勝利油田本土化水庫富營養化的可行性分析

根據李比熙的“最低因子法”，植物的生長受到所需量和最大含量的限制。在這種情況下，物質是植物生長的限制因素。同樣，如果物質含量增加會促進植物的生長或生長潛力，這種物質會成為植物生長的刺激因素和植物的激勵物。氮和磷已經被認為是造成富營養化的主要營養元素.很可能是富營養化循環中最重要的營養元素.從20世紀初開始,很多科學家都曾討論過氮磷與富營養化關系的重要性.但使浮游植物增長的其他因素也是非常重要的.研究表明鉬、鐵、鋅、錳也是可能刺激天然和人工培養的浮游植物產量的元素.藻類增長潛力試驗(AlgalGrowthPotentialTest,簡稱AGP試驗)是專門為研究富營養化問題而制定的一種試驗方法,目前國際上已作為標準方法采用的僅是瓶法試驗(BottleTest).在富營養研究中,為了了解水體(湖泊、水庫等)的營養狀態,找出植物生長的限制因子,預測當某種污水流入水體后對藻類生長可能產生的影響,以及當采取的某種治理措施可能會產生的效果.必須進行包括地理、水文、化學、生物學、污染源等各方面的綜合調查.而AGP試驗是其中一個重要的項目,具有其獨特的意義.筆者對位于黃河河口部的勝利油田耿井水庫預沉池,輸水渠及水庫的水樣進行AGP試驗,對其限制性營養元素進行研究,得到耿井水庫中對浮游植物增長限制性因子為磷元素,并通過外加磷元素的AGP試驗,得到耿井水庫磷的限制濃度范圍,為水庫富營養化的防控提供參考依據.1原料和方法1.1浮游植物界定試驗用水分別取自勝利油田耿井水庫預沉池,輸水渠及水庫,取樣點位置如圖1所示.水樣采用兩種方法預處理,分別為高壓鍋滅菌(120℃,15min高壓)后采用0.45μm膜過濾預處理及只采用0.45μm膜過濾預處理.預處理后水樣用羊角月牙藻進行浮游植物增長潛力試驗.本試驗用300mL細口瓶盛放100mL水樣.對耿井水庫水質進行調查,其總氮(N)的平均質量濃度為2.7mg/L,能被藻類利用的是其中的溶解性無機氮(DIN)的質量濃度分別為NH4-N0.18mg/L,NO2-N<0.01mg/L,NO3-N1.81mg/L.總磷(P)平均質量濃度為0.02mg/L.試驗水樣的營養狀況如表1所示.1.2paap培養基試驗藻種采用羊角月牙藻,浮游植物培養基如表2所示.培養基的pH值在7.4～7.6之間.此培養基是基于對最初的1969年2月PAAP培養基的修改,是許多實驗室經過3年多的時間做出的結果.試驗條件為:環境溫度:20±1℃;光照:4000Lux冷白熒光燈下17～19d;振蕩:人工搖動.2結果與討論通過羊角月芽藻的細胞數和懸浮固體關系,得曲線如圖2所示,相關系數為0.977,羊角月芽藻細胞數可以轉化成細胞干密度.2.1高磷廢水中浮游植物的增殖耿井水庫和輸水渠水樣羊角月芽藻屬的增長如圖3、圖4所示.由圖中可以看出,實驗開始培育4d后,兩種方法預處理后的水樣中浮游植物迅速增長大約10dA1～A8號水庫水樣瓶中浮游植物的增長完成.大約19dA9～A16號輸水渠水樣瓶中浮游植物的增長完成.可以看出A1,A5,A9,A13號瓶水樣中浮游植物基本沒有增殖,即水庫和輸水渠水樣不外加氮磷培養,浮游植物沒有增長.而只外加磷的水樣A3,A7,A11,A15中浮游植物的增長比只外加氮的水樣A2,A6,A10,A14中浮游植物的增長更高.氮磷混合組的水樣A4,A8,A12,A16中浮游植物也基本是依賴磷濃度的升高而變化的.2.2浮游植物生長量分析耿井水庫和輸水渠水樣外加營養元素對羊角月芽藻增長的影響如圖5、圖6所示.從圖中可以看出耿井水庫水樣經高壓鍋滅菌并過濾和過濾兩種方法預處理后浮游植物增長潛力分別為0.2～2.1mg/L和0～1.0mg/L.輸水渠水樣的值分別為0～3.3mg/L和0～2.2mg/L.采用高壓鍋滅菌并過濾預處理的水樣的浮游植物增長潛力明顯比采用過濾預處理的水樣高出兩倍.通常,在貧營養湖增長潛力值小于1mg/L.而富營養湖增長潛力在10～50mg/L.這個結果表明,目前耿井水庫屬于中營養湖.但是,當磷的質量濃度逐漸增高時,水庫的水質狀況將隨著浮游植物增長能力的增加而變成中富營養湖泊,甚至變成重富營養湖泊.H.Tachibara.等人1996年調查了日本Barato湖的水質,考察附近湖泊的富營養化特性.懸浮固體中包含顆粒磷.對于引起富營養化的浮游植物,為控制其增長,懸浮固體的排放控制十分重要,湖泊中浮游植物的濃度能夠潛在地增長約兩倍.杜茂安等人2004年調查了黃河河口部平原水庫的水質特性,因為河水含有大量細沙,因此預沉池要求有足夠的表面積去除細沙,并將其含有的部分磷一同沉積下來.當在預沉池不能去除細沙時,含磷的懸浮固體流進水庫,將導致浮游植物增長能力的提高,從而導致水體的富營養化.從上述試驗結果看,沒有外加磷元素的A1,A2,A5,A6,A9,A10,A13,A14號水樣中,浮游植物基本沒有增長,而外加磷元素的A3,A4,A7,A8,A11,A12,A15,A16號水樣中,浮游植物的增長量很大。可以看出浮游植物的增長依靠磷的質量濃度,高壓鍋滅菌并過濾和過濾兩種預處理方法預處理的水樣,羊角月芽藻的限制性營養是磷.因為20℃的培養溫度不如夏季水溫有利.故而取樣點的浮游植物增長潛力不能被完全評價.2.3總磷的限制質量濃度預沉池水樣外加磷情況下羊角月芽藻增長情況如圖7所示.外加磷對預沉池水樣中羊角月芽藻增長的影響如圖8所示.水樣中磷調整質量濃度分別為:0.025mg/L,0.05mg/L,0.10mg/L,0.25mg/L,0.50mg/L和1.00mg/L.當外加磷的質量濃度超過0.5mg/L時,浮游植物的增長水平就相當高了.結果顯示:對浮游植物增長限制的磷的限制質量濃度范圍是0.025～0.05mg/L.由此,必須將磷的質量濃度控制在0.05mg/L以下,才能控制浮游植物的生長.目前耿井水庫的總磷質量濃度為0.02mg/L,雖然還未達到0.05mg/L的限制質量濃度,但是隨著經濟的發展,會有越來越多的污染物進入水體,其增長速度超過水體凈化及帶出速度,會導致污染物量的增加,也將導致入庫總磷量的逐年增加.因此根據計算出的磷的限制質量濃度,可以為耿井水庫富營養化進程的控制提供參考依據.3控制浮游植物的總磷含量(1)通過AGP試驗表明,在勝利油田的耿井水庫中,浮游植物的增長主要依靠磷濃度,而且高壓鍋滅菌并過濾預處理的水樣的浮游植物增長潛力明顯比過濾預處理的水樣高出兩倍.磷是耿井水庫的限制性營養元素.(2)通過磷的外加試驗得出,對浮游植物增長磷的限制質量濃度是