寧波市亭下水庫總氮超標情況成因分析

趙洋甬 馬靜軍 楊樹生 肖國起 蔣蕾蕾

(寧波市環境監測中心,浙江 寧波 315000)

總氮是水體中所含的有機氮和無機氮化合物的總和,包括可溶性及懸浮顆粒中的含氮化合物,主要為硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮 (銨鹽)等無機氮化合物和有機氮化合物[1]。有機氮化合物由于受微生物作用分解成無機氮,消耗水體中的溶解氧,造成水體發黑發臭,水質惡化。而當無機氮含量升高到一定濃度時,則可促進藻類的大量生長繁殖,使水中溶解氧急劇下降,魚類大量死亡,導致水體富營養化。水體富營養化程度與總氮含量密切相關,因此總氮是反映湖泊、水庫受污染程度及營養鹽水平的重要指標之一,是控制湖泊、水庫富營養化的特定項目[2]。

亭下水庫位于奉化溪口,長期存在總氮超標現象,且多次發生藻類異常增殖,故2009年,我們對其總氮超標情況的成因進行了調查和分析。

1 調查方法和點位設置

1.1 水質總氮的監測及評價方法

采樣:為了全面、客觀地反映水庫水質總氮含量及分布情況,按 《水和廢水監測分析方法》監測點位的布設原則[2],根據水庫面積、形狀、水文特點及庫內及周邊污染源分布狀況,布設監測點,部分點位分層采集上層水 (水面下0.5m處)、中層水、底層水 (水底上0.5m處)。

分析:總氮分析采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[3]。

評價:將總氮監測結果,采用水環境評價通用的單項標準指數法,以 《地表水環境質量標準》[4]Ⅲ類水質標準 (總氮≤1.0mg/L)作為評價標準,對水庫水質進行評價,并確定水質等級。

1.2 點位設置

亭下水庫屬于半封閉型湖庫,本次調查分別在其壩前、中心、上游設置采樣點,如圖1所示。

圖1 亭下水庫點位分布圖

1.3 數據的質量控制

對監測數據中10%的樣品進行平行樣加測分析,并加做質控樣,以保證數據分析的準確性。對不能及時分析的樣品用硫酸調至pH=2冷藏保存[2]。

2 調查結果

2.1 亭下水庫三氮時空變化

表1 亭下水庫三氮時空變化

圖2 2009年亭下水庫總氮時空變化

2.2 亭下水庫三氮垂直變化

表2 亭下水庫壩前三氮分層數據匯總

3 結果分析

3.1 水體中氮元素主要存在形式

水中氮的存在形式主要是有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮四類。水中的氮化合物開始很不穩定,最初進入水體的通常是復雜的有機氮,經水中微生物分解,逐漸變成簡單的氮化合物,最終轉化為硝酸鹽氮。

對不同采樣點水樣中的總氮及氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮含量進行分析,如圖3所示。

硝酸鹽氮含量占總氮含量的62%～76%,氨氮含量占總氮含量的2%～9%,亞硝酸鹽氮含量占總氮含量比例趨近于0%,說明該水體的總氮主要以硝酸鹽氮的形式存在,其次為有機氮。

圖3 水體氮元素存在形式分析(2009年亭下水庫)

硝酸鹽氮是含氮有機物氧化分解的最終產物,其含量的偏高表明該水體曾經受到過含氮有機物污染。有機氮含量為20%左右,說明水體還存在一定污染,水體自凈過程還在進行中。

3.2 受上游來水影響

亭下水庫的上游由山上溪水匯集而成。由圖2可直觀地看到雖然上游總氮含量也超過1mg/L的Ⅲ類水標準,氮其一年內的含量基本都低于中心和壩前濃度值。

所以,亭下上游來水不是亭下水庫總氮含量超標的主要原因。

3.3 降水對總氮的影響

亭下水庫位于奉化江支流剡江上游的亭下村,屬東南沿海亞熱帶季風氣候區,總庫容1.53億m3,集雨面積176km2,年降水量1387mm。

充沛的降雨量使得降水成為影響水體總氮含量的一個重要因素。

一方面,雨水本身含有的含氮污染物進入水體。另一方面,降水過程中,在雨水的淋洗、沖刷作用下,地表的可溶性含氮污染物首先隨著徑流量的增加,對地表的沖刷作用增強,不僅溶解性污染物增多,不溶性的泥沙也被徑流攜帶進入水體,從而使的水庫中各種含氮污染物的含量急劇升高。

3.4 庫區魚類養殖對水體總氮的影響

亭下湖內現有魚類養殖品種有加州鯉魚、羅非魚、河鰻、河蝦等。養殖面積約為整個湖庫面積的1/4左右,養魚產生的污染物,如魚飼料、魚藥、化肥、魚糞等對水體總氮也有著一定的影響。

根據測算,養殖一噸淡水魚,產生的糞便相當于20頭肥豬的糞便量,其中污染最重的是投餌。

由于局部投餌的結果,網箱內營養物質的含量明顯高于網箱外,然而所投的營養物質并不能被魚體完全消化吸收,從而對水體會造成局部乃至大面積影響。

3.5 水土流失及農業面源對總氮的影響

良好的森林植被可以防止營養物質的過多流失,對氮有很好的固定作用。目前湖庫周邊已種植竹類作物為主,所種植竹種根鞭發達,固土力強,龐大的鞭根形成一種密集的網絡,無數細小的竹根與土壤緊緊結合在一起,大大減少了土壤的流失,所以庫區水土流失率較低,水土流失不是造成湖庫內總氮負荷的主要因素。

另一方面,竹子在培育過程中需要用到肥料、農藥等,由于植物的利用效率有限,大部分會向湖庫擴散或在雨水的沖刷下經由地表徑流流入湖庫,這些含氮污染物可能是湖庫內總氮含量增加的重要。

3.6 藻類生物繁殖對總氮的影響

由于藻類生物特別是藍藻生物有著較強的固氮作用,在適宜的溫度、光照、水文以及營養鹽等因素共同作用下,藻類生物的異常快速增殖必然會導致水體中氮元素大量向藻體內富集,底泥中的氮元素在水體動力學因素影響下向上覆水體釋放擴散,導致水體中氮元素含量明顯升高。

如圖2所示,10月29日發生微囊藻水華時,其總氮含量有明顯增高。此外,如表2所示,由于藻類生物的向光性,白天表層(水面下0.5m)藻類較多,所以采集到的含藻水樣濃度較下層高出許多且高出的總氮以有機氮形式存在。

綜上所述,藻類生物的增殖對水體總氮的增加有著顯著影響。

3.7 其他影響因素調查

經調查,水庫周邊居民均已遷徙,外來游客也較少,故水體來自生活污水和生活垃圾的影響較小,可以忽略。水庫周邊也無規模化畜禽養殖、定點屠宰場,周邊企業污水均接入管網,不會對水庫水質產生影響。

3.8 自來水廠的總氮去除效率調查

亭下水庫的水主要經肖鎮泵站供往南郊水廠。2009年8月,對該廠自來水出水水質測定結果為1.42mg/L,較8月亭下壩前中層(較接近于取水口)的總氮含量(1.63mg/L)減少13%。水廠對總氮的去除率較低。

4 庫區總氮超標控制措施

要防止庫區內總氮含量超標,就必須從根本上減少外源氮元素的排入,并采取措施減少湖庫內部氮元素濃度。主要措施如下。

第一,嚴格控制外源性營養鹽的輸入。應加大力宣傳和管理力度,嚴格控制庫區魚類養殖面積,并嚴厲打擊違規投放魚餌、魚藥行為;加強庫區流域農業用地管理,合理規劃農業用地;推廣根據土壤肥力檢測結果合理使用化肥的技術,嚴格按照《農藥管理使用準則》科學用藥。

第二,減少水體內部營養鹽濃度。如開展內源污染清除工程(污染底泥環保疏浚),建設有效的生態浮島等。

5 結 論

(1)亭下水庫水體的總氮主要以硝酸鹽氮的形式存在,其次為有機氮。

(2)降水、庫區魚類養殖、農業面源污染、藻類生物增殖是該水體總氮超標的重要原因。

(3)庫區總氮超標的控制應從嚴格控制外源性營養鹽的輸入和減少水體內部營養鹽濃度兩方面著手進行。

[1]大連工學院污跡化學教研室.無機化學[M].北京:人民出版社,1982

[2]國家環境保護總局水和廢水監測分析方法編委會.水和廢水監測分析方法[M].北京:中國環境科學出版社,2002

[3]GB 11893-89水質總氮的測定紫外分光光度法[S].北京:中國標準出版社,1989

[4]GB3838-2002地表水環境質量標準[S].北京:中國標準出版社,2002