郑州市黄河水源水藻类和藻类毒素污染状况调查
作者：孟玉珍 张丁 王兴国 朱宝玉 张红茹 王宏
单位：孟玉珍(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；张丁(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；王兴国(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；朱宝玉(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；张红茹(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；王宏(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)
关键词：藻类；水污染，化学性
中华预防医学杂志000210 摘 要：目的 探讨郑州市地面饮用水源水浮游藻类和藻毒素污染的发生发展规律。方法 于1998年在郑州B水厂、S水厂水源水设采样点，对郑州市水源水藻类污染状况进行了连续检测，采用高敏感度ELISA方法测定微囊藻毒素含量。结果 郑州市B水厂水源水月平均藻类密度为1 439×104/L，8月份最高达到4 762×104/L。S水厂水源水月平均藻类密度为1 071×104/L，毒性较高的蓝藻已成为S水厂水源水的优势藻种。在2个水厂水源水24份样品中，微囊藻毒素的阳性检出率为70.83%。结论 郑州市水源水已呈现富营养化特征。
, 百拇医药
Studies on algae and microcystin pollution in source water of Yellow River in Zhengzhou City
MENG Yuzhen, ZHANG Ding, WANG Xinguo, et al.
Health and Epidemic Prevention Station of Henan Province, Zhengzhou 450003, China
Abstract：Objective To study the law of development of pollution with algae and microcystin (MC) in source water of Yellow River in Zhengzhou city. Methods Algae and MC were detected continuously for source water samples collected from B and S Water Works of Zhengzhou in 1998. Microcystin was determined with high-sensitive ELISA. Results Monthly average density of algae was 1 439×104/L in source water of B Water Works of Zhengzhou, with peak algae density of 4 762×104/L in August, and that of S Water Works was 1 071×104/L. Blue-algae of higher toxicity has become dominant species in source water from S water Works. Detection rate of microcystin was 70.83% in 24 samples collected from the two water works. Conclusion According to Carlson′s trophic state index (TSI), as well as other indices, such as total nitrogen, total phosphorus, chemical oxygen demands (COD) and algae density in water, source water in Zhengzhou has presented characteristics of eutrophication.
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Key words：Algae；Water pollution,chemical
黄河水是郑州市生活饮用水的主要水源。近年来，随着工农业的发展，大量工业废水和生活污水排入黄河，加快了黄河水的富营养化过程。1992年以来，郑州市水源水厂调蓄池内多次出现由于藻类大量生长而导致自来水出现明显的鱼腥味现象，影响了居民的生活饮用。一些有毒藻类可产生藻类毒素，对居民的身体健康造成危害。为探讨郑州黄河水源水浮游藻类污染的发生发展规律，为制定防治对策提供科学依据，我们于1998年对郑州市水源水藻类污染状况进行了连续检测，结果如下。
材料与方法
1.采样点布设：郑州市共有2个以黄河为水源的自来水厂，供水人口占全市人口的90%。郑州市区东半部主要由B水厂供水，西半部主要由S水厂供水。另有一个为B水厂提供水源的水源水厂。黄河水由花园口水源水厂进水闸自流进入沉沙池，沉沙后经1号泵站泵入调蓄池。该池占地70公顷，水体停留时间较长(约为10 d)。调蓄池水再经2号泵站泵入输水管道(长12 km)流至B水厂做进一步净化处理。郑州S水厂水源为西流湖水(引黄河水，水体面积约150公顷)。为此我们选择郑州花园口水源水厂调蓄池2号泵站作为B水厂水源水的采样点。选择郑州西流湖作为S水厂水源水的采样点。
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2.藻类样品采集：定量样品用中国科学院水生生物研究所生产的采水器，每月采集水面以下0.5 m处样品1 L。样品经鲁格液(Lugol solution)固定、沉淀、浓缩后用0.1 ml计数框在显微镜下分类计数。藻细胞大体以门分类。
3.微囊藻毒素(microcystins，简称MC)测定：使用中国科学院水生生物研究所生产的采水器，每月分别采集两个采样点水面以下0.5 m处样品50 ml，加10%叠氮钠(NaN3)0.5 ml，放置-20℃低温保存，经玻璃纤维滤膜(whatman GF/C)过滤后,用酶联免疫吸附试验(ELISA)方法测定MC含量。MC<20 ng/L为阴性，≥20 ng/L为阳性。
4.水质理化指标测定：总氮(TN)采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法。总磷(TP)采用氯化亚锡还原光度法。耗氧量(COD)采用高锰酸钾法。pH值用酸度计测定。
结果
, 百拇医药
1.藻类密度及变化：B水厂水源水全年月平均藻类密度为1 439×104/L。8月和2月份是藻类生长的2个高峰期，且以8月份最高，藻类总密度达到4 762×104/L，2月份达到3 696×104/L。S水厂水源水藻类密度低于B水厂，月平均藻类密度为1 071×104/L。藻类生长的高峰期也在8月份，藻类总密度最高达到3 496×104/L，其次是11月份，藻类总密度达到1 345×104/L。
两个水厂水源水藻类构成亦有所不同。B水厂水源水中的藻类以硅藻所占比例最大，为44.92%；其次为蓝藻，占30.35%；绿藻占22.55%；裸藻仅占2.18%。S水厂水源水则以蓝藻为优势藻种，占总藻密度的73.66%。其次为绿藻，占19.88%。硅藻占4.86%，裸藻最少，仅占1.60%。
2.微囊藻毒素含量：全年共检测两个水厂水源水样品24份，MC含量呈阳性的有17份，阳性率为70.83%。其中B水厂5月和8月份、S水厂8月份水样的MC含量达到100 ng/L以上(表1)。
, 百拇医药
表1 1998年郑州市水源水微囊藻毒素检测结果(ng/L) 采样点
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
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B水厂
77
37
64
<20
110
<20
48
208
35
83
28
21
S水厂
, 百拇医药
68
77
47
33
47
<20
29
121
81
64
42
<20
3.水体TN、TP、pH值和COD的变化：根据国家《地面水环境质量标准》(GB3838-88)Ⅲ类标准，TN不得大于1.0 mg/L(参照凯氏氮标准)，TP不得大于0.05 mg/L。检测结果表明，在1998年1～12月采集的两个水厂24份水源水样品中，TN检出范围为2.99～9.84 mg/L，平均5.14 mg/L。TP的检出范围为0.01～0.31 mg/L，平均为0.08 mg/L。在24份样品中，TN全部超标，TP有13份超标，超标率为54.17%。根据河南省地方卫生标准，COD不得大于5 mg/L。在2个水厂24份样品中，COD检出范围为2.90～7.31，其中有10次超标，超标率为41.67%。各采样点pH值变化范围为7.0～8.5。
, 百拇医药
美国明尼苏达大学陆地研究所Carlson根据水质参数之间的关系，提出富营养化指数(trophic state index, TSI)来判别湖泊的营养状态。TSI≤37为贫营养，TSI在38～53为中营养，TSI≥54为富营养。按照Carlson制定的总磷的富营养化指数TSI(TP)的计算模型，计算出郑州市B水厂和S水厂1998年TSI(TP)值(表2)。
表2 1998年郑州市水源水富营养化指数值 采样点
1月
2月
3月
4月
5月
6月
, 百拇医药 7月
8月
9月
10月
11月
12月
均值
B水厂
65
53
47
57
57
71
, 百拇医药
37
67
67
87
53
76
61
S水厂
65
47
47
67
53
69
, 百拇医药
47
69
65
87
61
74
63
t=0.220, P>0.05
讨论
在地面水的富营养化过程中，总氮、总磷对浮游生物的生长有较大的影响。一般认为N>0.2 mg/L、P>0.02 mg/L时水体即开始富营养化的过程。本次研究结果显示，郑州市黄河水源水总氮超标严重，总磷的污染程度则相对较轻。浮游藻类生长所需最适N/P值为7.2，而郑州市水源水N/P值全年最低为15.71，最高为492，平均为132.23。造成N/P值偏高的原因主要是水体中磷的相对缺乏，因此磷是郑州市水源水富营养化的主要限制因子。城市生活污水中氮和磷的含量比较高，氮主要来源于商业污水、城市地面径流和粪便等，磷的增加主要与大量使用含磷酸盐的洗涤剂有关。因此，对上游沿黄城市污水应加强截污治理，减少生活污水对黄河的排放。同时，加强郑州西流湖水源的保护，按照《生活饮用水卫生标准》的有关要求，设置卫生防护带和水源保护区，防止水源二次污染，控制水体氮、磷的负荷。
, 百拇医药
作为郑州地区饮用水水源的黄河水，不同季节的流量、水质有很大差异。每年进入冬春季节后，流量减小，流速缓慢，河水稀释、自净能力大为减弱，水体污染程度相对加重，是全年水质最差的季节。黄河水进入郑州水源水厂调蓄池和郑州西流湖蓄水期间，水滞留时间较长，泥沙沉淀，透明度增高，阳光充足，有利于藻类生长繁殖，导致水质的生物性污染进一步加重。因此，加强黄河枯水期的水源保护尤为重要。
目前，淡水藻类污染已成为一个全球性的环境问题。国内学者最近研究发现在肝癌高发区饮用水源中MC含量较高[1]，一些流行病学调查表明饮用被MC污染的水，可引起胃肠炎和肝炎。Falconer等[2]根据动物模型试验的结果，认为人体短期和长期接触MC的安全指导值分别为1 000 ng/L和100 ng/L。1998年，郑州市2个水厂水源水的MC含量多次出现阳性，阳性样品的检出时间包括各个季节。MC污染的程度虽然低于武汉东湖[3]、上海淀山湖[4]及江苏海门[1]，但有3份样品达到100 ng/L以上。以Carlson提出的富营养化指数TSI判定标准，结合TN、TS、COD及藻类密度等指标，可以认为郑州水源水已呈现富营养化特征。
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基金项目：河南省医药卫生科学研究重点项目(1996-148)
参考文献
[1]陈刚，俞顺章，卫国荣，等. 肝癌高发区不同饮水类型中微囊藻毒素含量的调查. 中华预防医学杂志，1996，30:6-8.
[2]Falconer IR，Burch M，Steffensen DA，et al. Toxicity of the blue-greenalga (cyanobacterium) microcystisaeruginosa in drinking water to growingpigs, as an animal model for human injury and risk assessment. Environ Toxicol Water Qual，1994.9:31.
[3]吴一凡，李益健，吴民作，等.武汉东湖浮游藻类演变与富营养化相关性的研究.中国环境科学，1991，11:23-28.
[4]王红兵，宋伟民，朱惠刚. 上海淀山湖、黄浦江水系浮游藻类及藻类毒素的动态研究.环境与健康杂志,1995，12：195-199.
收稿日期：1999-12-20, http://www.100md.com
单位：孟玉珍(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；张丁(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；王兴国(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；朱宝玉(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；张红茹(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)；王宏(450003 郑州市 河南省卫生防疫站)
关键词：藻类；水污染，化学性
中华预防医学杂志000210 摘 要：目的 探讨郑州市地面饮用水源水浮游藻类和藻毒素污染的发生发展规律。方法 于1998年在郑州B水厂、S水厂水源水设采样点，对郑州市水源水藻类污染状况进行了连续检测，采用高敏感度ELISA方法测定微囊藻毒素含量。结果 郑州市B水厂水源水月平均藻类密度为1 439×104/L，8月份最高达到4 762×104/L。S水厂水源水月平均藻类密度为1 071×104/L，毒性较高的蓝藻已成为S水厂水源水的优势藻种。在2个水厂水源水24份样品中，微囊藻毒素的阳性检出率为70.83%。结论 郑州市水源水已呈现富营养化特征。
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Studies on algae and microcystin pollution in source water of Yellow River in Zhengzhou City
MENG Yuzhen, ZHANG Ding, WANG Xinguo, et al.
Health and Epidemic Prevention Station of Henan Province, Zhengzhou 450003, China
Abstract：Objective To study the law of development of pollution with algae and microcystin (MC) in source water of Yellow River in Zhengzhou city. Methods Algae and MC were detected continuously for source water samples collected from B and S Water Works of Zhengzhou in 1998. Microcystin was determined with high-sensitive ELISA. Results Monthly average density of algae was 1 439×104/L in source water of B Water Works of Zhengzhou, with peak algae density of 4 762×104/L in August, and that of S Water Works was 1 071×104/L. Blue-algae of higher toxicity has become dominant species in source water from S water Works. Detection rate of microcystin was 70.83% in 24 samples collected from the two water works. Conclusion According to Carlson′s trophic state index (TSI), as well as other indices, such as total nitrogen, total phosphorus, chemical oxygen demands (COD) and algae density in water, source water in Zhengzhou has presented characteristics of eutrophication.
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Key words：Algae；Water pollution,chemical
黄河水是郑州市生活饮用水的主要水源。近年来，随着工农业的发展，大量工业废水和生活污水排入黄河，加快了黄河水的富营养化过程。1992年以来，郑州市水源水厂调蓄池内多次出现由于藻类大量生长而导致自来水出现明显的鱼腥味现象，影响了居民的生活饮用。一些有毒藻类可产生藻类毒素，对居民的身体健康造成危害。为探讨郑州黄河水源水浮游藻类污染的发生发展规律，为制定防治对策提供科学依据，我们于1998年对郑州市水源水藻类污染状况进行了连续检测，结果如下。
材料与方法
1.采样点布设：郑州市共有2个以黄河为水源的自来水厂，供水人口占全市人口的90%。郑州市区东半部主要由B水厂供水，西半部主要由S水厂供水。另有一个为B水厂提供水源的水源水厂。黄河水由花园口水源水厂进水闸自流进入沉沙池，沉沙后经1号泵站泵入调蓄池。该池占地70公顷，水体停留时间较长(约为10 d)。调蓄池水再经2号泵站泵入输水管道(长12 km)流至B水厂做进一步净化处理。郑州S水厂水源为西流湖水(引黄河水，水体面积约150公顷)。为此我们选择郑州花园口水源水厂调蓄池2号泵站作为B水厂水源水的采样点。选择郑州西流湖作为S水厂水源水的采样点。
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2.藻类样品采集：定量样品用中国科学院水生生物研究所生产的采水器，每月采集水面以下0.5 m处样品1 L。样品经鲁格液(Lugol solution)固定、沉淀、浓缩后用0.1 ml计数框在显微镜下分类计数。藻细胞大体以门分类。
3.微囊藻毒素(microcystins，简称MC)测定：使用中国科学院水生生物研究所生产的采水器，每月分别采集两个采样点水面以下0.5 m处样品50 ml，加10%叠氮钠(NaN3)0.5 ml，放置-20℃低温保存，经玻璃纤维滤膜(whatman GF/C)过滤后,用酶联免疫吸附试验(ELISA)方法测定MC含量。MC<20 ng/L为阴性，≥20 ng/L为阳性。
4.水质理化指标测定：总氮(TN)采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法。总磷(TP)采用氯化亚锡还原光度法。耗氧量(COD)采用高锰酸钾法。pH值用酸度计测定。
结果
, 百拇医药
1.藻类密度及变化：B水厂水源水全年月平均藻类密度为1 439×104/L。8月和2月份是藻类生长的2个高峰期，且以8月份最高，藻类总密度达到4 762×104/L，2月份达到3 696×104/L。S水厂水源水藻类密度低于B水厂，月平均藻类密度为1 071×104/L。藻类生长的高峰期也在8月份，藻类总密度最高达到3 496×104/L，其次是11月份，藻类总密度达到1 345×104/L。
两个水厂水源水藻类构成亦有所不同。B水厂水源水中的藻类以硅藻所占比例最大，为44.92%；其次为蓝藻，占30.35%；绿藻占22.55%；裸藻仅占2.18%。S水厂水源水则以蓝藻为优势藻种，占总藻密度的73.66%。其次为绿藻，占19.88%。硅藻占4.86%，裸藻最少，仅占1.60%。
2.微囊藻毒素含量：全年共检测两个水厂水源水样品24份，MC含量呈阳性的有17份，阳性率为70.83%。其中B水厂5月和8月份、S水厂8月份水样的MC含量达到100 ng/L以上(表1)。
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表1 1998年郑州市水源水微囊藻毒素检测结果(ng/L) 采样点
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
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B水厂
77
37
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110
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48
208
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S水厂
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3.水体TN、TP、pH值和COD的变化：根据国家《地面水环境质量标准》(GB3838-88)Ⅲ类标准，TN不得大于1.0 mg/L(参照凯氏氮标准)，TP不得大于0.05 mg/L。检测结果表明，在1998年1～12月采集的两个水厂24份水源水样品中，TN检出范围为2.99～9.84 mg/L，平均5.14 mg/L。TP的检出范围为0.01～0.31 mg/L，平均为0.08 mg/L。在24份样品中，TN全部超标，TP有13份超标，超标率为54.17%。根据河南省地方卫生标准，COD不得大于5 mg/L。在2个水厂24份样品中，COD检出范围为2.90～7.31，其中有10次超标，超标率为41.67%。各采样点pH值变化范围为7.0～8.5。
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美国明尼苏达大学陆地研究所Carlson根据水质参数之间的关系，提出富营养化指数(trophic state index, TSI)来判别湖泊的营养状态。TSI≤37为贫营养，TSI在38～53为中营养，TSI≥54为富营养。按照Carlson制定的总磷的富营养化指数TSI(TP)的计算模型，计算出郑州市B水厂和S水厂1998年TSI(TP)值(表2)。
表2 1998年郑州市水源水富营养化指数值 采样点
1月
2月
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, 百拇医药 7月
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均值
B水厂
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37
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S水厂
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t=0.220, P>0.05
讨论
在地面水的富营养化过程中，总氮、总磷对浮游生物的生长有较大的影响。一般认为N>0.2 mg/L、P>0.02 mg/L时水体即开始富营养化的过程。本次研究结果显示，郑州市黄河水源水总氮超标严重，总磷的污染程度则相对较轻。浮游藻类生长所需最适N/P值为7.2，而郑州市水源水N/P值全年最低为15.71，最高为492，平均为132.23。造成N/P值偏高的原因主要是水体中磷的相对缺乏，因此磷是郑州市水源水富营养化的主要限制因子。城市生活污水中氮和磷的含量比较高，氮主要来源于商业污水、城市地面径流和粪便等，磷的增加主要与大量使用含磷酸盐的洗涤剂有关。因此，对上游沿黄城市污水应加强截污治理，减少生活污水对黄河的排放。同时，加强郑州西流湖水源的保护，按照《生活饮用水卫生标准》的有关要求，设置卫生防护带和水源保护区，防止水源二次污染，控制水体氮、磷的负荷。
, 百拇医药
作为郑州地区饮用水水源的黄河水，不同季节的流量、水质有很大差异。每年进入冬春季节后，流量减小，流速缓慢，河水稀释、自净能力大为减弱，水体污染程度相对加重，是全年水质最差的季节。黄河水进入郑州水源水厂调蓄池和郑州西流湖蓄水期间，水滞留时间较长，泥沙沉淀，透明度增高，阳光充足，有利于藻类生长繁殖，导致水质的生物性污染进一步加重。因此，加强黄河枯水期的水源保护尤为重要。
目前，淡水藻类污染已成为一个全球性的环境问题。国内学者最近研究发现在肝癌高发区饮用水源中MC含量较高[1]，一些流行病学调查表明饮用被MC污染的水，可引起胃肠炎和肝炎。Falconer等[2]根据动物模型试验的结果，认为人体短期和长期接触MC的安全指导值分别为1 000 ng/L和100 ng/L。1998年，郑州市2个水厂水源水的MC含量多次出现阳性，阳性样品的检出时间包括各个季节。MC污染的程度虽然低于武汉东湖[3]、上海淀山湖[4]及江苏海门[1]，但有3份样品达到100 ng/L以上。以Carlson提出的富营养化指数TSI判定标准，结合TN、TS、COD及藻类密度等指标，可以认为郑州水源水已呈现富营养化特征。
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基金项目：河南省医药卫生科学研究重点项目(1996-148)
参考文献
[1]陈刚，俞顺章，卫国荣，等. 肝癌高发区不同饮水类型中微囊藻毒素含量的调查. 中华预防医学杂志，1996，30:6-8.
[2]Falconer IR，Burch M，Steffensen DA，et al. Toxicity of the blue-greenalga (cyanobacterium) microcystisaeruginosa in drinking water to growingpigs, as an animal model for human injury and risk assessment. Environ Toxicol Water Qual，1994.9:31.
[3]吴一凡，李益健，吴民作，等.武汉东湖浮游藻类演变与富营养化相关性的研究.中国环境科学，1991，11:23-28.
[4]王红兵，宋伟民，朱惠刚. 上海淀山湖、黄浦江水系浮游藻类及藻类毒素的动态研究.环境与健康杂志,1995，12：195-199.
收稿日期：1999-12-20, http://www.100md.com