淮安市某区备用水源地水质现状及变化趋势

2021-01-12成芃荣吴银杰丛海兵

江苏水利 2020年12期

吴翔，成芃荣，吴银杰，刘芳，丛海兵*

(1.扬州大学环境科学与工程学院，江苏扬州 225100， 2.淮安市洪泽区河湖管理所，江苏淮安 223100；3.江苏省水文水资源勘测局扬州分局，江苏扬州 225000)

1 基本情况

淮安市某区自来水厂以洪泽湖为水源，取水水源单一，受上游水质影响很大，一旦发生突发污染事件将无水可用。为了提高供水可靠性和改善源水水质，在自来水厂原洪泽湖取水口附近建设了备用水源地。备用水源地由复合湿地处理区和深水区组成，可利用库容38.5万m3。洪泽湖水先进入备用水源地，经处理调蓄后抽送到自来水厂，如洪泽湖遇到突发性水污染事件，关闭洪泽湖进水口，备用水源的蓄水可保证某区7 d的应急供水量，待水污染事件过去后再恢复洪泽湖供水，从而提高了供水的可靠性。生态湿地处理系统工艺流程为预处理区→复合湿地净化区→深水净化区，工艺按照仿生学理论构建湿地植物-动物-微生物生态系统，利用培育的植物或培养的微生物的生命活动，对水中污染物进行降解和转化。生态湿地工艺设置深水净化区作为蓄水水库，利用深度净化区蓄水向水厂供水。其布置如图1所示。

图1 备用水源地布置图

2 水质监测

2.1 水样采集

水质监测对象为淮安市某区备用水源地，在水源地设置进水口、湿地系统净化出水区、深水净化区出水口共3个水质监测点，监测点分布如上图1所示。

采用2 L有机玻璃取样器，采取水面以下0.5 m处水样。取样前，需用水样荡洗取样器和盛水样容器，并注意采样时不可扰动水底，也不可混入水面漂浮物。每个监测点取水样1.5 L，并现场测定DO、透明度等数据。将取得的水样装入塑料瓶中，贴上标签后带回实验室冷藏保存，用于后续相关指标测定。取样频率为1周1次，监测时段为2019年1～12月。

2.2 监测指标及方法

监测指标包括CODMn、NH3-N、DO、pH、TN、TP、NTU、藻细胞计数、Chl-a。pH值采用雷磁PHS-3C型pH分析仪测定；DO采用哈希HQ30d型溶解氧(DO)测定仪测定；NTU采用哈希2100Q浊度仪测定；CODMn采用酸性高锰酸钾法测定；TP、TN采用哈希DR900型快速测定仪测定；NH3-N采用纳氏试剂比色法通过722S可见分光光度计测定；Chl-a采用丙酮提取，低温提取8h以上，采用722S可见分光光度计测定；藻细胞计数采用BM-37XB-D型倒置生物显微镜测定。

3 水质监测结果及分析

对水源地进行水质分析，是正确认识水体状态的一项重要内容，也是对水源地进行管理保护和维护居民用水安全的重要基础[1]。

3.1 进水口水质分析

将进水口每个指标每个月8次检测结果平均，得到月平均水质。水源地进水水质如图2～4所示。

图2 水源地进水口TN、TP、NH3-N、DO、CODMn情况

图3 水源地进水口NTU、pH情况

图4 水源地进水口藻类情况

根据图2～3可知，水源地进水口一年内CODMn、NH3-N、TN、TP、DO、pH、NTU分别介于3.0～6.08 mg/L、0.28～0.84 mg/L、1.35～2.5 mg/L、0.12～0.53 mg/L、9.35～12.38 mg/L、7.77～8.5、14.4～96.7 NTU，水源地进水口主要超标因子有TN、TP，其他主要监测指标均达到国家地表水环境质量标准中的Ⅲ类水标准。进水口TN指标超标率100%，全年达到Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ类的比例分别为50.1%、41.6%和8.3%，而TP一年中也有1/3的时间处于超标状态，超标时间主要出现在6—9月。水源地进水口以洪泽湖为水源，故进水口的水质状况也体现了洪泽湖的水质情况。TN、TP是控制湖库富营养化的重要指标，而进水口的TN、TP超标也可能引起水源地藻类暴发[2]。CODMn夏、秋两季较高，接近Ⅲ类水质标准限值，而冬、春两季可达到Ⅱ类水标准，全年达到Ⅱ、Ⅲ类水质标准的比例为50%和50%。NH3-N指标春季可达到Ⅱ类水标准，夏秋两季呈上升趋势，冬季略有下降，全年达到Ⅱ、Ⅲ类水质标准的比例为33%和67%。NTU整体表现为冬春季较清澈、夏秋季较浑浊。

水源地进水口藻类情况如图4所示，随着温度升高、光照条件变好，水源地进水口藻类数量1月份最低，为885万个/L左右,之后持续增长到8月份的峰值，为2 000万个/L左右。9月至11月藻类数量呈衰减趋势，但仍保持较高水平，达到1 600万个/L左右。

3.2 湿地净化出水水质分析

湿地净化区出水水质如图5～7所示。

图5 湿地净化出水TN、TP、NH3-N、DOCODMn情况

图6 湿地净化出水NTU、pH情况

图7 湿地净化出水藻类情况

根据图5～6数据分析可知，经过湿地处理系统净化后，TN较进水口去除率20%左右，TP较进水口去除率40%左右，基本达到Ⅲ类水标准。、CODMn较出水口去除率为28%左右，NH3-N去除率为29%左右，使水源地NH3-N、CODMn等指标达到地表Ⅱ类水标准。水源地湿地处理系统对NTU去除效果可达到57%左右，全年变化趋势与进水口情况相似。7—10月水源地湿地净化系统中培育的植物进入成熟期，藻类大量繁殖，植物呼吸作用增强[3]，导致溶解氧指标略有下降但仍维持在Ⅰ类水标准之上。由图7可知湿地净化出水藻类数量及增长趋势与进水口大致相同，湿地处理系统对藻类去除效果不佳。

3.3 出水口水质分析

水源地出水口也是某区自来水厂取水口，将出水口每月所测指标数据的结果平均，得到水源地出水口水质情况如图8～10所示。

图8 水源地出水口TN、TP、NH3-N、DO、CODMn质量浓度情况

图9 水源地出水口NTU、pH情况

图10 水源地出水口藻类情况

水源地出水口位于水源地湿地处理系统深水净化区尾部，根据图8～9分析可知，TN、TP质量浓度在湿地净化出水之后进一步去除，使得洪泽湖源水中超标因子TN、TP得到控制，有效遏制了水源地水体富营养化发展趋势，保证了水源地水体维持在良好的稳定态势[4]。NH3-N、CODMn等指标较湿地净化出水无明显处理效果，但透明度在湿地净化出水的基础上进一步降低，全年透明度基本维持在10NTU以下。由于出水口水体澄清、透明度高，在光照条件好的时间，水体中藻类数量较湿地净化出水增多，其整体增长趋势与进水口及湿地净化出水类似。经过水源地湿地系统净化处理之后，监测各项水质指标全年均达到地表水Ⅲ类水质标准，其中NH3-N、CODMn、DO、pH等水质指标全年保持Ⅱ类水质标准以上。备用水源地达到建设预期目标，有效保护了城乡居民用水安全。

3.4 水源地湿地处理系统效能分析

将每个取样点水质指标平均得到全年平均值，水源地进水口、湿地净化区出口、水源地出口水质比较如图11所示。

图11 水源地湿地系统处理效果

图11中所有监测指标数据均为各个监测点的年度平均值，根据图8可以看出水源地湿地处理系统对CODMn、NH3-N、TN、TP、NTU等指标都具有一定的去除率。相较于进水口，湿地系统对CODMn、NH3-N、TN、TP、NTU、藻类的全年平均去除率分别为21.8%、29.8%、31.5%、48.1%、56.7%和3.7%，整个备用水源系统全年平均去除率分别为20.9%、28.1%、50.9%、63.0%、83.2%和-5.8%。DO整体变化趋势不明显，但全年维持在地表Ⅰ类水标准之上。出水口NH3-N、CODMn、TP指标达到地表Ⅱ类水标准，而原超标因子TN经备用水源处理后可以达到地表水Ⅲ类水质标准。由此可见，备用水源地湿地系统处于良好运转状态，备用水源地总体水质较原洪泽湖源水水质提高明显，能够满足国家集中式饮用水源地的水质标准要求。

根据以上各监测点藻类情况，备用水源地生态湿地系统对藻类控制没有明显效果，在深水净化区由于水体透明度提高，出水口藻类数量较进水口增加了5.8%，存在暴发隐患。为了维护水源地水质安全，水源地采取了以下措施来控制藻类生长：

(1)在备用水源地中有计划地放养了一定密度的鲢鱼、鳙鱼捕食藻类，以此来控制藻类过度繁殖[5]。

(2)备用水源地生态湿地系统总设计停留时间为12.5 d，有效库容达到38.5万m3，因此库区水体停留时间较长，其水体缺少流动，水中溶解氧易出现不足或分层现象。备用水源地在深水净化区根据水域面积布置一定数量的太阳能循环复氧控藻系统，利用设备对水体的垂直扰动，增加水体流动和交换、循环，持续控制深度净化区内藻类密度，保证取水口的水质安全[6]。