湖泊富营养化的危害及其修复技术

摘 要：随着国民经济和社会的快速发展，我国的生态环境却是日益恶化。最新公布的《2010年中国环境状况公报》显示，我国湖泊（水库）富营养化问题突出，而且湖泊富营养化造成的危害是严重、深远的，因此，对富营养化湖泊进行修复已十分紧迫和必要。文章从物理、化学和生物-生态三个方面阐述了富营养化湖泊的修复技术，最后对富营养化湖泊修复技术的未来发展进行了展望。

关键词：湖泊；富营养化；危害；必要性；修复技术

中图分类号： K928.43 文献标识码： A 文章编号：

湖泊是重要的国土资源，具有多种功能：调节河川径流，提供农业灌溉、工业生产用水和饮用水水源，繁衍水生生物，沟通航运，改善区域生态环境以及开发矿产等，在国民经济的发展中发挥着重要作用，同时，湖泊及其流域是人类赖以生存的重要场所。但是，随着滇池、太湖、巢湖等爆发蓝藻危机，我国的湖泊富营养化问题日益严重，已到达不容小视的程度，中国环境保护部最新公布的《2010年中国环境状况公报》显示，我国湖泊（水库）富营养化问题突出，26个国控重点湖泊（水库）中，营养状态为重度富营养的1个，中度富营养的2个，轻度富营养的11个，富营养化已经成为普遍的水环境污染问题，严重影响到居民饮水、工农业生产和生态循环。

1 湖泊富营养化的危害

湖泊富营养化是由于水体中过量的营养物质积累，从而导致过高的生物生产力，同时伴随水质恶化、水体的生态变化，逐渐将水体转化为湿地、沼泽，进而丧失湖泊原有的功能，改变湖区的生态环境[1]。自然条件下湖泊富营养化是一个缓慢的过程，正是人类的活动加剧了该过程的发展，一旦发生湖泊富营养化，其造成的危害是严重且深远的。

1.1 危害水体生态系统

湖泊（水库）藻类的过度繁殖降低了水体的透明度，阻挡光线到达更深水层，导致水体深层的植物大量死亡，底层生物量锐减，同时，藻类在光合作用过程中，消耗大量二氧化碳，造成水体pH异常升高，严重影响水体中其他生物的生理活动，导致生物群落结构的改变。

藻类大量死亡分解，水体溶解氧被大量消耗，水体形成还原状态，生物分解产生大量甲烷、硫化氢等有害气体，系统内部环境恶化。

许多藻类生物分泌的藻毒素及死亡分解产生的有毒物质可使水生动物生理失调或者死亡。密集的藻类及其胞外物质可堵塞鱼、虾、贝及许多小型水生动物的呼吸和滤食器官，导致机械性窒息死亡。富营养化植物还竞争性消耗水体中的营养物质，并分泌一些抑制其他生物生长的化学信息素，造成水体中生物量增加，种类数量减少，系统内部的自我调节能力减弱。

由于富营养化生物的大量生长和繁殖，加速了水体中有机残骸、排泄物及其它悬浮颗粒的沉积；水体变浅，功能衰退，加快了湖泊的消亡和水体沼泽化、陆地化的进程，破坏了特定地区的生态平衡[1-3]。

1.2 造成水体恶化，增加饮用水处理的难度，威胁人体健康

在富营养化的湖泊，藻类大量繁殖，造成水质恶化，给城市净水工艺带了许多难度，进而影响了饮用水水质，对人体的健康构成了一定的威胁。

含藻水的pH值偏高，不利于混凝剂脱稳[4]。大量藻类和水生微生物的孳生繁殖容易造成滤池堵塞，破坏正常生产运行，而且微生物还会穿透滤池，在配水系统中繁殖造成配水系统不畅和堵塞，而且，藻类产生的微量有机物容易引起水中嗅味异常，这是常规水处理工艺难以去除的，迫使水厂进行升级改造，提高了净水成本[5]。

在富营养化水中，藻类、有机物和氨氮大量存在，使得混凝剂和消毒剂用量大大增加，提高了制水成本[6]，更增加了水体中消毒副产物的含量，饮用水安全性降低。

1.3 损害湖泊的美学价值和经济价值

水体富营养化的形成，使水体浑浊，透明度下降，水中带有霉臭味，水体丧失了应有的美学价值，随之，水体的旅游价值、游泳价值和观赏价值消失[3, 6, 7]。在富营养化水体中，藻类植物通过前面已述的危害生态系统方式，对渔业生态环境产生了长期的不利影响，使得渔业资源破坏，珍贵物种消失，水产品质量下降，对渔业造成了巨大经济损失[3]。

2 富营养化湖泊的水体修复技术

根据手段的不同，湖泊富营养化的修复技术分为三大类：物理修复技术、化学修复技术和生物-生态修复技术[8-10]。

2.1 物理修复技术

物理修复技术包括截污、人工曝气、底泥疏浚、稀释冲刷和机械捞藻等，这些措施可以单独使用，也可以作为生物修复技术等的前置处理技术。

2.1.1 深水曝气

深水曝气的目的通常有三个：一是能够达到不改变水体分层的状态下提高溶解氧浓度，二是改善冷水鱼类的生长环境和增加食物供给，三是通过改变底泥界面厌氧环境为好氧状态来降低内源性磷的负荷，其他附带的目的包括降低氨氮、铁、锰等离子性物质的浓度。

从种类上来说，深水曝气设备有三种：机械搅拌、注入纯氧和注入空气。

2.1.2 底泥疏浚

污染底泥是水体污染的潜在污染源，在水体环境发生变化时，底泥中的营养盐会重新释放出来进入水体中，对于宽浅型湖体，底泥更是不可忽视的重要污染源。因此，要解决湖泊富营养化问题，底泥疏浚是改善底泥营养物质含量高的一种有效手段。

2.1.3 稀释冲刷

稀释和冲刷是湖泊修复较为常用和普遍的治理方法，稀释冲刷的机理相当于一个流动的或者连续的培养系统，当含低浓度营养元素的水被注入系统中时，导致系统营养物质浓度降低，相应，藻类生物量也会随之开始下降；同时，营养元素和藻类能够以更加快的速度被置换或者冲洗出水体。就局部而言，稀释冲刷是解决水体富营养化相对简单、易行和代价较低的方法，如杭州西湖自钱塘江引水后对延缓水体富营养化发挥了一定的作用[11]。

2.2 化学修复技术

化学修复技术主要包括凝聚沉淀和化学杀藻两种方法。对于凝聚沉淀，通过投加化学试剂使得营养物质生成沉淀而降解，如投加铁盐或者铝盐促进磷的沉淀。使用化学杀藻剂杀藻效果较好，但是成本较高，会受时效、大水域、水体流动性的局限，而且藻类被杀死后，水藻腐烂分解仍旧释放出磷，易造成二次污染，尤其是大规模人工合成物的使用可能会给环境带来负面影响，应慎重使用。对于杀死的藻类应及时捞出，或者再投加适当的化学药剂，将藻类腐烂分解释放的磷酸盐沉降[12]。

2.3 生物-生态修复技术

生物-生态修复技术主要从微生物、水生植物和生态系统三个层次对水体进行修复。国内外关于湖泊富营养化的生物-生态修复技术包括生物膜处理技术、微生物制剂技术、人工浮岛技术、人工湿地处理、生物操纵修复等[8-11, 13, 14]。生物修复技术具有原位修复的特点，在人工参与的条件下，恢复水体中的水生生态结构和增加水体的自净能力。

3 展望

对于湖泊富营养化问题，修复措施往往是物理、化学和生物-生态等修复技术的组合。减少温室气体排放、原位修复、无二次污染、成本低廉、节能高效、简单方便、易于普及是修复技术的主要发展方向。

化学修复技术可以作为一种应急方案，但是，目前的杀藻剂存在着广谱与专一、长效与残留的矛盾，如何解决这些矛盾，研制出高效、广谱、持久、低毒的杀藻剂是富营养化治理工作的主要课题之一。

目前，人工浮岛技术基本处于水质改善和景观建设阶段，缺乏传统水利、生态系统栖息地和景观的有机结合。修复途径多元化、运营可持续化和整体智能化是其未来的发展方向。

生物操纵修复技术，是一项有前景的生物修复技术，但是还需要进行深入研究：浮游食物网内的营养级相互作用；不同食物链等级的鱼群比例关系；底栖鱼类的作用；附着藻对营养物质的竞争；微生物在养分循环中的地位；针对不同的富营养化湖泊，如何使用生物操纵修复技术获取成功并长期维持，是研究者和管理者共同需要解决的问题。

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