水源地水體營養化成因及對策分析

曹春明

【摘要】以吳江市東太湖應急備用水源地工程為例，主要講述了水源地水體營養化成因及對策。

【關鍵詞】水體富營養化；成因；技術措施；控制措施

1. 概述

吳江市東太湖應急備用水源地工程位于原吳江市橫扇鎮，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）建成一個蓄水區作為吳江市的應急備用水源地。常水位時蓄水區內水面366.7萬m2，蓄水量為751.5萬m3?？蓾M足吳江市居民生活用水和特別工業用水14天的用水需求，為水污染突發事件提供了可靠的應急手段，是保障應急供水水質和水量、促進經濟又好又快發展和保障社會穩定的重要工程措施之一。應急水源地需封閉運行14天左右，在此期間，需基本保障蓄水區內水質維持Ⅲ類水水質，以滿足應急供水的需求，而水體的營養化是影響水質的根本因素。

2. 水體富營養化成因

根據水體富營養化的藻類水華爆發的相關研究資料表明，水體富營養化形成的原因和條件主要有以下幾個方面：

2.1營養元素。

營養元素（特別是氮和磷）是形成蓄水區水體富營養化的重要條件。根據Leibig最小值定律，生物的生長決定于外界供給它所需養分中數量最少的那一種。通過藻類原生質組成的分析，其主要組成元素的比例為 ，因此，藻類生長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繁殖速度和富營養化程度。

2.2光照。

光是決定水體中綠色植物分布、生長的主要條件，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、光補償面和深水帶。富光帶內植物光合作用的放氧量超過呼吸作用的耗氧量，水體中的溶解氧量較高；深水帶內植物呼吸作用的耗氧量超過光合作用的放氧量，水體中溶解氧量較少；光補償面的光照強度大約為全光照強度的1%，光合作用產生的氧和呼吸作用消耗的氧基本相當。因此，水體中的光照強弱、水生植物光合作用的強弱直接影響水體的富營養化。

2.3溫度。

（1）水體溫度的時間變化（季節、晝夜）形成水體的運動，是影響水中氧和營養物質的垂直運動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養物質都不能交換，春、秋季由于上下層水體溫度不均勻而產生對流，氧氣和營養物質都得以相互補充。

（2）此外，溫度升高顯著提高了水生生物的初級生產率，這也是水體中浮游植物短時間大量暴發的機制之一。

2.4水動力條件。

水動力條件是影響水體富營養化進程的重要因素，當營養鹽、水溫等富營養化條件滿足的情況下，水動力條件有可能成為水體富營養化發生的制約因子。

3. 目前對富營養化和水華控制的主要技術措施

（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；以及基于內源性污染消減的清淤、營養鹽鈍化、底層曝氣、稀釋沖刷、調節湖水氮磷比、覆蓋底部沉積物及絮凝沉降等一系列措施。

（2）控制和改變環境條件：主要是通過引清調水，稀釋水體中的營養鹽和藻類，也可改變水體的流速抑制藻類的生長和聚集。

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

（4）隨著人們對水污染過程及其內在機理認識的不斷深入，生物調控也成為內源性富營養化控制的常用技術之一，包括恢復水生植被、通過調控或投放浮游動物、食魚性或食浮游生物魚類及微生物制劑等來控制藍藻水華。由于湖泊的富營養化類型復雜多樣，許多時候單純的生物調控在控制藍藻水華的效果方面往往缺乏長期持續性。

（5）綜合上述各項技術對富營養化水體的治理來看，單純的某一種技術或單項措施是無法長期有效地控制藍藻水華的發生，因為，富營養化問題不是一個簡單的水體污染問題，而是生態系統失調問題，是生態系統的結構功能在人類活動的干預下發生了重大變化后出現的一種生態災害。建立良性自循環的健康水生態系統，是控制湖泊富營養化、藍藻水華暴發，改善水質的重要途徑。

（6）根據應急水源地的水質保障要求及運行情況，應急水源地需長期保持水源地水質水平，上述4種措施中的引清調水、化學殺滅及機械打撈等措施均為短期措施，不宜作為應急水源地的長期水質維持措施；生態保障措施采取構建良性水生生態系統及控制外源污染的輸入作為工程主要的保障措施。

4. 營養鹽的主要控制措施

根據應急水源工程的現狀情況及工程設計條件，對于影響富營養化的4個主要因素中營養元素、光照及水動力條件在一定程度上是工程設計可以控制的，溫度屬于工程設計不可控因素，因此生態保障措施主要在營養鹽的控制上，同時結合工程設計控制應急水源的光照及水動力條件。營養鹽的控制包括內源控制、外源控制以及營養鹽的生物操控。

（1）外源污染物控制。

應急水源封閉運行時，與東太湖其他水域隔離，主要的外源營養鹽的輸入來自降水降塵及陸域的輸入，因此需對上述營養鹽輸入進行控制，利用植物緩沖帶消納是較好的方法，故蓄水區內設置相應的緩沖帶及緩沖濕地。

（2）內源污染物控制。

應急水源封閉運行后主要的內源污染來自于底泥中營養鹽的釋放，因此采取調控蓄水區的水位，增加水生植物的覆蓋率等控制措施，減少底泥中營養鹽的釋放。

（3）生物操控技術。

生物操控技術的目的在于在控制營養鹽濃度、水位水深及水動力條件的基礎上，通過生物修復及調控，構建良性的水生生態系統，通過良性的水生生態抑制藍藻的爆發，保障水質。生物操控技術包括水生植物的恢復控制、底棲動物恢復控制、魚類的控制及食藻蟲技術，保障水質。

5. 應急措施

東太湖附近有航道，意外事故有可能造成外來污染源的輸入、水質惡化、水華爆發或單一種水生植物瘋長而造成水體景觀和水生態系統破壞的情況，應采取有效措施應急處理，但要注意防止造成水體新的污染。一方面，通過生態凈化工程的運行調度，將蓄水區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、化學及生物措施盡快恢復水質，如混凝沉淀、物理吸附法、氣浮法、生物法、人工曝氣等應急措施。在工程開閘運行時刻可綜合運用物理措施、化學措施及生物措施；在工程關閘運行時應主要運用生物措施，適當結合物理措施，保障供水安全。

5.1有機改性粘土噴射法。

（1）有機改性粘土（如高嶺土、蒙脫土等）噴射的應急措施，目前是國際上（如韓國、美國）廣泛采用的赤潮預防治理措施之一。通過向水中投加高嶺土、蒙脫土等有機改性粘土，它們在水中分散形成大量的懸浮顆粒，顆粒之間及顆粒與藻細胞之間通過重力差異性沉降、布朗運動、水流切應力等作用發生碰撞聚集，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，近兩年來成功應用于南京玄武湖藍藻水華的現場應急處置，保障了“全國十運會水上項目”的順利進行，產生了顯著的社會效益，為國內外相關研究和應用提供重要參考。

5.2物理吸附法。

物理吸附技術主要是利用多孔性的固體物質使水體中的一種或多種物質被吸附在固體表面而去除的方法。富營養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|（如木材、煤）作原料，經高溫炭化和活化而制成的疏水性吸附劑，其比表面積可達500～1700m2/g，主要吸附對象是水體中的氮磷或有機物。天然沸石在自然界廣為存在，對水體中的氨氮具有較強的吸附作用，經過改性處理后的沸石的吸附能力還可進一步加強。物理吸附作用的去除對象主要是有機物、無機氮，對于封閉的微污染水體的去除率在40%以上，同時對水體中的鐵、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。微生物是降解廢物、廢水的主力軍，利用經過遺傳工程改造的微生物將成為治理環境污染、保持生態平衡的最有效的方法。

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

（3）微生物技術適合封閉緩流水體，投資少，見效快，操作簡單，通常在在藻類大量暴發前使用。

5.4人工復氧。

在水體中采用機械方法進行曝氣和促進水的流動，可起到防止底泥釋放磷，改善氧氣狀況，加強礦化作用，降低浮游植物光合作用等效果。例如，采用曝氣船為河底補充氧，使水與底泥界面之間不出現厭氧層，經常保持有氧狀態，這將有利于抑制底泥中磷的釋放，對水質的改善有利。

5.5食藻蟲控藻。

食藻蟲是一種功能上經過人工改良的濾食性枝角類，是經過馴化的浮游動物，它完全可以在各種惡劣的藻水環境中生長繁殖，比相應的野生枝角類個體要大得多（正常個體可達5.5～6.5mm）、食藻能力強許多，目前經過五年多的自然水體試驗證明：食藻蟲食藻效果十分顯著、自然環境穩定性良好、易于操控。食藻蟲可以直接以藍藻為食，且食藻蟲本身也可以為生態系統中其他生物所捕食，不會造成二次污染。

[文章編號]1619-2737（2013）06-22-688