河南省白沙水庫水污染治理及生態修復探析

陳保成

（河南省白沙水庫管理局， 河南 禹州 461670）

1 水庫概況

白沙水庫位于淮河流域沙潁河水系潁河上游，控制流域面積985 km2，總庫容2.78 億m3，是一座以防洪為主，結合工業供水、農業灌溉、水產養殖和休閑旅游等綜合利用的大（Ⅱ）型水利樞紐工程。

白沙水庫于1951 年4 月開工興建，1953 年8 月基本建成，1956 年至1957 年進行擴建，2003 年至2006 年進行除險加固。樞紐工程主要由主壩、東副壩、西副壩、堵壩、輸水洞、灌溉洞、溢洪道及副溢洪道等組成。水庫的設計標準為：100年一遇洪水設計，相應水位231.85m，2000 年一遇洪水校核，相應水位235.56m。水庫正常蓄水位225.00m，死水位209.00m。水庫最大水面面積約2000 公頃，可養魚水面面積為600 公頃。工程效益指標：灌溉面積20 萬畝，保護農田面積40萬畝，城市及工業供水保證率96%，最大引水量0.5m3/s。水庫下有白沙灌區灌溉面積30.3 萬畝，有干渠四條，已經進行了節水改造，有效灌溉面積20.415 萬畝。白沙水庫自2000 年開始工業供水，目前對許昌龍崗電廠和登封華潤電廠施行工業供水，年用水總量約1600 萬m3。為解決登封市區和禹州市西北山區居民生活用水問題，自2015 年開始對登封市供水；2018 年1 月白沙水廠開始對禹州市西部山區居民供水。白沙水庫的社會效益、生態環境和經濟效益均十分顯著。

2 水污染治理及修復范圍

此次治理范圍為河南省白沙水庫，治理區域現有水域面積約為7500 畝，設計總庫容為2.78 億立方米，現有蓄水量約1476 萬立方米，根據白沙水庫的歷年降雨量與庫區進出水總量數據，按照白沙水庫2000 萬立方米待治理水體，進行水污染治理及水生態修復。

3 水質現狀分析

3.1 水質狀況評價

通過河南省白沙水庫實地考察和相關數據資料分析，水庫水體水質處于較差水平，氮、磷等指標超標嚴重，呈現富營養狀態，不滿足飲用水源地水質標準，造成的主要原因是受庫區底泥污染的影響，水體反復污染，水體生態環境遭受嚴重破壞。

根據禹州市生態環境保護管理局對白沙水庫水質監測數據，依據《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）水質標準限值分析，該水域屬于V 類水質。作為飲用水源地水體需達到Ⅲ類水質標準，該區域總氮超標為5.39 倍、總磷超標為1.2倍。

3.2 內源污染分析

河南省白沙水庫具有防洪、工業供水、農業灌溉、水產養殖和休閑旅游等功能，污染源以內源污染為主，上游污水進入水庫后，水流及水交換速度放慢，使污染物慢慢沉積于水底。目前，水底存在相當厚度的淤泥層，此部分淤泥層是長期污染物質沉降所形成的，淤泥中有機質積累會造成深層污染，當遇到天氣炎熱，日光長時間照射，水溫升高時，水底淤泥的有機物分解，并釋放大量N、P 等富營養元素，會導致水體富營養化。

4 技術路線及治理目標

4.1 技術路線

針對白沙水庫的現狀特點，水污染控制及水質提升采用 “阿爾益”復合硅酸鋁水處理技術，即 底泥生態改良+水體強制治污+水體修復+長期維護的治理方法，常溫常壓下轉化并消除污染物質、激活并構建微生態系統，原位治理，快速改善水庫水質，提高水體自凈能力，杜絕二次污染和次生災害，從而安全、有效、持續的構建良好的水生態環境，投資少、見效快、效果好。

4.2 治理內容

此次水污染治理及修復為白沙水庫水污染治理及生態修復項目，位置位于河南省禹州市花石鎮白沙村。白沙水庫使用功能：飲用水源地、農業灌溉、工業供水。本次治理的內容為水污染治理及生態修復，治理面積為7500 畝，水體容積2000萬m3。

4.3 治理原則

治理白沙水庫水體所投入的治理材料必須絕對確保其安全性，采用“阿爾益”復合硅酸鋁水處理劑獲有衛生部門頒發的《涉及飲用水衛生安全產品衛生許可批件》，廣泛運用于全國上百個湖泊、水庫、河流等水污染治理項目中，未發生次生災害和二次污染問題，其安全性、有效性和持續性都非常優異。

1、據現場檢測分析數據進行技術配置研究，除降低氮、磷等富營養物質外，同時降低水體中的懸浮物，提升提高水體透明度，增加庫區景觀性。

2、項目運行時無二次污染，無嚴重噪音。

3、項目施工方便，利于工程監督、管理。

4、不影響白沙水庫水體正常使用。

針對上述要求，設計方案時采取標本兼治、綜合治理的原則。以“生態水環境”為理念，通過自然物質和技術控制手段，對白沙水庫水體進行水污染治理及生態修復。

4.4 難點分析

（1）白沙水庫水體呈現富營養狀態，總氮、總磷超標，底泥淤積較厚，如何在短時間內快速降低氮磷含量，提升水質，完成水體污染治理工作，確保治理后水質達到地表水Ⅲ類水質標準且長期穩定保持，是本項目的難點所在。

（2）白沙水庫中有大量水生動植物，項目重點要求投入治理的材料必須達到國家相關標準規范的要求，使用后，在消除污染的同時，不會對魚類等水生物資源造成不良影響，供水飲用以及灌溉糧食、蔬菜、水果后不會產生有毒有害物質殘留 ，確保水質安全要求。項目實施時無二次污染，無嚴重噪音，不影響水庫正常運行。

因此，在治理白沙水庫時必須做到安全、有效和持續，治理方案要求科學合理。同時，注重安全和施工質量，完善施工組織、程序安排、資源調配，做好施工管理。

4.5 治理目標

根據白沙水庫治理水域水質污染情況及水體應用功能，治理目標為消除水體富營養化，水環境恢復良性狀態。

設計方案時宜采取標本兼治、綜合治理的原則。以“生態水環境”為理念，通過“阿爾益”復合硅酸鋁水處理系列技術，對水體進行全面治理及水生態修復。在3 個月內完成水體綜合治理，消除水質污染和富營養化危害，增強庫區景觀性及飲用水體功能，并使水質理化指標達到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類水質標準，修復水生態平衡，使水體生態系統進入一個良性循環狀態。

5 治理內容及過程

5.1 治理修復流程

治理工程實施內容主要是勘察現場，測水配方，清理水面雜物及污染物，分步投入水處理劑等過程。

5.2 治理修復計劃

此次水污染治理實施時間3 個月。2020 年3 月上旬為底泥生態改良階段，具體措施是底泥生態改良劑投加；2020 年3 月中旬至2020 年4 月中旬為強制治污階段，具體措施是采用復合硅酸鋁I、II 型治污；2020 年5 月為生態修復階段，具體措施是向水庫投放適量的濾食性魚類。

5.3 治理修復路線

5.3.1 勘察現場，測水配方

對現場進行勘察、規劃，了解其污染現狀，提取水樣進行檢測。管理局依據污染情況和內檢數據，進行梯度試驗，據結果優化方案，選擇所用水處理劑的最佳配方與用量。抽樣送檢，判定標準按照 GB3838-2002 規定指標。

5.3.2 投入水處理劑前準備

根據治理區域水環境治理的要求，為達到三個月內完成水質治理，使水質明顯改善的目標，治理項目第一階段作為項目準備階段，完成水質復核、治理材料、機械器具準備等工作。

5.3.3 采取五步實施的技術方案

第一步 水面清理

為確保治理和修復工作順利進行，確保治理效果的長時期保持，應組織人員先行對水體沉水植物及水面、岸邊的雜物及沿岸的集中污染源進行清理，防止新的污染源進入水體，為水污染治理及生態修復工作提供條件。

第二步 投入“阿爾益”復合硅酸鋁水處理劑-改底劑

針對治理區域底泥中含有豐富的氮、磷營養鹽、有機污染物和重金屬物質等，會持續加劇水體的富營養化的問題，使用“阿爾益”復合硅酸鋁水處理劑技術，促使底泥中的物質分解轉化，降低底泥中污染物質，使底泥中可能被再解析的污染物質大幅度減少，為整體治理提供有利條件。

此階段達到的效果是：

1、降低底泥中的有機物、氨氮、硫化氫、亞硝酸鹽等污染物質含量。

2、增加底泥溶氧，促進底泥中有機物、無機物加速分解，消除底泥污染分解產生的異味。

3、在底泥中營養物質大幅度減少及水體透明度大幅度提高的情況下，促進底泥中優勢種群微生物大量繁殖，逐步提高水體的自凈能力，為生態修復提供條件。

第三步 投入“阿爾益”復合硅酸鋁水處理劑Ⅰ型

在改底劑施工的5 日后，投加“阿爾益”復合硅酸鋁活性治污劑Ⅰ型，此階段達到的效果是：

（1）消除水體中的氮磷、氨氮物質，消除異味散發的基本條件。

（2）吸附水體中的（懸浮）微粒，通過沉降提高水體透明度，使光合作用大大增強。

（3）激活水體及底泥中的多種酶，加速營養物質的轉化利用，大幅度減少氨氮、磷酸鹽等物質。

第四步 投入“阿爾益”復合硅酸鋁水處理劑Ⅱ型

在處理劑Ⅰ型施工的5～7 日后，投加“阿爾益”復合硅酸鋁活性治污劑Ⅱ型，進行水體的強制治污，提升水質。此階段達到的效果是：

（1）水體中有機物被分解或沉入水底，溶解氧得到恢復，異味消除，透明度升高，水體得到進一步凈化。

（2）消除或降解水體中的多種有機物及有毒有害的化學物質后加速物質轉化和利用。

（3）提高水體的自凈能力，使水體達到生態平衡。

第五步 投入濾食性魚類進行水生態修復

水質提升治理需配套進行水生態修復，實現污染的無害化轉移和資源化利用。據調查，水庫中已經有大量魚類，水生物鏈不夠完整、結構不夠優化。所以需進行有針對投加水生物（主要是濾食性魚類），并對庫區水生物鏈進行修復。

在水體中的浮游植物為原生植物（藻類）、浮游動物基本上為原生動物，這些浮游生物被水體中的濾食性動物所攝食利用。可見，污染物通過微生物、植物及動物完成能量的轉移過程就是污染的無害化轉移和資源化利用的過程。

因此，通過水產專家的計算，向水庫中投放適量的濾食性魚、蝦、貝、螺（主要投放濾食性的鰱魚和鳙魚），保持較為合理的水生物密度，不僅可以平衡水體中浮游生物的總量，實現污染物-微生物-浮游生物-魚的能量轉移（污染的無害化轉移和資源化利用），形成微生物-浮游生物-魚類這一食物鏈為體系的微生態系統，恢復水生態平衡，達到抑制藻類生長，提升水體自凈能力。

5.4 驗收評價

治理完成后感官指標反映為水面透明度提高、水體無異臭，理化指標反映經治理后，河南省白沙水庫水質達到《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)的Ⅲ類水質標準，標志著白沙水庫水污染的治理完成了對富營養化污染的治理，水質得以改善和水生態修復獲得成功，在治理完成后進行評價與驗收工作。

6 效益分析

6.1 經濟效益

白沙水庫水域面積約7500 畝，水量約2000 萬方，根據預算費用首年投入水質治理費用約為326.45 萬元，多年平均每方水的治理費用低至0.28 元。同時，對底泥厚度的削減，使得水體庫容增加，可削減底泥厚度15-25 cm。據此初步估算，水庫底泥厚度削減10cm，庫容水量增加約50.03 萬m3，按照每立方水0.5 元計算，每年直接經濟收入達25.02 萬余元。由此可見，本工程不僅解決了水污染對農業及生產生活造成的危害，還緩解了水資源緊缺問題，節約了大量資金，為河南省登封市、禹州市創建良好的經濟發展環境、促進經濟的持續增長打下了堅實基礎，經濟效益十分顯著。

6.2 社會效益

白沙水庫有效灌溉面積20.415 萬畝，同時為登封市區居民生活用水、龍崗電廠與華潤電廠工業供水，年用水總量1600 萬m3，通過對白沙水庫水源地治理及保護工作的開展，水質提升，穩定達標，可以確保流域內農業灌溉用水安全，可以促進農業增加產量，改善品質，還可以逐步改善居民用水及地下水水質，改善了當地居民生活環境，造福民生，維持社會穩定，彰顯明顯的社會效益。

6.3 環境效益：

通過水污染污染治理和生態修復，大大改善了水環境質量。通過生態修復手段，水體中的原有的過量有害物質通過浮游生物和水生植物的吸收和轉化，使水環境更加趨于和諧自然，水體的自凈能力大大增強，生態平衡得以恢復，具有十分強大環境效益。