湖泊内源污染对供水水质影响的初步研究

　　摘　要： 本文探讨了湖泊内源污染一底泥一对供水水源水质的影响．研究以清华大学近春湖为研究对象，对其水质变化规律及其底泥污染的释放特征进行了初步的现场检测和实验室模拟研究。结果表明：水质在4到6月枯水季节波动较大。水中缺氧可能是底泥各种污染物释放的主要原因。底泥污染释放对水源水质具有很大的影响。
　　关键词： 供水 水源 湖泊 底泥 释放

A Preliminary Investigation of Lake Internal Pollutants　on Raw Water Quality
Zhang Liping　　Yuan Wenquan　　Zhang Xihui
(Tsinghua University, Beijing 100084, China)

　　Abstract: This paper is to investigate the impacts of lake internal pollutants on raw water quality. The research was conducted based on Jinchun Lake located in Tsinghua University. Both on-site analysis of water quality from April to June of 2001 and laboratory tests ware undertaken. The results showed that the water quality became worse during this period, short of oxygen in water was the primary reason in the release of various pollutants. The internal pollutants had great impacts on raw water quality.
　　Key words: water supply；raw water；lake；sediment；release

1 前言

　　地表水是我国重要的饮用水水源。但是，我国地表水源污染日趋严重，导致饮用水处理工艺愈来愈复杂，管网水质时常发生恶化现象，处理和管理成本上升，而水质却在下降。在受污染的湖泊水体中，内源污染对水质的影响越来越受到重视，尤其在不断加强对外源污染管理的情形下。所谓内源污染是外来污染在湖泊水体中直接或者间接积累形成的，主要是底泥，其在一定条件下能够重新释放污染物。例如，研究发现，杭州西湖内源污染负荷是外来污染负荷的41％，安徽巢湖内源污染负荷是外来负荷的21％，而云南滇池中80％的氮和90％的磷都分布在底泥中。以湖泊水库为水源的水厂，其取水口往往距离底泥比较近，容易受到底泥内源污染的影响。因此，研究湖泊水库底泥对水质的影响对于从源头防止饮用水的恶化具有重要的意义。
　　本研究以清华大学近春湖为研究对象，对其水质变化规律及其底泥污染的释放特征进行了初步的现场检测和实验室模拟研究。

2 试验部分

2．1采样地点及频率
　　近春湖平均水深约为0.8m，属于浅水型湖泊；与外界水体基本没有交换和循环，每年3月到6月间很少降水。因此可以认为，在此期间近春湖属于封闭性湖泊，水体水质的变化主要是由底泥引起的。为使水样具有代表性，沿湖设置了四个采样点(图1)。在2001.04—2001.06之间每月采样二至三次。各点采表层下0.5m处的水样进行水质分析。模拟试验的底泥为2#处1—10cm的表层底泥，上覆水为2#处表层下0.5m处的水样，实验时间是2001年5月下旬。水样用自制采样瓶采集，底泥用自制柱状采集器采集。采得的底泥和水样即刻送入实验室进行相应的实验。

2．2模拟实验
　　模拟实验采用图2所示的实验装置。在圆柱状容器的中下部有两个孔，其中一个用来采集水样，不用时将套在上面的橡皮管夹紧。另一个水平插入溶解氧仪探头至圆柱体中部，并用封口胶封好。容器顶部为带有密封圈的注水口。在容器中加入135g经混匀的新鲜沉积物，并小心加入4.5L上覆水至容器顶部，然后用密封圈封好。用磁力转子搅拌沉积物及水样，观察溶解氧的变化情况，并定时用针管从采样口抽取水样25mL测定DO、氨氮、硝酸氮、溶磷和总磷的浓度值。

2．3分析方法及仪器
　　近春湖水样及上覆水的分析项目包括DO、CODcr、氨氮、硝酸氮、溶磷和总磷，并对近春湖水样进行了两次藻类测定。水质分析及藻类测定参照文献[1]进行。测定DO采用上海雷磁仪器厂生产的JPB--607便携式溶解氧仪。测定吸光度采用国产VIS--7220分光光度计。

3 结果与讨论

3．1水质分析结果
　　图3列出了近春湖四个采样点水体的DO、CODcr、氨氮、硝酸氮、溶磷和总磷和藻类随时间的变化曲线。由图3可以看出，虽然各点的DO值有差别，但总的变化趋势是相同的。四月份的DO接近饱和值，从五月份开始DO低于饱和值。与此同时，CODcr、氨氮、硝酸氮、溶磷和总磷也呈现出有规律的变化趋势。五月中上旬的数值较四月份有明显的升高，随后又开始下降。藻类的数量在七月份明显增多。
　　由以上分析数据可以看出，四月份水体水质状况良好，溶解氧浓度接近饱和值，污染物质的浓度也比较低。到了春末夏初，气温开始升高，微生物活动变得比较活跃，逐渐消耗水体中的氧气，使得溶解氧浓度降低。微生物分解底泥中溶解性和不溶解性的有机物，并将部分有机物质释放到水体中，使水体COD浓度升高。底泥有机物中的氮元素通过微生物的氨化作用以氨态氨的形式释放到水体中，水体氨氮浓度升高。由于水体溶解氧的存在，部分氨氮通过硝化作用转化为硝酸氮，使得水体硝酸氮的浓度也随之升高。由于微生物活动的结果，底泥中的磷也可能得到转化，并被释放到水体中。在这种条件下，藻类能够利用从底泥中释放出来的营养物质，从而进行快速和大量地繁殖。因此，在这个时期，水源水质的下降可以认为主要是内源污染释放造成的。

3．2模拟实验结果
　　为了进一步检验底泥污染释放的情况，本文进行了模拟实验研究。实验中，对底泥和上覆水进行充分搅拌和混合，研究其在没有传质步骤限制状况下的污染物释放特征。图4为模拟实验DO变化情况及氮磷的释放曲线。由图4可以发现，上覆水DO浓度下降很快，在两天半时达到2mg/l以下。氨氮浓度在实验的第一天内呈现下降趋势，然后开始升高，在第四天即DO浓度降低至2mg/l以下时达到最大值，从第六天起又有所下降。氨氮浓度先降低再升高，原因可能是初始阶段上覆水的溶解氧浓度较高，硝化反应使部分氨氮转化为硝酸氮。随着水中分子氧的减少，底泥的厌氧释放明显占优势，氨氮浓度升高。氨氨浓度在后期有所下降的原因则有待于进一步探索。硝酸氨浓度在实验的前两天由于硝化反应的进行有所升高，后期水中氧气的减少抑制了硝化反应的发生，同时硝酸根代替分子氧充当电子供体被微生物利用，硝酸氮浓度开始下降。上覆水中溶磷和总磷的浓度随着实验时间的加长不断增大，其中总磷浓度在实验进行的第八天已高达1.1mg/l。对比磷浓度变化与溶解氧变化，可以认为，上覆水磷浓度升高是因为随水中氧气的减少，厌氧微生物与底泥相互作用，使原先隐藏在底泥中的磷释放出来，使部分非溶解性的磷转化为溶解性的磷。有关文献研究报道也表明^[2]，厌氧条件下底泥磷释量是好氧条件下的数倍至数十倍。
　　模拟实验是在搅拌底泥以及溶解氧逐渐降低直至厌氧状态的情况下进行的，可以较好地解释近春湖水体水质的变化情况。上覆水中氨氮、硝酸氮、溶磷和总磷的浓度明显高于近春湖水的相应浓度，其中氨氮、硝酸氮和总磷的浓度范围比湖水的相应浓度范围高一个数量级。如前所述，春末夏初，气温变化较大，微生物活动活跃，分解释放底泥中的各种污染物。因此可以认为，底泥释放是这个时期影响水源和供水水质的主要原因。

4 结论

　　本文通过对近春湖水体水质在4到6月间检测数据分析，认为水质的变化主要是微生物活动导致底泥释放所造成。通过底泥释放模拟实验表明，污染物在厌氧条件下的释放速率明显高于好氧条件下的释放。对比现场水体检测和实验室模拟实验，可以认为，对于封闭水体，内源污染物释放是影响水质的主要原因。

参考文献
　　[1]美国公共卫生协会编著，宋仁元等译。水和废水标准检验法[M]．北京：中国建筑工业出版社，1985．
　　[2]隋少峰，罗启芳．武汉东湖底泥释磷特点[J]．环境科学，2001，22(1)：102-105．

张丽萍(1973-)，女，山东安丘人，硕士，研究方向为地表水内部转化机理。