以“食藻蟲”為引導生態修復富營養化水體技術介紹及工程應用

陳晶晶

（上海太和水環境科技發展有限公司 上海 200433）

1 引言

水體富營養化是指在人類活動的影響下，生物所需氮、磷等營養物質大量進人湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡的現象。在自然條件下，隨著河流夾帶沖擊物和水生生物殘骸在湖底不斷沉降淤積，湖泊也會從貧營養湖過渡為富營養湖，進而演變為沼澤和陸地，不過這種自然過程極為緩慢。而在現代工業生產、日常生活中，人類日趨頻繁的對環境資源進行開發及利用，各行業發展迅速，大量的含氮磷的物質進入水體，并隨著水體的流動，在湖泊中富集，導致富營養化大面積的出現，水體富營養化在短時間內出現。水體富營養化是一個緩慢和難以逆轉的過程，是全人類面臨的難題。一方面它會威脅水生態系統的平衡，導致其結構的變化和功能的退化；另一方面富營養化的水體對生產、生活帶來很大危害。根據環境保護部發布的《2013年中國環境狀況公報》，2013年，我國湖泊富營養、中營養和貧營養的湖泊（水庫）比例分別為27.8%、57.4%和14.8%，主要污染指標為總磷、化學需氧量和高錳酸鹽指數。

2 常用水體富營養化防治對策

富營養化的防治是水污染處理中最為復雜和困難的問題，至今無單一的生物、化學和物理措施能徹底去除污水中的N和P，通常較高的常規二級生化處理法只能去除30-50%的N和P。我國水污染問題長期倍受重視，近年來國家投入大量資金，采取多種辦法進行污水治理。

2.1 底泥疏浚

氮和磷在湖底存在著沉積、吸附、解吸和釋放的可逆過程，兩者在生物與環境之間進行著吸收利用和分解礦化的循環。底泥疏浚主要是清除淤泥表層的藍藻及其它污染物，以快速實現富營養化水體中藻類孢子和N、P營養物質的去除。本技術屬短期應急處理，無法實現水體水質的長期凈化目標，另外底泥疏浚過程中將產生惡臭等二次污染，疏浚底泥后續處理仍是亟需解決的問題。

2.2 引水調水

引水調水是指向富營養化水體中引入寡營養鹽、水質較好的水，沖刷置換湖內富營養水體。該方法不僅對富營養化水體中N、P等營養物質及藻類具有稀釋作用，而且能夠促使水體流動過程中藍藻的去除，如太湖2007年~2010年調水帶走藍藻干物質3.7×104t。但是引水調水工程效果不能長期保持，且該方法在北方等缺水地區的可行性較差。

2.3 絮凝沉淀法

在藻型富營養化水體中投加混凝劑，利用小絮體間的吸附及網捕作用形成較大絮體，最終使藻類等污染物沉淀去除。用在富營養化水體控制中的傳統混凝劑有鐵系混凝劑、鋁系混凝劑等。有研究提出天然物質絮凝劑粘土、殼聚糖、淀粉、纖維素具有良好的絮凝除藻效果。傳統除藻絮凝化學藥劑往往會造成二次污染，而且需不斷投加絮凝產品。

2.4 低頻超音波法

功率超聲在水體中空化效應產生的高壓、沖擊波、聲流和剪切力能夠有效破壞藻類的細胞結構。不少研究關于超聲波機械效應對銅綠微囊藻的即時去除，發現超聲波可以安全、高效地去除藻類。但是，也有研究指出，超聲波至今仍然不是控制和清除浮游藍藻的主要手段。在混凝除藻預處理中使用低頻超聲波，會造成細胞內藻毒素大規模釋放，同時超聲波對于該濃度的藻毒素基本沒有降解效果，最終將會導致水體中藻毒素的量持續上升。

2.5 水生動物操控

水生動物操控法，即利用水生動物間的捕食競爭關系，發揮水生動、植物之間相互依賴相互制約關系，構成穩定完善的生態食物鏈和食物網，控制水體富營養化。常用的水生動物有濾食性鰱、鳙魚，底棲動物環棱螺，蚌類，青蝦等。我國曾利用放養濾食性魚類鰱、鳙魚作為生物調控措施控制藍藻水華，并取得一定成效。但有研究認為，鰱魚主要濾取的是浮游動物、大型浮游植物和小型浮游植物群體，其攝食活動降低了微型浮游植物的捕食壓力，使其營養競爭對象減少，水體浮游植物的總生物量不但沒有下降反而有時增加。而且，鰱、鳙魚的消化道內沒有分解藍藻的酶，藻體在魚的腸道內并沒有完全死亡，其通過魚類糞便進入水體后很容易擴散，成為水體污染新的擴散源。

2.6 水生植物克藻作用

自20世紀80年代以來，我國許多專家學者對水花生、水浮蓮、水葫蘆、蘆葦、金魚藻、苦草等水生植物的克藻能力進行了大量研究并取得一定效果。然而，水生植物分泌的這種天然克藻物質的量很有限，被水稀釋后抑藻效果隨藻量的增多而失去有效作用，不能有效的緩解藍藻大規模暴發的局勢。此外、挺水、浮葉植物氧氣排放到大氣中，繼而引起底泥中營養鹽的大量釋放。而且挺水植物根系發達，生物量大，湖泊填平作用強，使得湖泊老化退化，且冬季枯萎的植物殘體遺留在水域會對水體造成二次污染。

3 以“食藻蟲”為引導生態修復富營養化水體技術

以食藻蟲為引導生態修復富營養化水體技術是一項綜合技術，它的基本思路是以食藻蟲吃藻控藻、濾食有機懸浮物顆粒等作為啟動因子，繼而引起各項生態系統恢復的連鎖反應：包括從底泥有益微生物恢復、底泥昆蟲蠕蟲恢復、底棲螺貝類恢復到沉水植物恢復、土著魚蝦類等水生生態系統恢復，最終實現水體的內源污染生態自凈功能和系統經濟服務功能。其核心技術原理包括：

（1）食藻蟲攝食消化水體中的藻類、有機顆粒和懸浮物，同時產生弱酸性的排泄物，進一步抑制水體藻類的生長；（2）水體藻類和懸浮物減少消失后水體透明度增加，光照可進入水底，促進水體底部沉水植物的生長，沉水植物與食藻蟲可形成良好的共生關系；（3）沉水植物可吸收大量水體中過多的氮磷等富營養物質；促進氮的硝化/反硝化及磷的沉降；形成水下森林抑制底質再懸浮等多種途徑達到水體生態自凈能力；（4）水生植物恢復后，由食藻蟲攜帶有益微生物向水體底部擴散，促進底泥氧化還原電位升高，有利于水生昆蟲和水生底棲生物的大量滋生，在水生植物共生作用下，形成底泥營養物質的封存和生態鏈自凈（物質能量的逐步吸收轉化）；（5）再逐步向水體中引入螺、貝、魚、蝦類等高級水生動物，食藻蟲和水生植物又可以被魚、蝦、螺、貝等高級水生動物吃掉，通過食物鏈把水體水中的氮、磷營養物質從水體中轉移出，徹底降低水體中的富營養化程度，長久維持景觀水體水質。

食藻蟲是一種經馴化改良的可控藍藻的低等甲殼浮游動物：大型溞(Daphniamagna)。能以水體中的藍綠藻、腐屑、懸浮物顆粒、有害菌類等作為主要的食物來源，可迅速提高水體透明度；其排泄物為弱酸性物質，可有效降低水體pH值，抑制藍藻的生長和繁殖；食藻蟲本身又是魚、蝦等水生動物所喜愛的食物，因此打通了食物鏈，實現了水體富營養化物質的資源化。另外，食藻蟲作為一種大型枝角類浮游動物，是一種廣布種，不存在外來物種入侵等風險。一般食藻蟲投放3天后即可顯著提高水體透明，迅速改善水下光照條件，為水下沉水植物群落的生長及生態系統構建提供條件。這徹底解決了在富營養化水體修復過程中，由于無法改善水下光照條件而不能快速有效的構建沉水植物群落及水生態系統的瓶頸問題。

此外，我司對水生植物進行了特種培育與改良，對部分沉水植物進行了抗污能力改良、耐熱性改良、耐寒性改良、耐弱光性改良，大大提高了沉水植被與水生動物對環境的適應性與極端不利條件下的承受性。其中，我司經過近7年的培育改良而成的一種沉水植物四季常綠矮苦草，具有耐低溫（>0°C）、耐弱光（196 lux）、耐污染（中水）、耐高溫（氣溫38°C）、耐鹽（5‰）等特點，其不開花不結籽，根、莖、葉發達，四季常綠，具有高效吸收氮磷等污染物、光合作用強的特點。改良四級常綠矮苦草解決了水生態修復過程中，常規沉水植物品種耐污染性能差不能存活，而耐污染品種又具有季節性、景觀效果較差的問題，是本公司另一項核心專利技術。

4 以“食藻蟲”為引導生態修復富營養化水體工程應用

以“食藻蟲為引導生態修復富營養化水體技術”為中國原創，世界首創，行業內唯一獲得美國發明專利的高科技成果，該技術已成功運用于多項國家級重點水治理項目及重大科技攻關項目中，如：云南省滇池國家水專項治理、江蘇省太湖水專項治理、國家“十一五”和“十二五”太湖水專項治理、北京圓明園、上海世博后灘、上海青草沙水庫等水域治理及修復。先后獲得上海市科技進步獎3次、上海市優秀工程咨詢成果獎2次及“美國年度最高設計獎——綜合景觀設計杰出獎”等。目前公司業務已遍布全國50多個省市，在華南、華東、西南等區域均處于領先地位，同時已成功開拓泰國、湯加王國等國家海外市場。

本水體生態修復技術已成功運用于200多項各類富營養化水體修復實際工程中。水體生態修復工程完成后，水體終年無藍藻、綠藻污染出現，透明度顯著增加，在2m的水深范圍內均可達到清澈見底，水質主要富營養指標在工程施工2個月后，無持續外來污染源情況下，能長期達到國家《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類。

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