-a)与TP、TN的关系

图6和图7所示分别为叶绿素a与总磷和总氮的关系，叶绿素a的浓度随着总磷浓度的升高而增大，但随着总氮浓度的升高而减小。