吳 翔， 成芃榮， 吳銀杰， 劉 芳， 叢海兵*

(1.揚(yáng)州大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225100， 2.淮安市洪澤區(qū)河湖管理所， 江蘇 淮安 223100；3.江蘇省水文水資源勘測(cè)局揚(yáng)州分局， 江蘇 揚(yáng)州 225000)

1 基本情況

淮安市某區(qū)自來(lái)水廠以洪澤湖為水源，取水水源單一，受上游水質(zhì)影響很大，一旦發(fā)生突發(fā)污染事件將無(wú)水可用。為了提高供水可靠性和改善源水水質(zhì)，在自來(lái)水廠原洪澤湖取水口附近建設(shè)了備用水源地。備用水源地由復(fù)合濕地處理區(qū)和深水區(qū)組成，可利用庫(kù)容38.5萬(wàn)m3。洪澤湖水先進(jìn)入備用水源地，經(jīng)處理調(diào)蓄后抽送到自來(lái)水廠，如洪澤湖遇到突發(fā)性水污染事件，關(guān)閉洪澤湖進(jìn)水口，備用水源的蓄水可保證某區(qū)7 d的應(yīng)急供水量，待水污染事件過(guò)去后再恢復(fù)洪澤湖供水，從而提高了供水的可靠性。生態(tài)濕地處理系統(tǒng)工藝流程為預(yù)處理區(qū)→復(fù)合濕地凈化區(qū)→深水凈化區(qū)，工藝按照仿生學(xué)理論構(gòu)建濕地植物-動(dòng)物-微生物生態(tài)系統(tǒng)，利用培育的植物或培養(yǎng)的微生物的生命活動(dòng)，對(duì)水中污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化。生態(tài)濕地工藝設(shè)置深水凈化區(qū)作為蓄水水庫(kù)，利用深度凈化區(qū)蓄水向水廠供水。其布置如圖1所示。

圖1 備用水源地布置圖

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)

2.1 水樣采集

水質(zhì)監(jiān)測(cè)對(duì)象為淮安市某區(qū)備用水源地，在水源地設(shè)置進(jìn)水口、濕地系統(tǒng)凈化出水區(qū)、深水凈化區(qū)出水口共3個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布如上圖1所示。

采用2 L有機(jī)玻璃取樣器，采取水面以下0.5 m處水樣。取樣前，需用水樣蕩洗取樣器和盛水樣容器，并注意采樣時(shí)不可擾動(dòng)水底，也不可混入水面漂浮物。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)取水樣1.5 L，并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定DO、透明度等數(shù)據(jù)。將取得的水樣裝入塑料瓶中，貼上標(biāo)簽后帶回實(shí)驗(yàn)室冷藏保存，用于后續(xù)相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。取樣頻率為1周1次，監(jiān)測(cè)時(shí)段為2019年1～12月。

2.2 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及方法

監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括CODMn、NH3-N、DO、pH、TN、TP、NTU、藻細(xì)胞計(jì)數(shù)、Chl-a。pH值采用雷磁PHS-3C型pH分析儀測(cè)定；DO采用哈希HQ30d型溶解氧(DO)測(cè)定儀測(cè)定；NTU采用哈希2100Q濁度儀測(cè)定；CODMn采用酸性高錳酸鉀法測(cè)定；TP、TN采用哈希DR900型快速測(cè)定儀測(cè)定；NH3-N采用納氏試劑比色法通過(guò)722S可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定；Chl-a采用丙酮提取，低溫提取8h以上，采用722S可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定；藻細(xì)胞計(jì)數(shù)采用BM-37XB-D型倒置生物顯微鏡測(cè)定。

3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

對(duì)水源地進(jìn)行水質(zhì)分析，是正確認(rèn)識(shí)水體狀態(tài)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是對(duì)水源地進(jìn)行管理保護(hù)和維護(hù)居民用水安全的重要基礎(chǔ)[1]。

3.1 進(jìn)水口水質(zhì)分析

將進(jìn)水口每個(gè)指標(biāo)每個(gè)月8次檢測(cè)結(jié)果平均，得到月平均水質(zhì)。水源地進(jìn)水水質(zhì)如圖2～4所示。

圖2 水源地進(jìn)水口TN、TP、NH3-N、DO、CODMn情況

圖3 水源地進(jìn)水口NTU、pH情況

圖4 水源地進(jìn)水口藻類情況

根據(jù)圖2～3可知，水源地進(jìn)水口一年內(nèi)CODMn、NH3-N、TN、TP、DO、pH、NTU分別介于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，水源地進(jìn)水口主要超標(biāo)因子有TN、TP，其他主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)水口TN指標(biāo)超標(biāo)率100%，全年達(dá)到Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類的比例分別為50.1%、41.6%和8.3%，而TP一年中也有1/3的時(shí)間處于超標(biāo)狀態(tài)，超標(biāo)時(shí)間主要出現(xiàn)在6—9月。水源地進(jìn)水口以洪澤湖為水源，故進(jìn)水口的水質(zhì)狀況也體現(xiàn)了洪澤湖的水質(zhì)情況。TN、TP是控制湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)，而進(jìn)水口的TN、TP超標(biāo)也可能引起水源地藻類暴發(fā)[2]。CODMn夏、秋兩季較高，接近Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，而冬、春兩季可達(dá)到Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，全年達(dá)到Ⅱ、Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比例為50%和50%。NH3-N指標(biāo)春季可達(dá)到Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，夏秋兩季呈上升趨勢(shì)，冬季略有下降，全年達(dá)到Ⅱ、Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比例為33%和67%。NTU整體表現(xiàn)為冬春季較清澈、夏秋季較渾濁。

水源地進(jìn)水口藻類情況如圖4所示，隨著溫度升高、光照條件變好，水源地進(jìn)水口藻類數(shù)量1月份最低，為885萬(wàn)個(gè)/L左右,之后持續(xù)增長(zhǎng)到8月份的峰值，為2 000萬(wàn)個(gè)/L左右。9月至11月藻類數(shù)量呈衰減趨勢(shì)，但仍保持較高水平，達(dá)到1 600萬(wàn)個(gè)/L左右。

3.2 濕地凈化出水水質(zhì)分析

濕地凈化區(qū)出水水質(zhì)如圖5～7所示。

圖5 濕地凈化出水TN、TP、NH3-N、DOCODMn情況

圖6 濕地凈化出水NTU、pH情況

圖7 濕地凈化出水藻類情況

根據(jù)圖5～6數(shù)據(jù)分析可知，經(jīng)過(guò)濕地處理系統(tǒng)凈化后，TN較進(jìn)水口去除率20%左右，TP較進(jìn)水口去除率40%左右，基本達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。、CODMn較出水口去除率為28%左右，NH3-N去除率為29%左右，使水源地NH3-N、CODMn等指標(biāo)達(dá)到地表Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)。水源地濕地處理系統(tǒng)對(duì)NTU去除效果可達(dá)到57%左右，全年變化趨勢(shì)與進(jìn)水口情況相似。7—10月水源地濕地凈化系統(tǒng)中培育的植物進(jìn)入成熟期，藻類大量繁殖，植物呼吸作用增強(qiáng)[3]，導(dǎo)致溶解氧指標(biāo)略有下降但仍維持在Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)之上。由圖7可知濕地凈化出水藻類數(shù)量及增長(zhǎng)趨勢(shì)與進(jìn)水口大致相同，濕地處理系統(tǒng)對(duì)藻類去除效果不佳。

3.3 出水口水質(zhì)分析

水源地出水口也是某區(qū)自來(lái)水廠取水口，將出水口每月所測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)的結(jié)果平均，得到水源地出水口水質(zhì)情況如圖8～10所示。

圖8 水源地出水口TN、TP、NH3-N、DO、CODMn質(zhì)量濃度情況

圖9 水源地出水口NTU、pH情況

圖10 水源地出水口藻類情況

水源地出水口位于水源地濕地處理系統(tǒng)深水凈化區(qū)尾部，根據(jù)圖8～9分析可知，TN、TP質(zhì)量濃度在濕地凈化出水之后進(jìn)一步去除，使得洪澤湖源水中超標(biāo)因子TN、TP得到控制，有效遏制了水源地水體富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)展趨勢(shì)，保證了水源地水體維持在良好的穩(wěn)定態(tài)勢(shì)[4]。NH3-N、CODMn等指標(biāo)較濕地凈化出水無(wú)明顯處理效果，但透明度在濕地凈化出水的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低，全年透明度基本維持在10NTU以下。由于出水口水體澄清、透明度高，在光照條件好的時(shí)間，水體中藻類數(shù)量較濕地凈化出水增多，其整體增長(zhǎng)趨勢(shì)與進(jìn)水口及濕地凈化出水類似。經(jīng)過(guò)水源地濕地系統(tǒng)凈化處理之后，監(jiān)測(cè)各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)全年均達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中NH3-N、CODMn、DO、pH等水質(zhì)指標(biāo)全年保持Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以上。備用水源地達(dá)到建設(shè)預(yù)期目標(biāo)，有效保護(hù)了城鄉(xiāng)居民用水安全。

3.4 水源地濕地處理系統(tǒng)效能分析

將每個(gè)取樣點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)平均得到全年平均值，水源地進(jìn)水口、濕地凈化區(qū)出口、水源地出口水質(zhì)比較如圖11所示。

圖11 水源地濕地系統(tǒng)處理效果

圖11中所有監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)均為各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的年度平均值，根據(jù)圖8可以看出水源地濕地處理系統(tǒng)對(duì)CODMn、NH3-N、TN、TP、NTU等指標(biāo)都具有一定的去除率。相較于進(jìn)水口，濕地系統(tǒng)對(duì)CODMn、NH3-N、TN、TP、NTU、藻類的全年平均去除率分別為21.8%、29.8%、31.5%、48.1%、56.7%和3.7%，整個(gè)備用水源系統(tǒng)全年平均去除率分別為20.9%、28.1%、50.9%、63.0%、83.2%和-5.8%。DO整體變化趨勢(shì)不明顯，但全年維持在地表Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)之上。出水口NH3-N、CODMn、TP指標(biāo)達(dá)到地表Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，而原超標(biāo)因子TN經(jīng)備用水源處理后可以達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，備用水源地濕地系統(tǒng)處于良好運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，備用水源地總體水質(zhì)較原洪澤湖源水水質(zhì)提高明顯，能夠滿足國(guó)家集中式飲用水源地的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)以上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)藻類情況，備用水源地生態(tài)濕地系統(tǒng)對(duì)藻類控制沒(méi)有明顯效果，在深水凈化區(qū)由于水體透明度提高，出水口藻類數(shù)量較進(jìn)水口增加了5.8%，存在暴發(fā)隱患。為了維護(hù)水源地水質(zhì)安全，水源地采取了以下措施來(lái)控制藻類生長(zhǎng)：

(1)在備用水源地中有計(jì)劃地放養(yǎng)了一定密度的鰱魚、鳙魚捕食藻類，以此來(lái)控制藻類過(guò)度繁殖[5]。

(2)備用水源地生態(tài)濕地系統(tǒng)總設(shè)計(jì)停留時(shí)間為12.5 d，有效庫(kù)容達(dá)到38.5萬(wàn)m3，因此庫(kù)區(qū)水體停留時(shí)間較長(zhǎng)，其水體缺少流動(dòng)，水中溶解氧易出現(xiàn)不足或分層現(xiàn)象。備用水源地在深水凈化區(qū)根據(jù)水域面積布置一定數(shù)量的太陽(yáng)能循環(huán)復(fù)氧控藻系統(tǒng)，利用設(shè)備對(duì)水體的垂直擾動(dòng)，增加水體流動(dòng)和交換、循環(huán)，持續(xù)控制深度凈化區(qū)內(nèi)藻類密度，保證取水口的水質(zhì)安全[6]。

4 結(jié)論與建議

備用水源地從洪澤湖引入的進(jìn)水水質(zhì)TN、TP超標(biāo)，只達(dá)到地表水Ⅳ類水質(zhì)；NH3-N、CODMn、DO、pH等水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合飲用水水源水質(zhì)要求。

原水經(jīng)過(guò)備用水源地處理調(diào)蓄后，出水口CODMn、NH3-N、TN、TP、NTU全年平均去除率分別為20.9%、28.1%、50.9%、63.0%和83.2%。DO變化趨勢(shì)不明顯，但全年達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)全面達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，NH3-N、CODMn、DO、pH等指標(biāo)達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

原水經(jīng)過(guò)備用水源地處理調(diào)蓄后，藻類去除效果不佳。由于處理后NTU降低、水體透光性增強(qiáng)，水源地存在藻類暴發(fā)隱患。

加強(qiáng)監(jiān)測(cè)水質(zhì)主要指標(biāo)以及準(zhǔn)確監(jiān)控藻類增殖情況，制定藻類暴發(fā)后的應(yīng)急除藻措施。

合理調(diào)度水源地進(jìn)水出水，加強(qiáng)水體循環(huán)，預(yù)防出現(xiàn)死水區(qū)。加強(qiáng)水源地植物的養(yǎng)護(hù)，及時(shí)清理收割枯死植物。定期清淤，防止底泥中污染物的釋放。加強(qiáng)周圍農(nóng)業(yè)污染和周圍居民生活污水的管控治理，減少水源地外源污染物的輸入。