汉江“水华”成因分析及防治

唐友尧，王桂荣
（华中科技大学环境科学与工程学院，湖北 武汉，430074）

　　摘要：汉江是长江的最大支流，是陕西、湖北两省沿岸居民生活用水和工业用水的重要水源。随着沿岸人口的增加，工业的发展，排污量不断增加，使汉江水质逐年下降，于近几年多次出现水华。本文在调查的基础上，对汉江水华成因进行了分析并提出了防治措施，供有关部门参考。
　　关键词：水华 ； 成因分析 ； 防治

Han-JIANG River “algae bloom”Cause Analysis and Prevention
Wang GuiRong
(Institute of Environmental Science and Engineering, HUAZHONG University of Science and Technology, WUHAN， 430074)

　　Abstract: Han-JIANG river is the largest branch of Yangtze river and important water resource of people living and industry production in SAN-XI province and HU-BEI province. With people increasing and industry developing, sewage is increasing constantly, so that water quality of Han-JIANG gets worse year by year. In recent server years, Han-JIANG breaks out "algae bloom" many times. Based on investigation, the paper makes analysis on cause of Han-JIANG" algae bloom" and put forward prevention measure as reference to some departments.
　　Key Words: algae bloom cause analysis prevention

前言：

　　汉江是长江的最大支流，全长1532km，年径流总量为591亿立方米。流域面积15.1万平方米。汉江是陕西、湖北省沿岸居民生活用水和工业用水的重要水源。早在70年代，汉江的水质一直符合地面水二级标准，但自90年代以来，随着人口的增加，工业的发展，污水大量排入汉江。据98年调查统计，沿途接纳工业废水和生活污水7亿m3/年，在汉江干流形成大小不等的污染带20多条，总长度达10km，使汉江水质逐年下降，尤其是汉江中下游湖北境内的水域的水质有逐渐恶化的趋势，主要表现为水中藻类逐年增加（见下表），特别是1992年、1998年和2000年的初春先后多次发生水华，即硅藻大量繁殖，水色发褐，并伴有腥味，使汉江中下游水厂净化处理发生严重困难，用水水质急剧下降。汉江水华的频繁发生是汉江水质恶化的标志，给沿岸人民的健康和社会经济带来极大的损失，已引起政府和有关部门的高度关注。

90年代汉江藻类总数 年份 藻类总数（个／升） 备注 1992年 1.57×10⁷ 水体发褐 1996年 0.15×10⁷ 1997年 1.0×10⁷ 1998年 1.70×10⁷ 水体发褐 2000年 3.62×10⁷ 水体发褐

1.汉江“水华”成因分析

　　据有关硅藻大量增殖的室内研究表明，硅藻的大量繁殖与营养浓度的高低关系密切，硅藻细胞的增长率随培养时间的延长及营养浓度的减少而降低，培养液中的主要营养元素，尤其是氮和硅则随藻类细胞的增长而降低。磷的含量虽也随培养时间的延长逐步下降，但变化幅度不大。当在培养液中氮浓度下降至最低点时补充氮源，几乎停止增长的硅藻细胞又可继续增长。
　　光强和温度对硅藻的生长也有影响，在一定的光强范围内，硅藻的生长随光强的增加而加快：当光强低于2000lux时，硅藻细胞仍可正常繁殖，2000-5000lux时，生长最佳，但当光强提高到8000lux时，生长速度明显减慢，10000lux时细胞变白，生长完全停止。硅藻适宜的温度相对低一些，在初春或初冬生长最好。
　　据此认为，近几年汉江下游几次发生硅藻细胞量猛增，出现硅藻水华和水质恶化的“突发”性现象，主要是以下原因引起的：
　　1.1大量的污水排入汉江，特别是氮肥厂、磷肥厂的污水，为硅藻的繁殖提供了营养元素。
　　1.2充足的阳光、适宜的温度为硅藻的繁殖创造了良好的气候条件。近几年汉江水华均发生在2月，天气较暖，阳光充足，水温一般在7～10℃,适宜于硅藻生长。
　　1.3 汉江水华发生时正处于枯水期，水的自净能力大大降低。加之长江汛期比汉江早，对汉江产“顶托”，使汉江水流速度更加缓慢，呈现湖泊水状态，为硅藻生长繁殖提供了“温床”。

2.藻类处理及防治

　　原水中的藻类会严重影响常规处理效果。由于藻类形成的浊度其ζ电位较高，且具有较高的稳定性，因此混凝剂对含藻悬浮颗粒脱稳效果较差，形成的絮体强度较弱、体形较小、易穿透滤层。藻类和其他微生物灭活后的残骸形成腐殖质产生臭味物质，或氯与藻类代谢化合产生臭味物质，这些物质进入管网送至用户，而使自来水中带“腥味”，影响居民身心健康。常规处理工艺很难去除水中的藻类和臭味。目前除藻方法有以下几种：
2.1 化学预氧化法
　　化学预氧化法是通过氧化剂来氧化破坏水中的藻类和有机物。目前采用的氧化剂主要有臭氧、二氧化氯、过氧化氢等。
2.1.1 臭氧
　　传统的预加氯预氧化和消毒，虽能部分去除藻类，但是预加氯过程中氯与源水中较高浓度的有机物作用会生成对人体有害的卤代有机物，如三卤甲烷等致癌物质。近年来，殴美等一些发达国家采用臭氧预氧化除藻。臭氧是一种很强的氧化剂，投入水中后，可氧化难于被生物分解的大分子有机物为易于被生物降解的中小分子有机物；还可去除铁、锰。藻类被氧化剂氧化后，会释放出有机碳、土腥臭代谢物，这些产物会被臭氧立即氧化掉，而其他氧化剂对消除这些代谢物的味与臭不起作用，这是臭氧的优势。臭氧化技术虽然效果好但设备投资大，运行操作管理技能要求严，运行费用较高。
2.1.2 二氧化氯
　　近年来，应用二氧化氯为饮用水处理的消毒剂和氧化剂已受到国内普遍关注。二氧化氯应用于水处理有如下优点：①与有机物反应不会生成三卤甲烷等致癌物质；②氧化铁、锰能力比氯强；③降低出厂水的嗅阈值；④有较强杀菌能力，其杀生力优于氯；⑤不会与氨氮反应生成氯胺。目前在美国有四百多家水厂，在欧洲有数千家水厂在应用二氧化氯。与臭氧相比，二氧化氯工艺投资少，产率高。但二氧化氯工艺也存在以下缺点：一是制取二氧化氯不尽如人意，不论以亚氯酸钠、氯酸钠为原料的化学法还是已食盐为原料的电解法来制取二氧化氯，要么原料价格很高，要么装置复杂。鉴于以上问题，作者认为目前存在几个问题急需解决：一是解决亚氯酸钠原料的生产供货途径，呼吁化工行业组织批量生产，以降低其价格；二是面对广大的国内市场，加速研制出高产率的二氧化氯发生器，提高纯度，降低成本，这样可为二氧化氯广泛应用开辟广阔的前途。
2.1.3 过氧化氢（H₂O₂）
　　过氧化氢（H₂O₂）预氧化对水中有机物染物和氨氮都具有相当高的去除率。过氧化氢的标准氧化还原电位高于KMnO4、CLO2，能直接氧化水中有机物染物和构成微生物的有机物质，同时，其本身只含氢和氧两种元素，分解后成为水和氧气，使用中不会引入任何杂质。在饮用水处理中过氧化氢分解速度很慢，可保证较长时间的残留消毒作用，又可作为脱氢剂，不会产生有机卤代物，故过氧化氢是较为理想的饮用水预氧化剂和消毒剂。但过氧化氢预氧化对藻类的抑制有待在生产性实验中考查。
2.2 化学药剂法
　　在室内条件下测试了两种无机絮凝剂即聚硫酸铁(P-Fe)和聚合氯化铝(PAC)的除藻作用。在5个1000ml的烧杯中各装800ml人工培养的混合藻液并分别加入不同剂量的上述絮凝剂，先快速(260r/min)搅拌1min，再慢速(45r/min)搅拌4min，然后静置20min，逐一测定上层清夜的藻类细胞密度，并求出每一烧杯的除藻率。当PAC的用量为20mg/l时，除藻率可达70%以上。可见，絮凝剂不失为一种有效的除藻手段，但絮凝剂有可能对水体产生二次污染。
2.3 超声辐射
　　超声辐射化学反应在1927年由美国学者Richards和Loomis首次报道。八十年代以来，英、法、美、德等欧美国家以及亚洲的日本、韩国、印度等纷纷致力于超声空化降解有机物研究。近年来我国的台湾地区和大陆的一些大学也开始了这方面的研究。同济大学研究了超声辐射对三卤甲烷、四卤化碳的降解效果和机理以及超声杀菌效果。目前超声空化降解有机物技术在国内开始受到越来越多的关注和研究。频率在16khz以上的超声波辐射会引起许多化学变化，称为超声空化。它是液体中的一种复杂的物理化学现象，液体中的微小泡核在超声波作用下被液化，表现为泡核的震荡、生长、收缩及崩溃等动力学过程。其降解有机物的机理为：超声空化在溶液中形成局部高温高压区，生成高浓度氧化性物质如 oOH和H₂O₂，以及形成超临界水。这样超声空化通过三种途径来氧化有机物：（1）自由基氧化；（2）高温热解；（3）超临界水氧化。经有关专家研究，超声对降解浓度在50-350mg/l的卤代烃（氯甲烷、氯仿、四氯化碳）的降解率为72-99.9%。对于除藻有待于进一步实验。
　　超声空化技术利用声解将水体中的有机物降解为小分子的无机物，将有毒有害物质降解为无毒或毒性小的物质，具有操作方便、高效、无污染或少污染的特点，是一项很有应用前景的水处理新技术。
　　对于水中藻类的去除除了上述方法外，还可以采用激光、等离子等手段，但必须通过试验来证明。
　　要保护汉江各江段及支流的水质，防止藻类过量繁殖和形成藻类水华，一方面积极研究一些新的除藻药剂以及对传统工艺作一些改进，另一方面必须制定切实可行的环保措施，严格控制沿岸污染带及污染负荷，尽量限制高浓度污水排入汉江。

参考文献：
1． 周克钊 过氧化氢预氧化技术试验研究.中国给水排水.1999.vol.15:15-18
2． 况琪军等.汉江中下游江段藻类现状调查及“水华”成因分析.长江流域资源与环境.2000.vol.9.No.1:63-69
3． 沙鸿勋 对汉江两度出现“水华”污染的思考.环境导报.2000(3):23-24
4． 陈伟 超声辐射降解水中有机物染物的研究 同济大学博士学位论文2000.3