黄家湖水体大肠菌群数变化趋势及成因分析_魏桃员.pdf

年 月 第 卷第 期收稿日期：基金项目：武汉科技大学创新训练重点资助项目（编号：）作者简介：魏桃员（），女，副教授，硕士，研究方向为水污染治理与环境管理，高深度有机废水处理与资源化利用。黄家湖水体大肠菌群数变化趋势及成因分析黄家湖水体大肠菌群数变化趋势及成因分析魏桃员，廖乐成，胡 进，孙 冲（武汉科技大学 城市建设学院，湖北 武汉 ）摘要：水中粪大肠菌群数作为水体粪便污染的重要指标，可作为水体污染和环境卫生监测的重要依据之一。基于武汉科技大学给排水科学与工程专业本科生 水处理微生物学 创新实验，通过对黄家湖水体同一区域相近时段连续年的采样调查，测定其中的粪大肠菌群数，并对结果进行了对照分析。年分别为 个，个，个，个。实验结果表明：总体上所测水样粪大肠菌群数值均远超湖泊类水质指标 个，特别是 年大肠菌群数相比 年高出 ，年则有所下降，查阅年来黄家湖区域降雨量及周边功能区变化资料，初步分析了大肠菌群的污染来源，以及 年出现峰值和 年下降的原因，为黄家湖水体污染控制和污染治理提供一定参考。关键词：黄家湖；大肠菌群数；污染评价；成因分析中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：，：；引言武汉素有“百湖之城”的美誉，湖泊对于城市气候调节、雨洪调蓄、景观营造以及生态环境修复至关重要。黄家湖是武汉市以地铁小镇为特色打造公园式湖景的重要一环，黄家湖位于武汉市武昌三环线以南，汤逊湖绿楔和青菱湖绿楔版块之间，黄家湖西部和北部属洪山区，东部和南部属江夏区。水域面积 （洪山区 ，江夏区 ），汇水区面积 （洪 山 区 ，江 夏 区 ），岸线全长为 。周边分布有学校、医院、居民小区以及藕塘湿地公园等，区域雨水通过市政管网汇集、地表径流汇入湖泊调蓄，然后通过港渠进入直排区，非汛期经陈家山闸、海口闸及江南闸自排出长江，汛期经汤逊湖泵站及江南泵站抽排出长江，湖区位置及周边功能区域如图所示。武汉市湖泊规DOI:10.16663/ki.lskj.2022.24.008魏桃员，等：黄家湖水体大肠菌群数变化趋势及成因分析环境与安全划局规划显示黄家湖已然从以往的渔业湖泊转为景观湖泊，目标用水水质近期为类，远期为类，但黄家湖水体一直受污染严重、水质较差。黄家湖水体的主要污染源来自工业废水和生活污水。病原体随工业和生活污水进入水体，最终可能导致介水传染病的传播和流行。为此，通过对黄家湖湖水进行水质卫生监测，以期查明现状，防患于未然。黄家湖水体污染对黄家湖湿地生态及其周围的环境影响很大，尤其是影响水生生物的多样性。保护该湿地的生态及综合整治水环境是改善黄家湖水质的重要因素。大肠杆菌、氨化细菌和亚硝化细菌可以作为夏季总氮污染的主要指标微生物，通过 年黄家湖水质大肠菌群数监测，评价水污染改善状况，为黄家湖水质的改善提高、武汉水环境的保护治理提供一定的理论指导和参考。图黄家湖区位置及周边功能区示意 材料与方法 材料（）无菌采水器：灭菌采样瓶。（）培养基：乳糖蛋白胨培养基；三倍浓缩乳糖蛋白胨培养基；培养基。（）检验试剂：革兰氏染色剂（结晶紫染液、碘液、沙黄复染液等）。（）其他材料：酒精无菌水、接种环、普通光学显微镜等。方法该实验项目是武汉科技大学给排水科学与工程专业本科生 水处理微生物学 创新实验之一，连续年从学校附近黄家湖水体同一区域采集水样进行大肠菌群测定。实验分为个小组采用相同水样和试验方法获得个数据，用平均值作为实验结果。在此基础上进行分析和总结。水样采集方法水样采集依照 地表水和污水检测技术规范（）进行，年，每年的 月中下旬，在离岸，距水面 处对黄家湖水进行采样，采样点如图所示，并对采集的水样马上进行大肠菌群总数测定。大肠菌群总数测定大肠菌群总数测定：采用多管发酵法（法），实验分步进行。（）预备实验：将水样用十倍稀释法稀释到，取，稀释液，用每个稀释水样做多管发酵实验，组学生同时开展平行实验。（）乳糖多管发酵法：取各个稀释浓度的黄家湖水样用多管发酵实验进行大肠杆菌检测，混匀后置于 恒温培养箱中培养，观察产酸产气结果，同时产酸产气者初步认定可能为大肠菌群阳性，进一步开展以下实验确定。（）培养检测法：将上述阳性样品用涂布法接种至高压蒸汽灭菌（灭菌 ）的固体培养皿上 恒温培养箱中培养，菌落表面产生深绿色金属光泽者可能为大肠菌群阳性。（）革兰氏鉴别染色法：采集上述阳性样品制作玻片，进行革兰氏鉴别染色，吸干水后在显微镜油镜下观察菌体形态及其颜色，粉红色即为大肠菌群。经以上步实验确定为阳性的水样记为大肠菌群阳性。最大概率计数法根据、水样的大肠菌群阳性管数，查“最可能数（）表”，得 水样中大肠菌群的最可能数，再换算成水样中总大肠菌群数，并计算组平行实验所得结果的平均值，以平均值作为最终实验结果，。结果与分析 大肠菌群总数测定结果选取的黄家湖采样点水体大肠菌群数如表表所示。年分别为 个，个，个，个。计算得年平均值为 个，指示水体受粪便污染严重，水体景观用途受限，严重影响武汉市水环境和资源利用。以 湖泊地表水环境质量标准（）、类水质规定的大肠菌群数为基准，建立大肠菌群数变化图（图），可以看出 年 月绿 色 科 技（）第 期 年大肠菌群数值不断增高，在 年达到峰值，低于类标准，而在 年，大肠菌群数测定值骤减，相比 年降低了 。表 年秋季黄家湖水粪大肠菌群数样品编号 年阳性管数 值（个）平均值 表 年秋季黄家湖水粪大肠菌群数样品编号 年阳性管数 值（个）平均值 表 年秋季黄家湖水粪大肠菌群数样品编号 年阳性管数 值（个）平均值 表 年秋季黄家湖水粪大肠菌群数样品编号 年阳性管数 值（个）平均值 图 年秋季黄家湖水粪大肠菌群数变化 结果及成因分析黄家湖近期规划水质为类，远期规划水质为类，湖水主要用途为景观用水，周围规划有湿地公园，但从水体大肠菌群数方面来看，水体质量与期望水质相差甚远。农村生活、农业种植、畜禽养殖、水产养殖和城市地表径流是湖周边的主要污染来源，影响黄家湖水体水质的因素有以下几方面。面源污染（）黄家湖周边有大量的农田、鱼塘及藕塘。农业污染源主要来自农业生产过程中使用的杀虫剂、肥料以及除草剂等，农田表现出的面源污染主要体现在农田农业开发方式、农业灌溉行为和施用肥料上。农田沿黄家湖四周散落布置，农田排水也不具备系统性和集中性，富含氮、磷的养殖尾水排放到周围水体，对黄家湖水域造成污染，使水体富营养化，为大肠菌群的增值提供了有利条件。此外在黄家湖靠近大学城一侧的大型鱼塘，在暴雨季节时，水位上涨，鱼塘内水位升高引起污染物倒灌至湖内。鱼塘底土壤有机物浓度高，且存在大量鱼类等畜禽类粪便，是导致黄家湖水质下降及大肠菌群数超标的元凶。（）地表径流。在 年，大肠菌群数测定值达到峰值 个，较 年增长了 ，增幅较大。这与 雨水径流量突然急剧增多相关。武汉市水资源公报 显示，年黄家湖区域降雨量达到 ，高于 年的 ，年的 ，相比 年增幅达到 。雨水径流是大肠菌群、人类粪便污染标志物和人类病原体的重要传输系统，黄家湖湖区范围无降雨初期的收集处理措施，雨水对于地表的冲刷，使得地表径流携带丰富的生活污染物，工、农业污染有机物等进水水体，水体水质恶化严重，大肠菌群数增加。点源污染点源污染主要来自黄家湖沿线道路施工以及各建筑工地的排放。地铁施工中的污水如洞内漏水、废浆、施工机械漏油以及工地的生活污水，如排放不当，都会引起地下水污染。此外，施工中的建筑垃圾，通过降水淋滤，也可能渗入地下使水质恶化。地下水水质恶化也会造成周边湖泊水质恶化。黄家湖近几年发展迅速，依托武汉市地铁小镇规划，以及地铁号线，号线、号线、环黄家湖道路等的开发投入，周边地区施工不断，这也是黄家湖水质受严重污染的因素之一，尤其是靠大学城一侧湖区，开发利用不断，而水环境污染并未得到监督与管理，水体污染恶化也自然发生。在建筑物施工中产生的水污染主要是施工人员的生活污水和生产作业过程中冲洗、浸泡、溢流和水管泄漏等形成的施工污水。各种各样的施工场的粗犷运营，极易导致污染，一是施工过程工人的日常生活排放污染物以及各类建筑材料不可避免地对水体造成污染；二是一些施工项目工期很长，而施工方在停工期间对建筑场地未采取有效保护措施造成水体污染。如部分施工场地本就对湖边生态有所破坏，并且在停工期间任由水泥等易污染水体建材搁置，导致湖水生态受到极大影响，水体水质受到严重污染。自身水体因素黄家湖历史上曾被作为渔业用水而规划使用，有魏桃员，等：黄家湖水体大肠菌群数变化趋势及成因分析环境与安全较大规模的畜禽养殖，农业养殖需施用大量氮、磷等植物营养元素，因此水体底泥中富集了一定程度的营养盐类，这些底泥在水体搅动等情况下也会逐渐向水体释放营养盐类，水体本身呈现富营养化状态，加之畜禽类粪便的大量排放，也是黄家湖水体大肠菌群数指标一直处于高位的直接影响因素。常年的渔业、畜禽养殖，大量的饵料、肥料等被投入湖水中，使得黄家湖水体生态结构早已发生变化，为大肠菌群的增殖提供了较优良环境。年大肠菌群数降低的原因分析 年大肠菌群数明显降低与污水厂一级 提标改造导致排入污染源减少密切相关。武汉黄家湖污水处理厂三期扩建项目工程 年月 日正式通水，所排放的尾水水质按最高标准一级标排放，可以实现“排放水质能养鱼”的效果。经过一级 提标改造后，各污染物去除效率显著提 高，出 水 各 污 染 物 指 标 均 有 较 大 幅 度 下 降。、和指标都有着较大的下降幅度。并且随着污水厂扩建与排放标准提高，污水厂实际处理水量将会增大，最终达到了进水量上升和出水污染浓度降低，污染总量减少的效果。一方面，黄家湖污水厂一级 标提升至一级 标，排放污水中的大肠杆菌数量也由标的 个降低至 标的 个，因此排入黄家湖水体的大肠杆菌数量也将直接减少。另一方面水厂出水水质提高，污水厂排放至黄家湖水体内营养物质的总量减少，从而减轻了水体的富营养化程度，使水体内大肠菌群的增殖受到限制，大肠菌群数下降。结论与讨论（）年，黄家湖水中大肠菌群数峰值为 个，谷值为 个，平均值为 个，水体水质属于劣类至类。（）黄家湖周边施工地较多，分布较广，同时有许多农田，鱼塘藕塘等，这些都是导致黄家湖水体水质大肠菌群总数超标的重要污染物来源。（）在 年，总大肠菌群数达到峰值，水体受粪便污染最为严重，与当年的降雨量反常骤增有密切关系。（）在 年，大肠菌群数处于年最低值 个，这与当年黄家湖污水厂提标改造完成有一定关系。黄家湖作为远期的景观规划湖泊，其目标水质为类，就目前而言还远难以实现。针对提升湖水整体水质，提出以下建议：控制点源污染。需加强湖边房地产开发、土地建设的监督管理，保护沿岸的水生态环境，建设单位应以更高的环境保护化施工措施完成施工管理，严格控制建材堆放，重视工地污废水处置等问题，防止施工过程污染黄家湖湖水；控制面源污染。对于黄家湖旁边存在的各类农田、渔业养殖塘、藕塘等应集中开展整治，农田应控制肥料的使用，倡导以低影响开发模式运营，推进黄家湖水体生态结构的优化，降低并稳定水中氮、磷元素含量，抑制粪大肠菌群增殖；加强湖边基础设施的建设与优化。减少雨洪初期的地表径流量，将初期雨水收集并以雨污分流系统处理，防止含有污染物的雨水流入水体，造成大肠菌群大量增殖。参考文献：武汉市城市防洪勘测设计院有限公司武汉市黄家湖湖泊保护详细规则（）：张志红，于一尊，黄江丽，等鄱阳湖湖区主要微生物生理群数量与环境因子关系研究生态环境学报，（）：陈志英，周俊，陈雪芬粪大肠菌群检验初发酵与复发酵的结果比较广东化工，（）：朱红艳，安然，邢宜，等革兰氏快速染色法在石蜡切片病理诊断中的应用诊断病理学杂志，（）：，国家环境保护总局 地表水和污水检测技术规范 北京：中国环境科学出版社，：何绍江，徐达武昌狮子山周边湖水的细菌检测华中农业大学学报，（）：中华人民共和国水利部水质粪大肠菌群的测定：多管发酵法：北京：中华人民共和国水利部，顾夏声，胡洪营，文湘华，等水处理生物学 版北京：中国建筑工业出版社，魏桃员，郭绍东，谢世伟，等新工科背景下的水处理微生物学课程教学改革研究实验科学与技术，（）：国家环境保护总局 地表水环境质量标准：北京：国家环境保护局，杨水化，彭正洪，焦洪赞，等城市富