饮用水水源区水库水体降氮技术研究

李高杰 王彬彬 张连春 王继业 宋旭东

（山东省龙口市王屋水库管理所 龙口 265721）

王屋水库位于山东省龙口市黄水河中游，始建于1958年。是一座多功能大（2）型水库，流域面积320km2，总库容1.21 亿m3。正常蓄水位73.5m，库容0.725 亿m3。水库担负着龙口市供水的重任，维护水生态系统的安全有着十分重要的意义。

1 水库水生态环境状况

1.1 流域概况

水库地处北温带东亚季风型气候区，气候温和，年平均气温11.8℃。多年平均降水量673mm，全年降水主要集中在夏秋季。7—8月降水量占全年的49%。黄水河属季风雨源性河流，源短流急，汛期洪水来势凶猛，洪水过后在短时间内即形成断流。水库流域范围内主要为棕壤土，山丘区土壤质地较粗，土体淋溶作用较强，蓄水能力低，森林覆盖率约在50%以上，土壤流失严重。

1.2 水库水质

王屋水库属饮用水源区，2012—2014年水质监测资料统计，氮最低含量为10.4mg/L，最高达22.3mg/L，其他各项符合国家地表水Ⅲ类标准。总氮中92%～97%为硝酸盐氮。由于磷的制约，水体生产力不高，每年的鱼产量波动在100～120t。磷的来源和氮一样，主要来自地表径流和工业及生活污水。一般在0.01～0.02mg/L 之间。国内外研究表明，淡水水域中藻类和大型植物体氮磷的比例约为7～9∶1，王屋水库N∶P 比最高达到92.83∶1，由于氮磷比失调，造成初级生产力低下，水库生态系统出现失调。

为此，进行了鱼类种群结构的调整，通过鱼类及底栖生物的活动，促进底层磷的释放等措施，成效不甚理想。通过研究试验，筛选出磷酸二氢钾，利用其特有的活性促进氮的转化，取得了显著成效。

2 材料与方法

2.1 治理试验水域

试验水域为大坝以西的库湾，面积约13.3ha，平均水深约5m，蓄水量约60 万m3。主要用于培育鲢、鳙养鱼种，放流密度约为750 尾/ha，以白鲢为主。

2.2 材料

试验所用材料为磷酸二氢钾（KH2PO4）及光合细菌和枯草杆菌复合剂。磷酸二氢钾是一种无色方晶体或白色结晶性粉末，无嗅、无味、易溶于水。在工业及食品上广泛应用。含磷量为52.16%，含氯化钾34.61%。

2.3 方法

试验开始前后采集水库及库湾水样进行水质分析，浮游生物定性定量分析。西库湾总氮含量14～20mg/L，总磷0.01～0.03mg/L，淡水水域中藻类和大型植物体氮和磷的比例约为7∶1～9∶1，按8∶1 标准计算，磷含量需达到0.43mg/L，投放磷酸二氢钾的浓度要达到0.4mg/L。水体容积按60 万m3计算，磷酸二氢钾投入总量约1100kg。根据总量控制，水质分析数据，分批以水溶液泼洒。光合细菌和枯草杆菌复合剂在水体透明度低于0.5m 时，在原液中加水进行泼洒。西库湾试验从2014年5月开始，11月结束。投入量及投入时间见表1。

表1 磷酸二氢钾及生物制剂投入时间与数量表

3 结果

3.1.总氮含量变化

从5月6日至7月29日，通过5 次投放磷酸二氢钾，总氮由19.7mg/L，降至最低1.50mg/L，仅高于地表Ⅲ类水标准限值0.5 倍，平均含量为2.58mg/L，与2014年大库的平均含量17.17mg/L，下降了6.65倍，降氮显著。氮含量变化情况见图1。

图1 总氮含量变化图

3.2 总磷含量变动

试验期间磷波动在0.01～0.12mg/L 之间（见图2）。大库总磷含量在0.01～0.04mg/L 之间波动。试验水域高于大库。水体总氮在2mg/L 左右时，此时氮、磷比已超出浮游植物吸收利用的合理区间，磷含量比7、8月份稍高。总体在可控范围，水质其他指标无明显变化。

图2 总磷变化图

为验证库湾试验效果，2015年在坝区水域设置了两个帆布围隔，库湾试验研究内容重复进行。氮、磷指标变动趋势与库湾相似。

3.3 微生物制剂与高锰酸钾指数变化

试验水域5—7月份高锰酸钾指数符合地表水Ⅲ类环境质量标准。8月份高锰酸钾指数高达30.1mg/L，而大库为4.8mg/L，高出大库6.2 倍。化学需氧量高达117mg/L，超出标准限值5.85 倍，水体透明度降至45～50cm。其原因是前期氮、磷比相对平衡，被水生生物大量吸收，浮游生物生物量大增，未能被鱼类及其他水生生物完全利用，死亡个体增多。7月上旬2 次投放枯草芽孢杆菌及光合细菌，水体中的物质转化为可被水生生物吸收的营养物质，加快了物质循环。9月份高锰酸钾指数降到5.4mg/L，低于地表Ⅲ类水指标。化学需氧量降至22mg/L。光合细菌和枯草芽孢杆菌复合剂具有明显效果。

3.4 浮游生物数量变动情况

水体中氮、磷等生物营养元素的含量及构成的比例，直接影响浮游植物、浮游动物及微生物，进而影响鱼类及底栖生物，对水域生态环境变化产生重要影响。

3.4.1 浮游植物

共鉴定到浮游植物50 余种，分属于6 门25 属。浮游植物以小于8um 的小型藻类为主，绿藻门的种类占优势，大于15um 的大型硅藻则较少。浮游植物数量由初始的51.3 万个/L，提高至最高峰342.6 万个/L。而总磷由试验浓度0.43 mg/L 降至0.01mg/L，总氮下降浮游植物数量也呈现下降趋势（见表2）。

表2 浮游植物数量变化表

3.4.2 浮游动物

浮游动物总体数量不多，种类较为贫乏。主要为轮虫和枝角类，小个体的数量多。挠足类主要为剑水蚤、哲水蚤。原生动物仅见沙壳虫等少数种类（见表3）。

表3 浮游动物数量表

3.5 鱼类及其组成

水库共有鱼类25 种，放流的主要是鲢、鳙鱼，其产量较低。西库湾主要用来培育鱼种，试验期内放养密度低，群体数量少，总体摄食量不高，浮游生物出现过剩现象。

3.6 底栖生物

底栖生物主要有摇蚊幼虫、水丝蚓、软体动物蚌及贝类。虾类有秀丽白虾等。这些种类生活在底层，其活动和摄食过程扰动了水体，对底层淤泥中磷的释放有一定作用。

4 讨论与小结

4.1 磷酸二氢钾的驱动效应

氮、磷是水体藻类生长的主要限制因子。大多数水库正磷酸盐（PO4-P）含量不高，水生藻类和大型植物体内氮和磷的比例约为7N∶1P，王屋水库的氮负荷高，磷是限制性的因子，利用磷酸二氢钾作为驱动剂，实现了快速降氮。而氮、磷的动态平衡，为藻类生长、繁殖提供良好条件。带动水体中物质循环，最终以水生生物为终极产品，将氮磷移出水体，同时带动了水体生产力的提高。

4.2 磷沉积问题

是否会引起磷沉积倍受关注，如氮已超标，又造成磷沉积，引发水库富营养化的加剧。淡水中可溶性无机磷占总磷的很小比例，且处于快速循环利用之中。国内外研究表明：溶解性无机磷和浮游植物及细菌的交换速度非常之快，周转时间仅5min。在藻类中的周转时间为0.75～5.0 天。在磷源充足时，藻类能吸收超过本身需要的磷量，一部分用于生长，大部分（95%以上）积累于细胞内供磷源不足时使用。受水域环境和生物因素的双重影响，对磷的沉积不可能产生大的影响，可以通过调控磷浓度解决。

4.3 水库鱼类保有量问题

水库占主导的鲢、鳙、青鱼、草鱼、是江河产卵类型，在水库不具备产卵繁殖条件，种类虽不多，却是水库鱼类的主体，是影响水库生态系统的重要因子，直接影响水质。西库湾每立方水体鲢、鳙保有量仅有8.3g。这样的密度显然过低，至少要维持在25g 以上。

4.4 小结

在高氮水体使用磷酸二氢钾，配合微生物复合剂，降氮速度快、效果明显，与大库总氮平均含量相比，降低了6.65 倍。总磷在0.06～0.14mg/L 之间波动，在可控范围之内。除氮、磷外，水质各项指标并无大的变化。通过鱼类种群结构的调整，合理确定保有量，以及其他生态措施的配合，水库的生态学管理将进入一个新的阶段■