湖北汉江流域水华事件处置的启示

信息来源: 更新时间:2018-02-08 【字体: 【内容纠错】 【我要收藏】

  2008年2月25日,湖北省境内的汉江支流爆发了大规模的水华事件,导致了5个乡镇的自来水厂停止使用,20多万人饮水受到影响。

  湖北省及时启动了突发环境事件应急预案,对该事故进行了有效处理,使得各自来水厂在停水2日后恢复供水,最大限度地保证了当地居民正常生活秩序。

  环境保护部华南督查中心、中国环境监测总站配合湖北省环保局开展了水华事件的处置,处置过程中获得了一些启示。

  一、水华的基本特点

  水华是水体中某一两种藻类在特定条件下爆发式生长的自然生态现象。习惯上,淡水环境中一般称为水华,海洋环境中称为赤潮。

  发生水华事件一般要具备两个条件:一是藻类总细胞数要超过一定的浓度(一般为1 000万个/升);二是某一两种藻类细胞数占的比例急剧上升,水体中生物多样性指数大幅下降。,2000年3月9日汉江水华事件中,34种藻类总细胞数密度达到1 014—4 302万个/升,其中优势种群小环藻所占的比例从平时的1.68%~9.57%增加到33.93%~62.97%。

  生物多样性指数从平时的0.9左右下降到0.5左右。

  (一)水华分类

  水体中的藻类有2 000多种,水华的分类一般依据优势藻类种群可分为十多种类型,如隐藻水华、膝口藻水华等。

  按照大类,目前国内多发的水华事件基本上可分为蓝藻水华、绿藻水华和硅藻水华。本次汉江水华事件为硅藻水华,优势种群为小环藻。

  (二)发生水华的内因

  碳、氮、磷是藻类生长的物质基础。

  水华的出现与水体富营养化有直接关系,其中磷的浓度起决定性作用,中营养化的水体就已经具备了发生水华的条件。不同藻类对营养物质的需求也存在一些差异,蓝藻和绿藻对磷、氮的要求要高一些,硅藻对磷、氮的要求相对低一些,甚至有研究表明高浓度的磷对小环藻的生长还有抑止作用,但要求水体中含有丰富的硅。中营养化以上的湖泊、水库易发生蓝藻、绿藻水华,而硅含量较高的河流多发生硅藻水华。本次水华事件东荆河总口断面总磷浓度为0.143mg/L、氨氮040mg/L、高锰酸盐指数5.10mg/L,均满足地表水Ⅲ类水质标准。

  (三)诱发水华的外因

  诱发水华的外在因素主要有三个:一是日照。日照充分,光合作用强烈,藻类繁殖就快,浊度高的水体会影响日照,抑制藻类生长。二是温度。藻类适应温度的范围较广,环境温度在20- 30℃,水温在10℃左右为最佳。三是水体流速。藻类普遍喜欢流速较缓的水域,蓝藻、绿藻偏爱静水区,硅藻偏爱缓流水域。因此,湖泊、水库、水利工程上游回水区和下游流速较慢的干、支流在每年2~5月、天气晴朗时,容易爆发水华。

  (四)水华的症状

  发生水华时,除了藻类数量急剧增加外,水体还会呈现以下几个症状:

  一是颜色改变,蓝藻、绿藻和硅藻水华会导致水体颜色变为蓝色、绿色和棕褐色。藻类大量死亡后,会导致水体发黑。蓝藻和绿藻由于比重比水轻,水华时会漂浮在水面生长。硅藻与水的比重相当,呈悬浮态生长。水华一般不会增加水体的浊度。二是改变水体pH值,由于光合作用大量消耗水中的二氧化碳,发生水体常呈弱碱性。本次水华事件时,汉江的pH值在8.5左右。三是水体中的溶解氧会处于过饱和状态,强烈的光合作用会释放大量的氧,使得水体中的溶解氧过饱和。本次水华事件时,东荆河总口断面水温8.5℃、pH值8.14、溶解氧11.67mg/L.

  (五)水华的危害

  一是由于水华的产生是流域性、爆发式,来势凶猛,范围大,水体颜色和味道变化明显,容易引起社会恐慌。本次事件受影响的5个乡镇中,其中一个乡镇取水点不在东荆河上,该处并未发生水华,但在污染原因不明之前,跟随其它自来水厂一起停止了供水。

  二是大量的藻类会缩短自来水厂滤池运行周期,降低自来水厂产能。严重的会堵塞滤池,直接导致水厂停产。

  三是提高了自来水厂制水成本。水华期间,自来水厂需要增加投氯量和絮凝剂药量,直接提高了制水成本。同时,制水工艺分离出来的藻,由于脱水困难,目前还没有进一步处置的更好方法。

  四是大约有70多种藻类(主要是蓝藻类)会释放藻毒素。如微囊藻死亡后会分解产生微囊藻毒素(简称MCRST),微囊藻毒索是肝毒素,除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外,也是肝癌的重要诱因。而绝大多数硅藻试验证明,其细胞浆为无毒类物质,Ames试验为阴性,无致突变作用。

  二、当前水华的发展趋势

  水华现象在我国古代历史上就有记载,水华的发展趋势与人类社会的经济活动密切相关。当前,水华在我国的演变总体上呈加剧趋势,主要表现在以下几个方面:

  (一)爆发的次数更加频繁

  20世纪60年代以前,国内很少发生水华事件。从90年代开始,水华爆发的频率迅速上升。如湖北的汉江,最早引起人们重视的水华发生在1992年2月,此后1998年2月、2000年2月、2003年2月4日、2005年3月9日在汉江的同一河段再次爆发水华。2006年2月~3月,三峡库区长江支流就先后发生水华十余起,2007年以来又出现了8次水华。

  1990年到1999年间,我国近海累计发现赤潮200余起,平均每年20起。2000年共发生赤潮29起,2001年达到77次,2002年达到79次,2003年达到119次。

  (二)影响的流域范围更大

  水华的影响范围逐年在扩大,一方面原有的水华高发区域向流域的上下游进一步拓展。如湖北汉江1992水华事件受影响区域为汉江干流潜江以下240公里,到1998年时,受影响区域向上游扩展到宜城市,汉江干流受影响的长度达到400公里。2000年5月,浙江省舟山海域出现大面积的赤潮,绵延80公里,影响区域达7 000平方公里,是20世纪90年代以来我国近海海域最大一次赤潮;而在2004年5月再次发生赤潮时,受影响的海面达到8 000~10 000平方公里。另一方面,一些以前未出现过水华现象的水域逐渐演变成高发区,如湖北省赤壁市的陆水水库从2001年起每年4月份都发生水华。

  (三)造成的危害更严重

  一方面由于一些水体水文条件发生改变,水华的优势种群开始也发生演变,一些有毒有害的蓝藻、绿藻水华占的比重呈上升趋势。如三峡库区先后监测到分别以隐藻、硅藻、甲藻、绿藻和蓝藻为优势种群的五种类型水华,总体表现出由河流型硅藻类向湖泊型蓝、绿藻类的演变趋势。另一方面,影响饮用水源的问题愈发严重。本次事件已导致20多万人饮水受到影响,并且下游日供水能力105万吨的全国第三大武汉市宗关自来水厂水源地已明显出现水华的迹象。太湖蓝藻水华事件导致无锡300万人供水出现问题。

  造成这种加剧趋势的原因主要有以下几个:一是随着经济的发展和农村城镇化的进程,居住在城市的人口不断增加,导致城市生活污水中外排的污染物尤其是目前还未得到有效控制的磷排放总量日益增加。二是目前大量兴建的水电站、水库等水利工程极大地改变了附近水域水文状况和原有的生态平衡,形成了大量适合藻类繁殖的静水区和滞水区。如2003年135米水位蓄水前从无水华现象的小江、汤溪河、磨刀溪、长滩河、梅溪河、大宁河和香溪河等7条三峡库区长江支流,近几年出现水华的次数一年多于一年。三是渔业养殖规模不断扩大,不仅投向湖库、河流的肥料日益增多,而且还导致一些湖库的生态失去平衡,相当多的湖库中大型水生植物已经灭绝,缺乏营养物的竞争,藻类就可以肆意泛滥。四是我国淡水资源相对较为匮乏,一些湖泊、湖库没有充足的水源更换新鲜水,换水频率不够,再加上底泥未得到有效疏浚,水华高发水域中富集的磷不能及时流出。

  五是随着生活水平的提高,农村大量实施的水改工程需要更多的水源地作为保障,一旦发生水华事件,无形中扩大了影响。

  三、水华的防控

  水华的防控要从水华产生的内因和外因着手,平时要做好重点流域的污染防治工作,水华高发季节要做好预警工作,水华发生后要做好相应的应急工作。

  (一)流域污染防治

  流域污染防治的主要目的是减少水体中磷、化学需氧量、氮的排放总量,根除水华产生的内因。在本次水华事件之前,湖北省早就制订了汉江流域禁磷措施和流域防治规划,但流域污染防治工作是个系统工程,很难一蹴而就。针对水华的特点,除了要加强工业污染源监管外,流域防治应重点做好如下几方面工作:

  l、强化城市污水处理厂除磷能力。

  目前,全国的城市污水处理厂中具备化学除磷、生物除磷能力的比例还不是很大,再加上当前的政策对污水处理厂磷的排放控制还不是很严厉(如目前的排污收费制度对污水处理厂排放氨氮、总磷暂不收费),生活污水中磷的排放还未得到有效控制,需要从政策上严格控制磷的排放,从技术上增强污水处理的除磷能力。

  2、宏观控制面源中磷的排放总量。

  虽然没有相应的数据说明面源中磷的排放总量,但据对农业地区湖泊研究,面源污染负荷占的比例要高于工业与生活污染,尤其是氮、磷负荷。相比点源,农业面源污染治理难度更大,需要国家出台相关鼓励措施和限制措施,科学合理使用磷肥等,减少农业中磷的流失。

  3、严格控制大规模围栏水产养殖,同渔业部门建立协同监管机制,限制投肥养殖。

  4、对一些受污染历史较长的湖泊、水库开展底泥疏浚。底泥中一般都富集了大量的磷,只有定期开展底泥疏浚工作,种植大型水生植物,实施湖库生态恢复工程,才能更好更快地改善湖泊、水库的营养结构和生态结构。

  (二)水华预警

  水华的预警工作应着眼于改变外因,防止藻类集中爆发式地繁殖生产。

  1、与水利、水文、气象等部门建立联合协调机制,实现数据共享。

  2、针对每一条易发生水华的河流,确定一个河流的生态流速(即流速超过该生态流速时,该河流基本不会发生水华),在水华易发的气象条件下,水利部门应督促相关的湖泊、水库进行生态济水,保证河流的生态流速。

  3、在水华高发季节,应坚持水温、气象、水文、pH值、高锰酸盐指数、溶解氧、藻类、叶绿素等指标的监测和预报工作。从本次事件处置情况来看,当前的环境监测中,藻类的监测人员(藻类监测的判类工作对专业要求极高)和分析设备极度缺乏,地市及以下环境监测机构基本不具备藻类分析能力。

  (三)水华事件的应急处置

  水华发生后,应及时开展有效的应急工作,最大限度地降低水华的影响。

  1、会同水利部门协调相关湖泊、水库济水,减少水华持续的时间。本次事件中,湖北省环保局及时联系湖北省水利厅,督促上游的丹江口水库和长湖开闸放水,有效缩短了水华持续时间。

  2、卫生部门、建设部门应参与事件的处理。水华发生后,自来水厂何时可以取水,环保部门可以根据水源地的监测报告作出科学结论,但在恢复供水的问题,卫生部门、建设部门应开展饮用水水质监测,确定恢复供水时间,确保供水安全。

  3、自来水厂应启动应急措施。从本次事件来看,尤其是一些中、小型水厂应对水华的硬件设施不足,一是无备用水源,二是无灭藻除藻装置。发生水华时,由于藻类还具有活性,一般先灭藻,后除藻。常用的灭藻方法是投加大量的氯气,而一些中、小型水厂多用制药机消毒,发生水华时,无法大量提高制药量,很难开展灭藻工作。对于比重较轻的蓝藻、绿藻,常用混凝气浮除藻,对于硅藻常用絮凝沉淀去除。一些条件较差的、取水点易发生水华的中、小型水厂采用砂滤作为应急措施也可以取得较好的除藻效果。

  4、改进藻类的应急监测。发生水华时,应及时判定藻的类型,监测藻类浓度。按照常规方法,藻类监测应将样品自然静置24小时,一个样品的分析周期为48小时,不能满足事件应急需要。

  而在本次事件中,湖北省环境监测中心站分析人员经过摸索,采用高速离心浓缩,大大缩短了分析时间,据称精度也有所提高。建议国家组织改进藻类监测方法的研究,加强分析人员的培训。

  5、及时消除社会影响。本次事件发生后,20多万人的饮水受到影响,生活秩序受到打扰,中央电视台、香港凤凰卫视、新浪网等主流媒体也进行了多次报道。为消除社会影响,一是地方政府积极组织人力物力,多渠道向受影响的居民供水;二是工商部门加大执法力度,严厉打击商品水供应商趁机哄抬物价的违法行为;三是环保部门召开新闻通气会,通过媒体向社会及时说明事件的原因及危害性,防止其它媒体进一步炒作。