曹春明

【摘要】以吳江市東太湖應(yīng)急備用水源地工程為例，主要講述了水源地水體營(yíng)養(yǎng)化成因及對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】水體富營(yíng)養(yǎng)化；成因；技術(shù)措施；控制措施

1. 概述

吳江市東太湖應(yīng)急備用水源地工程位于原吳江市橫扇鎮(zhèn)，利用東太湖圍墾圩子，將盛西圩、盛東圩（部分）、老太湖西圩和老太湖東圩（部分）建成一個(gè)蓄水區(qū)作為吳江市的應(yīng)急備用水源地。常水位時(shí)蓄水區(qū)內(nèi)水面366.7萬(wàn)m2，蓄水量為751.5萬(wàn)m3。可滿(mǎn)足吳江市居民生活用水和特別工業(yè)用水14天的用水需求，為水污染突發(fā)事件提供了可靠的應(yīng)急手段，是保障應(yīng)急供水水質(zhì)和水量、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展和保障社會(huì)穩(wěn)定的重要工程措施之一。應(yīng)急水源地需封閉運(yùn)行14天左右，在此期間，需基本保障蓄水區(qū)內(nèi)水質(zhì)維持Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)，以滿(mǎn)足應(yīng)急供水的需求，而水體的營(yíng)養(yǎng)化是影響水質(zhì)的根本因素。

2. 水體富營(yíng)養(yǎng)化成因

根據(jù)水體富營(yíng)養(yǎng)化的藻類(lèi)水華爆發(fā)的相關(guān)研究資料表明，水體富營(yíng)養(yǎng)化形成的原因和條件主要有以下幾個(gè)方面：

2.1營(yíng)養(yǎng)元素。

營(yíng)養(yǎng)元素（特別是氮和磷）是形成蓄水區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要條件。根據(jù)Leibig最小值定律，生物的生長(zhǎng)決定于外界供給它所需養(yǎng)分中數(shù)量最少的那一種。通過(guò)藻類(lèi)原生質(zhì)組成的分析，其主要組成元素的比例為 ，因此，藻類(lèi)生長(zhǎng)繁殖主要決定于氮和磷，特別是磷，磷含量的高低決定著藻類(lèi)繁殖速度和富營(yíng)養(yǎng)化程度。

2.2光照。

光是決定水體中綠色植物分布、生長(zhǎng)的主要條件，它決定于水體的透明度。按照光亮的垂直分布，可以把水體分為富光帶、光補(bǔ)償面和深水帶。富光帶內(nèi)植物光合作用的放氧量超過(guò)呼吸作用的耗氧量，水體中的溶解氧量較高；深水帶內(nèi)植物呼吸作用的耗氧量超過(guò)光合作用的放氧量，水體中溶解氧量較少；光補(bǔ)償面的光照強(qiáng)度大約為全光照強(qiáng)度的1%，光合作用產(chǎn)生的氧和呼吸作用消耗的氧基本相當(dāng)。因此，水體中的光照強(qiáng)弱、水生植物光合作用的強(qiáng)弱直接影響水體的富營(yíng)養(yǎng)化。

2.3溫度。

（1）水體溫度的時(shí)間變化（季節(jié)、晝夜）形成水體的運(yùn)動(dòng)，是影響水中氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的垂直運(yùn)動(dòng)和在各層分布的因素。在湖泊中，夏季表層增溫，表層水漂浮在冷水之上，上下不易混合。冬季表層水溫低于4℃或者結(jié)冰，冷水和冰密度小，浮在暖水之上。因此，夏、冬季水體的上下層氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都不能交換，春、秋季由于上下層水體溫度不均勻而產(chǎn)生對(duì)流，氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都得以相互補(bǔ)充。

（2）此外，溫度升高顯著提高了水生生物的初級(jí)生產(chǎn)率，這也是水體中浮游植物短時(shí)間大量暴發(fā)的機(jī)制之一。

2.4水動(dòng)力條件。

水動(dòng)力條件是影響水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的重要因素，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)鹽、水溫等富營(yíng)養(yǎng)化條件滿(mǎn)足的情況下，水動(dòng)力條件有可能成為水體富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的制約因子。

3. 目前對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化和水華控制的主要技術(shù)措施

（1）基于外源性污染控制的截污、污水改道、污水脫氮除磷的處理、削減生活污水中磷的排放等；以及基于內(nèi)源性污染消減的清淤、營(yíng)養(yǎng)鹽鈍化、底層曝氣、稀釋沖刷、調(diào)節(jié)湖水氮磷比、覆蓋底部沉積物及絮凝沉降等一系列措施。

（2）控制和改變環(huán)境條件：主要是通過(guò)引清調(diào)水，稀釋水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽和藻類(lèi)，也可改變水體的流速抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)和聚集。

（3）控制藻類(lèi)的異常生長(zhǎng)：可采用化學(xué)殺滅和絮凝劑（如硫酸銅、明礬、石灰等）方法，以達(dá)到殺藻、促磷沉淀和脫氮等治理措施，往往投入花費(fèi)大，并易造成二次污染；另一應(yīng)急措施是用機(jī)械方法收獲湖水中大量的藻類(lèi)。機(jī)械法可在短期內(nèi)快速有效地去除湖水中的藻類(lèi)及藻華，但往往需要耗費(fèi)大量的勞力和能量。

（4）隨著人們對(duì)水污染過(guò)程及其內(nèi)在機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深入，生物調(diào)控也成為內(nèi)源性富營(yíng)養(yǎng)化控制的常用技術(shù)之一，包括恢復(fù)水生植被、通過(guò)調(diào)控或投放浮游動(dòng)物、食魚(yú)性或食浮游生物魚(yú)類(lèi)及微生物制劑等來(lái)控制藍(lán)藻水華。由于湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化類(lèi)型復(fù)雜多樣，許多時(shí)候單純的生物調(diào)控在控制藍(lán)藻水華的效果方面往往缺乏長(zhǎng)期持續(xù)性。

（5）綜合上述各項(xiàng)技術(shù)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理來(lái)看，單純的某一種技術(shù)或單項(xiàng)措施是無(wú)法長(zhǎng)期有效地控制藍(lán)藻水華的發(fā)生，因?yàn)?，富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題不是一個(gè)簡(jiǎn)單的水體污染問(wèn)題，而是生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)問(wèn)題，是生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能在人類(lèi)活動(dòng)的干預(yù)下發(fā)生了重大變化后出現(xiàn)的一種生態(tài)災(zāi)害。建立良性自循環(huán)的健康水生態(tài)系統(tǒng)，是控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化、藍(lán)藻水華暴發(fā)，改善水質(zhì)的重要途徑。

（6）根據(jù)應(yīng)急水源地的水質(zhì)保障要求及運(yùn)行情況，應(yīng)急水源地需長(zhǎng)期保持水源地水質(zhì)水平，上述4種措施中的引清調(diào)水、化學(xué)殺滅及機(jī)械打撈等措施均為短期措施，不宜作為應(yīng)急水源地的長(zhǎng)期水質(zhì)維持措施；生態(tài)保障措施采取構(gòu)建良性水生生態(tài)系統(tǒng)及控制外源污染的輸入作為工程主要的保障措施。

4. 營(yíng)養(yǎng)鹽的主要控制措施

根據(jù)應(yīng)急水源工程的現(xiàn)狀情況及工程設(shè)計(jì)條件，對(duì)于影響富營(yíng)養(yǎng)化的4個(gè)主要因素中營(yíng)養(yǎng)元素、光照及水動(dòng)力條件在一定程度上是工程設(shè)計(jì)可以控制的，溫度屬于工程設(shè)計(jì)不可控因素，因此生態(tài)保障措施主要在營(yíng)養(yǎng)鹽的控制上，同時(shí)結(jié)合工程設(shè)計(jì)控制應(yīng)急水源的光照及水動(dòng)力條件。營(yíng)養(yǎng)鹽的控制包括內(nèi)源控制、外源控制以及營(yíng)養(yǎng)鹽的生物操控。

（1）外源污染物控制。

應(yīng)急水源封閉運(yùn)行時(shí)，與東太湖其他水域隔離，主要的外源營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入來(lái)自降水降塵及陸域的輸入，因此需對(duì)上述營(yíng)養(yǎng)鹽輸入進(jìn)行控制，利用植物緩沖帶消納是較好的方法，故蓄水區(qū)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的緩沖帶及緩沖濕地。

（2）內(nèi)源污染物控制。

應(yīng)急水源封閉運(yùn)行后主要的內(nèi)源污染來(lái)自于底泥中營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，因此采取調(diào)控蓄水區(qū)的水位，增加水生植物的覆蓋率等控制措施，減少底泥中營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放。

（3）生物操控技術(shù)。

生物操控技術(shù)的目的在于在控制營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、水位水深及水動(dòng)力條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)生物修復(fù)及調(diào)控，構(gòu)建良性的水生生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)良性的水生生態(tài)抑制藍(lán)藻的爆發(fā)，保障水質(zhì)。生物操控技術(shù)包括水生植物的恢復(fù)控制、底棲動(dòng)物恢復(fù)控制、魚(yú)類(lèi)的控制及食藻蟲(chóng)技術(shù)，保障水質(zhì)。

5. 應(yīng)急措施

東太湖附近有航道，意外事故有可能造成外來(lái)污染源的輸入、水質(zhì)惡化、水華爆發(fā)或單一種水生植物瘋長(zhǎng)而造成水體景觀和水生態(tài)系統(tǒng)破壞的情況，應(yīng)采取有效措施應(yīng)急處理，但要注意防止造成水體新的污染。一方面，通過(guò)生態(tài)凈化工程的運(yùn)行調(diào)度，將蓄水區(qū)的受污染水體水體盡快排出；另一方面，可一系列采取采用物理、化學(xué)及生物措施盡快恢復(fù)水質(zhì)，如混凝沉淀、物理吸附法、氣浮法、生物法、人工曝氣等應(yīng)急措施。在工程開(kāi)閘運(yùn)行時(shí)刻可綜合運(yùn)用物理措施、化學(xué)措施及生物措施；在工程關(guān)閘運(yùn)行時(shí)應(yīng)主要運(yùn)用生物措施，適當(dāng)結(jié)合物理措施，保障供水安全。

5.1有機(jī)改性粘土噴射法。

（1）有機(jī)改性粘土（如高嶺土、蒙脫土等）噴射的應(yīng)急措施，目前是國(guó)際上（如韓國(guó)、美國(guó)）廣泛采用的赤潮預(yù)防治理措施之一。通過(guò)向水中投加高嶺土、蒙脫土等有機(jī)改性粘土，它們?cè)谒蟹稚⑿纬纱罅康膽腋☆w粒，顆粒之間及顆粒與藻細(xì)胞之間通過(guò)重力差異性沉降、布朗運(yùn)動(dòng)、水流切應(yīng)力等作用發(fā)生碰撞聚集，最后在重力作用下沉降于水底，從而消除水面水華。

（2）在我國(guó)，近兩年來(lái)成功應(yīng)用于南京玄武湖藍(lán)藻水華的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置，保障了“全國(guó)十運(yùn)會(huì)水上項(xiàng)目”的順利進(jìn)行，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益，為國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究和應(yīng)用提供重要參考。

5.2物理吸附法。

物理吸附技術(shù)主要是利用多孔性的固體物質(zhì)使水體中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。富營(yíng)養(yǎng)化防治中用得較多的是活性炭吸附與沸石吸附?；钚蕴渴怯煤繛橹饕奈镔|(zhì)（如木材、煤）作原料，經(jīng)高溫炭化和活化而制成的疏水性吸附劑，其比表面積可達(dá)500～1700m2/g，主要吸附對(duì)象是水體中的氮磷或有機(jī)物。天然沸石在自然界廣為存在，對(duì)水體中的氨氮具有較強(qiáng)的吸附作用，經(jīng)過(guò)改性處理后的沸石的吸附能力還可進(jìn)一步加強(qiáng)。物理吸附作用的去除對(duì)象主要是有機(jī)物、無(wú)機(jī)氮，對(duì)于封閉的微污染水體的去除率在40%以上，同時(shí)對(duì)水體中的鐵、錳、砷、硫酸鹽也具有一定的吸附效果。

5.3生物法。

（1）生物法是利用微生物的作用改善水質(zhì)。微生物是降解廢物、廢水的主力軍，利用經(jīng)過(guò)遺傳工程改造的微生物將成為治理環(huán)境污染、保持生態(tài)平衡的最有效的方法。

（2）如硝化細(xì)菌可去碳去氮、殺滅病毒、降解農(nóng)藥、絮凝水體重金屬及有機(jī)碎屑，能將硝酸鹽反硝化成NO2和N2，它在消解碳系、氮系等有機(jī)污染時(shí)，也可消解有機(jī)污泥。嗜烴菌可短時(shí)間吞吃大部分油污，使其轉(zhuǎn)化為二氧化碳和菌體蛋白。光合細(xì)菌能夠利用水中殘留的有機(jī)物（或H2S、NH3等）作為氫的供體進(jìn)行光合作用，減少分解水中的有害物質(zhì)，起到改善水質(zhì)，相對(duì)提高溶氧量的作用。

（3）微生物技術(shù)適合封閉緩流水體，投資少，見(jiàn)效快，操作簡(jiǎn)單，通常在在藻類(lèi)大量暴發(fā)前使用。

5.4人工復(fù)氧。

在水體中采用機(jī)械方法進(jìn)行曝氣和促進(jìn)水的流動(dòng)，可起到防止底泥釋放磷，改善氧氣狀況，加強(qiáng)礦化作用，降低浮游植物光合作用等效果。例如，采用曝氣船為河底補(bǔ)充氧，使水與底泥界面之間不出現(xiàn)厭氧層，經(jīng)常保持有氧狀態(tài)，這將有利于抑制底泥中磷的釋放，對(duì)水質(zhì)的改善有利。

5.5食藻蟲(chóng)控藻。

食藻蟲(chóng)是一種功能上經(jīng)過(guò)人工改良的濾食性枝角類(lèi)，是經(jīng)過(guò)馴化的浮游動(dòng)物，它完全可以在各種惡劣的藻水環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖，比相應(yīng)的野生枝角類(lèi)個(gè)體要大得多（正常個(gè)體可達(dá)5.5～6.5mm）、食藻能力強(qiáng)許多，目前經(jīng)過(guò)五年多的自然水體試驗(yàn)證明：食藻蟲(chóng)食藻效果十分顯著、自然環(huán)境穩(wěn)定性良好、易于操控。食藻蟲(chóng)可以直接以藍(lán)藻為食，且食藻蟲(chóng)本身也可以為生態(tài)系統(tǒng)中其他生物所捕食，不會(huì)造成二次污染。

[文章編號(hào)]1619-2737（2013）06-22-688