湖泊水污染控制技术

湖泊水污染控制技术

摘要

本文阐述了湖泊水体污染的现状，湖泊数量缩减，水体富营养化以及生物多样性遭到破坏，简要说明了产生湖泊污染的原因，并介绍了湖泊水污染治理的物理、化学、生物方法。包括前置库技术、底泥疏浚、物理除藻、引水换水、化学除藻、化学除磷等。这些方法均对应不同的工程实际有各自的优势，但也存在不少缺点和局限性。湖泊水污染的治理不光是技术问题，也需要引起全社会的重视和关注以及加强立法和监管，才能达到所预期的治理效果。

关键词：湖泊水污染治理，物理方法，化学方法

1 绪论

湖泊是由湖盆、水体、生物群落、非生物溶解质共同构成的水生态系统和积蓄地，在人类发展的过程中扮演着重要的角色。对于人均水资源量仅为世水平1／4的中国而言，湖泊资源的利用和保护显得尤为重要。然而，随着中国发展中对湖泊资源非理性开发程度的加剧，湖泊资源生态环境遭受到极大害和破坏。

1.1湖泊生态环境退化现状

（1）湖泊数量缩减

从上个世纪50年代以来，全国围垦湖泊滩地面积达1．3万km，这使得我国大于1km22的湖泊数量从建国初期的2848个，减少为现在的1762个，每年平均有接近20个的湖泊消失。20世纪50年代的湖泊总面积为8．18198万km， 20世纪末锐减到6．86517万 km。湖泊缩减的面积超过了目前太湖、洪泽湖、鄱阳湖、洞庭湖、巢湖五大淡水湖面积的总和，其中，洞庭湖总围垦面积约在1700km以上，占了洞庭湖总面积的1／3，湖面积由建国初期的4350km，减少到现在的2432km：鄱阳湖面积由1949年的5200km，减少到目前的2933km；湖北省历史上号称千湖之省，但是现在和20世纪50年代相比，湖泊数量从1066个减少到309个，面积减少了2657km。

（2）水体富营养化

目前，据有关部门对84个代表性的湖泊富营养化状况进行评价，结果表明，有44个湖泊呈富营养化状态，占评价湖泊总数的52．4％；有40个湖泊呈中等营养化，占评价湖泊总数的47．6％。据水利部水文局公布的调查报告，太湖水质为IV类和劣于IV类的水域面积占湖泊总面积的83％左右，富营养化指数达到62；滇池的水质以IV类为主，占评价面积的69％，劣于IV水质的水域面积占评价面积的31％，富营养化指数高达69-78；巢湖的中部湖区水质为Ⅳ类，西半湖的多数水域水质劣于lV类，富营养化指数达到58；绝大多数城郊湖泊也已经富营养化，杭州西湖经过清淤和换水，水质刚刚达到IV类，仍属富营养化；山东大明湖水质属劣V类，南京玄武湖水质介于IV类和V类之间；武汉东湖水质主要是V类和劣V类。多数湖泊生态系统的结构和功能退化，蓝藻水华频繁暴发，水质性缺水日趋严重。

（3）生物多样性遭到破坏

湖泊生物多样性的破坏具体表现为挺水植物及湿生群落逐渐退化零散的分布，沉水和浮水类植物急剧减少，物种单一的现象越来越明显，导致原有的湿地生态系统最终崩溃，破坏了生物多样性，改变了生物群落结构，弱化了生态功能。根据对云南滇池生物多样性的调查，水生植被在湖泊面积中的分布比重从20世纪60年代的90％，下降到了1．8％；大型水生植物的种类从20世纪50年代的28科44种，减少到12科5种；浮游植物属数由87属降22222222

至45属；土著鱼种数由15种降至4种，其物种破坏程度可见一斑。

1.2湖泊水体污染的来源

湖泊水体污染的来源主要有有农业生产使用的化肥、农药污染；畜禽水产养殖中的废弃物污染；工业生产废水、冲洗废水；工业废气进入大气形成的酸雨；居民日常生活产生的洗浴等污染等。国际上按照污染物排放的特点将水体污染源划分为点源污染和非点源污染两类。点源污染是指通常有固定的排污口集中排放、排污途径明确的点状分布污染，主要包括工业企业生产废水排放污染和建有排污管网的居民生活污水排放污染；非点源污染是指没有固定污染排放点的污染，即溶解的和固体的污染物从非特定的地点，以广域的、分散的、微量的形式，在降水(或融雪)冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体(包括河流、湖泊、水库和海湾等)并引起水体的富营养化或其它形式的污染。非点源污染主要包括农业污染和没有建设排污管网的居民生活污染。此外，大气干湿沉降、底泥二次污染和生物污染也属于非点源污染。由于我国城市居民规模较大且相对集中，排污管网建设较为发达，而农村地域广袤，居民点分散，一般没有建设排污管网，因此，我们将城市生活污染归入点源污染，农村生活污染归入非点源污染。据此，我国湖泊水体污染源类型可以分为包括工业污染、城市生活污染的点源污染和包括农业污染、农村生活污染的非点源污染。

2 湖泊水污染治理技术

湖泊水污染的治理技术主要包括物理方法、化学方法和生物方法以及多种方法联用。本文主要叙述物理和化学方法。

2.1物理方法

(1)前置库技术

污水进入湖泊前设置前置库，可以延长水力停留时间，促进水中泥沙及营养盐的沉降，同时利用前置库中藻类或大型水生植物进一步吸收、吸附、拦截营养盐，使营养盐成为有机物或沉降于库底，其作用相当于水处理中的初沉池。该技术不仅需要足够的场地，同时还要控制80％左右的入流水和可达到一定去除率的水力停留时间。其优点为费用较低，适应性强；缺点为在运行期间，前置库区经常出现水生植物的季节交替问题，因此，前置库技术的主要困境是植物的选取以及如何保证在温度较低的天气下的净化效率。除此之外，前置库的净化功能与河流的行洪功有时候会矛盾，所以有必要寻求一种将两者有效结合协调的方法。

（2）底泥疏浚

底泥疏浚根据不同的工程目标可以大致分为以下几类：a航道疏通，旨在去除水底淤积的泥沙，加大通航水深； b水库、湖泊等增容，旨在达到贮水、排涝泄洪，调整水系、改善水流条件、改善景观等目的；c渔业应用，旨在捕获表层沉积物中亢居的鱼类和贝类；d水质改善，旨在去除湖泊、水库和河流表层沉积物中的污染物，使水体达到景观效果或饮用水源的标准。前一类为一般工程疏浚，而后一类为改善环境为目标的疏浚，即环保疏浚。环保疏浚除清除水体中污染底泥的作业外，有时还要求为水生生态系统的恢复创造条件，并防止污染物的扩散。

（3）物理除藻

在蓝藻的富集区，通常采用机械除藻措施，即采用同定式除藻设施和除藻船对区域内湖水进行循环处理。这种方法能够在短期内快速有效地去除湖泊内的藻类植物，有些有商业价值的藻类还可以充分利用，但这种法通常需要耗费大量的人力与物力，而且随着藻类的不断生长，收割过程得一直持续。对于低浊高藻的湖泊水可用直接过滤除藻、微滤机除藻、膜过滤等，但原水中的试验运行工况条件、藻类特征可以接影响对藻类的去除效果。活性炭吸附对藻类、藻毒素的去除效果比较好，但水中的有机物会影响活性炭的吸附效果，且活性炭再生也较困难，其处理成本很高。此外，湖面遮光、曝气和超声抑藻技术等也有所应用，在一定程度上抑制了生物的增长，但是都很难从根本上解决水体富营养化得问题。总而言之，物理除藻虽然效果不错、无污染、无毒副作用，但一次性投入成本较高、工作量大、时间周期也比较长。

（4）引水换水

通过引水、换水的方式来稀释水中的污染物质可以达到净化效果的作用。例如，苏州河在其治理过程中，就用到了调水工程且取得了较好的水处理效果；此外还有杭州西湖在1986年开始的引水换水工程，目前的引水量已达到1．2亿m3，并取得了初步的成效。对于水量小的水体来说，这不失为一种非常有效的方法，但对于蓄水量较大的水域，补水量太小起不到净化效果，反而会造成大量浪费，且引水释污后往往会呈现藻类生长加剧的趋势，因此对于富营养化严重的湖泊，还需要谨慎使用。

（5）底泥覆盖

底泥覆盖指采用薄膜或颗粒材料(如粉煤灰、沸石等)覆盖湖底的淤泥，可以有效控制底泥中氮、磷等营养盐的释放，也可控制重金属及苯酚等持久性有机物的释放；此法的主要缺点是湖底表层新富营养层释放源会迅速形成。在我国，覆盖技术处于试验与探索阶段，大规模湖泊水体中的实践还较少。国内覆盖工程的首例是1999年巢湖市环城河河道采用了底泥疏浚后覆盖0．5米厚清洁细沙的工艺；2005年昆明在大清河整治中也采用了疏浚后覆盖卵石的工艺进行该河道底泥污染的治理。

2.2化学方法

（1）化学除藻

目前，国内外普遍采用絮凝、抑制和综合方法进行化学除藻，它是利用化学药剂对藻类进行杀除。化学药剂一般要求为：高效、低(无)毒、无污染、无腐蚀；同时具有缓蚀、阻垢作用或能与缓蚀剂、阻垢剂配合使用，成本低，生产及运输安全，投药方便。目前，常用的杀藻剂主要有CuSO4、KMnO4、液氯、ClO2、O3和H2O2等。化学法的辛要优点是除藻速度快、效果明显、操作简便及一次性使用成本低。缺点是长期使用一种低浓度的化学药物会使藻类产生抗药性；且可能对环境产生污染，死亡藻类所产生的二次污染及化学药品的生物富集和生物放大对整个生态系统的负面影响较大；可以说这是一种短视行为或是一种权宜之计。因

此，除非应急和健康安全许可，化学杀藻目前一般不宜被采用。1999年昆明世博会期间，采用了生化、微生物和化学的“综合抑藻法”的应急除藻试验，在滇池草海进行了大面积开放性生产试验，湖水透明度明显提高，藻类数量显著降低，水质感观和景观等均好于往年。

（2）化学除磷

化学除磷是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是所谓的相转移过程，实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅仅是沉析反应，同时还进行着化学絮凝反应。对于较大型的湖泊，改方法不但效果不好，而且费用昂贵。

2.3生态方法

例如，以浮游动物、鱼类控制浮游植物生物调控手要有以下途径：一，先向水体中投放适当密度的鲢、鳙鱼，藻类吸收水体中的氮磷，放养鱼类摄食含氮磷的藻类，捕捞成鱼带出氮磷，从而遏制水华、减轻水体富营养化；二，放养食鱼性鱼类如鳜鱼等，抑制野杂鱼(食用浮游动物)，增加浮游动物生物量(食用浮游植物)，减少浮游植物等现存量，从而提高水体透明度并增加水体自净能力；三，放养滤食性双壳类，即蚌类(滤食能力极强)，从而使其食物——浮游植物、细菌、腐屑和小型浮游动物减少，增加水体透明度，提高水体的自净能力。较典型的生物调控是用于小而浅的、相对封闭的湖泊系统，在营养盐管理已经失败的富营养化湖泊中，生物调控已显示出明显的治理效果，且费用低。但生物调控的稳定性不够，往往仅短期有效，因此其有效性仍存在很大的争议。而且，就技术本身而言也存在一些问题，例如难以保证有足够数量的食色性鱼类来控制食植物性鱼类种群。在富营养化藻型湖泊中，不存在食鱼动物产卵及栖息场所，食鱼动物、浮游动物种群并不稳定。因此，生物调控技术也有待发展和完善。国内应用较多的是放养鲢、鳙鱼，每平方米水体放养鲢、鳙鱼40～50克，可以有效控制水华，该方法在东湖、滇池、巢湖的水华治理中得到实际应用。

滨湖带指位于水体和陆地生态态系统之间的生态交错带具有过滤、缓冲器功能，它不仅可吸附和转移来自面源的污染物、营养物，改善水质，而且可截留固定颗粒物，减少水体中的颗粒物和沉积物。同时湿地可以提供生物繁育生长的柄息地，对于保护生物多样性、减少洪水危害、保持水土等具有重要意义。可以肯定的是，在湖泊周边建立和修复水陆交错带，是整个湖泊生态系统恢复的重要组成部分。湖滨带是湖泊的重要组成部分和最后的保护屏障，加强管理和重建湖滨带工程是湖泊环境保护的重要工作。湖滨带湿地恢复应该选取当地生长适宜性强污染物净化能力较强、经济价值较好以及与周围环境协调性好的植物。湖泊周围一般有很多坑塘或藕塘等，可改造为湿地净化系统，增设配水和排水系统。湿地区的综合利用，既可净化废水，又可开发利用。

3 结语

随着现代科学技术的发展，我国的农业、工业生产方式发生了巨大的改变，以采力、畜

力、手工工具、铁器等为主的手工劳动方式，靠世代积累下来的传统经展，以自给自足的自然经济居主导地位的传统农业，逐渐向以广泛应用现代科术、现代工业提供的生产资料和科学管理方法为特征的现代农业工业转变。这一转然使农业工业劳动生产率不断提高，农业工业生产力水平达到前所未有的高度，农工产品大幅度增长，但转变过程中，一味追求经济效益、忽视生态环境的行为，带来业污染日益严重的负面影响，对生态环境尤其是湖泊水体环境构成了巨大威胁生了一系列诸如蓝藻爆发、水质退化引起的饮用水源地水质性缺水的问题。治理农业工业污染，保护湖泊生态环境，促进入与自然的和谐发展，需要我们找到污结的根源及其深层次原因，才能对症医治。

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