北方中小河流春季pH值和高锰酸盐指数超标情况分析与对策

杨琛 李强

摘  要：我国北方中小河流春季多出现pH值和高锰酸盐指数超标情况，以登沙河为研究对象，对近2年河流水质进行分析。结果表明，pH值和高锰酸盐指数升高与藻类繁殖光合作用具有密切关系，同时胞外聚合物也导致了高锰酸盐指数和化学需氧量的升高。

关键词：pH;高锰酸盐指数;藻类

中图分类号：R123            文献标志码：A

我国北方中小河流多为典型季节性河流，随着河流污染治理的深入推进，河流水质改善明显，春季pH值和高锰酸盐指数超标成了中小河流整治的新问题凸显出来。该文以登沙河为代表，根据近年来的监测数据，分析了引起河流pH值和高锰酸盐指数超标的原因。

1 研究区域概况

登沙河发源于大连市普兰店区，自北向南流经普兰店区太平街道、金普新区向应街道、华家街道、登沙河街道。登沙河全长25.7 km，总流域面积229 km2，是一条北方典型季节性小型河流。上游和段水体流动性能较强，截留设施相对较少，没有明显的滞留现象，属于无人为干预的自然河流。进入金普新区前，太平污水处理厂处理尾水排入登沙河，排水量约为4 000 m3/d。进入金普新区后，部分水体被作为农用灌溉水源截留在马家沟闸内，导致下游河段径流量小，尤其是在枯水期水体补给量十分微弱，水流置换缓慢，水体相对封闭，水动力条件较差。

2 数据来源及分析

2.1 子站数据分析

登沙河下游登化断面为国考断面，水质考核目标为Ⅳ类。根据登化断面自动监测站数据显示（图1），该断面在2019年和2020年均出现了pH和高锰酸盐指数超标的现象，此类现象多发于春秋两季。为了进一步探究水质各指标间的内部联系，对各指标进行Pearson相关性分析，各指标之间存在显著相关性（见表1），特别是pH、高锰酸盐指数和水溫、溶解氧之间呈现极高的正相关性，与氨氮、总氮之间呈现负相关性，并且在时间跨度上呈现白天高夜晚低的规律性。这说明河流中水温、pH、高锰酸盐指数和溶解氧相互影响，由于河流缺乏生态补水、水体流动性差，再加上水温适宜，藻类光合作用产生大量有机物，吸收水体中CO2释放O2增加溶解氧的含量，同时pH升高，当水体中藻类丰度值大时，高锰酸盐指数也随之增大。而氨氮和总氮异常的迅速降低与水体中藻类爆发导致营养盐的消耗有关。

2.2 藻类监测分析

3月19日和25日分别对登化断面浮游植物进行监测分析，优势种为硅藻门小环藻属，个体总数分别为1.5×107个/L和2.0×107个/L，优势种比例达到92%和95%。根据藻密度评价的水华程度分级标准判定达到轻度水华级别（1.0×107≤D<5.0×107）。

硅藻门小环属广泛分布于淡水中，早春时大量出现;适宜的生存温度为10℃～25℃。水温适宜，充分光照，且有充足营养盐时会爆发生长。春秋两季，河水水温多处于硅藻门小环属的适宜温度区间，随着温度的升高和降低，藻类不具备优势性，爆发现象消除。

登沙河来水主要是自然补水和污水处理厂来水，而自然补水量远低于污水处理厂出水，污水处理厂出水达标排放，但其中营养盐（N、P）含量较高，为藻类生长提供了基础。

硅藻水华一般发生在河流流量较小、流速较慢的河段，适合生长流速为0～0.5 m/s[1]。登沙河流经区域为农业生产区，区段内大多布设有拦河坝、水闸等设施为春耕存储水源。2019年杨家店水文站数据显示，最大径流量为180 m3/s，最小0.013 m3/s，年平均0.656 m3/s，其中3月流量仅为0.018 m3/s，适宜于藻类繁殖生长。

2.3 藻类和微生物作用对pH和高锰酸盐指数的影响

藻类爆发的光合作用使水里的CO2迅速减少，打破水中原有碳酸盐平衡，使得部分HCO3-转化成CO32-，从而造成水体pH值升高。

在登化断面及上游干流的刘家、杨家提水站和马家沟水闸对叶绿素a进行监测，浓度范围87.48 μg/L～114.41 μg/L。其中登化断面叶绿素a浓度为93.34 μg/L。在水体中叶绿素a>10 μg/L时，叶绿素a浓度与藻类密度呈显著的线性关系。藻类在光合作用下产生大量有机物，使高锰酸盐指数的测定值精密度受到干扰，导致叶绿素a值与高锰酸盐指数值之间有良好的线性关系[2]。

微生物广泛存在于土壤（包括包气带）、地表水体和地下水（含水层）中。微生物的胞外聚合物（EPS）是一类有机高分子聚合物，其覆盖在微生物细胞表面上，会改变其表面电荷、疏水性和聚合性质等物理化学特性[3-4]。研究表明，EPS是Cr（Ⅵ）吸附的主要位点，且在将Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）的过程中有较好的作用，其表现出的还原性会导致高锰酸盐指数和化学需氧量的升高[5]。

3 结论与对策

自然水体中pH和高锰酸盐指数的异常升高存在以下重要因素：进入河道中的外来污染源为藻类和微生物的生长提供了足够的营养盐基础;枯水期和河道构筑物的影响导致河道中“滞水”现象严重，流速缓慢为藻类的爆发创造了水动力条件;在温度、光照等达到藻类繁殖条件时，藻类的爆发和光合作用导致了pH和高锰酸盐指数的升高;同时水体中微生物保外聚合物的大量存在以及其表现出的吸附性和还原性对高锰酸盐指数和化学需氧量的升高起到了共同作用。

除春季外，深秋初冬季节登沙河流域的水动力条件，自然因素等与春季类似，也同样出现pH、高锰酸盐指数等异常。

有效抑制河道内的藻类生长是解决春秋两季河流pH和高锰酸盐指数超标的主要手段。从藻类生长条件来看，主要方法为降低河道内的营养盐，提升河道水动力，增加河道的遮光性。

参考文献

[1]Dacong Y ， Wei H ， Xinghua W U ， et al. 汉江水华硅藻生物学特性初步研究[J]. 长江科学院院报， 2012， 29（2）：6-10.

[2] 杨晓珊， 张丽萍. 叶绿素a含量对高锰酸盐指数测量影响初探[J]. 云南环境科学， 1998， 17（4）：59-61.

[3] SUCI P A， FROLUND B， QUINTERO E J， et al. Adhesive extracellular polymers of Hyphomonas MHS-3： interaction of polysaccharides and proteins[J]. Biofouling， 1995， 9（2）： 95-114.

[4] MIKKELSEN L H， KEIDING K. Physico-chemical characteristics of full scale sewage sludges with implications to dewatering[J]. Water Research， 2002， 36（10）： 2451-2462.

[5] 许燕滨，陈汝敏，黄绍松， 等. 优势菌的 EPS 还原去除 Cr（Ⅵ）的机 理分析[J]. 中国给水排水， 2010， 26（15）： 99-101.