以“食藻蟲”為引導(dǎo)生態(tài)修復(fù)富營養(yǎng)化水體技術(shù)介紹及工程應(yīng)用

陳晶晶

（上海太和水環(huán)境科技發(fā)展有限公司 上海 200433）

1 引言

水體富營養(yǎng)化是指在人類活動(dòng)的影響下，生物所需氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)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(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)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(yǎng)湖過渡為富營養(yǎng)湖，進(jìn)而演變?yōu)檎訚珊完懙?，不過這種自然過程極為緩慢。而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、日常生活中，人類日趨頻繁的對環(huán)境資源進(jìn)行開發(fā)及利用，各行業(yè)發(fā)展迅速，大量的含氮磷的物質(zhì)進(jìn)入水體，并隨著水體的流動(dòng)，在湖泊中富集，導(dǎo)致富營養(yǎng)化大面積的出現(xiàn)，水體富營養(yǎng)化在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。水體富營養(yǎng)化是一個(gè)緩慢和難以逆轉(zhuǎn)的過程，是全人類面臨的難題。一方面它會威脅水生態(tài)系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的變化和功能的退化；另一方面富營養(yǎng)化的水體對生產(chǎn)、生活帶來很大危害。根據(jù)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《2013年中國環(huán)境狀況公報(bào)》，2013年，我國湖泊富營養(yǎng)、中營養(yǎng)和貧營養(yǎng)的湖泊（水庫）比例分別為27.8%、57.4%和14.8%，主要污染指標(biāo)為總磷、化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)。

2 常用水體富營養(yǎng)化防治對策

富營養(yǎng)化的防治是水污染處理中最為復(fù)雜和困難的問題，至今無單一的生物、化學(xué)和物理措施能徹底去除污水中的N和P，通常較高的常規(guī)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(jìn)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(huán)境之間進(jìn)行著吸收利用和分解礦化的循環(huán)。底泥疏浚主要是清除淤泥表層的藍(lán)藻及其它污染物，以快速實(shí)現(xiàn)富營養(yǎng)化水體中藻類孢子和N、P營養(yǎng)物質(zhì)的去除。本技術(shù)屬短期應(yīng)急處理，無法實(shí)現(xiàn)水體水質(zhì)的長期凈化目標(biāo)，另外底泥疏浚過程中將產(chǎn)生惡臭等二次污染，疏浚底泥后續(xù)處理仍是亟需解決的問題。

2.2 引水調(diào)水

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

2.3 絮凝沉淀法

在藻型富營養(yǎng)化水體中投加混凝劑，利用小絮體間的吸附及網(wǎng)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(yǎng)化水體控制中的傳統(tǒng)混凝劑有鐵系混凝劑、鋁系混凝劑等。有研究提出天然物質(zhì)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(tǒng)除藻絮凝化學(xué)藥劑往往會造成二次污染，而且需不斷投加絮凝產(chǎn)品。

2.4 低頻超音波法

功率超聲在水體中空化效應(yīng)產(chǎn)生的高壓、沖擊波、聲流和剪切力能夠有效破壞藻類的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。不少研究關(guān)于超聲波機(jī)械效應(yīng)對銅綠微囊藻的即時(shí)去除，發(fā)現(xiàn)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(lán)藻的主要手段。在混凝除藻預(yù)處理中使用低頻超聲波，會造成細(xì)胞內(nèi)藻毒素大規(guī)模釋放，同時(shí)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(dǎo)致水體中藻毒素的量持續(xù)上升。

2.5 水生動(dòng)物操控

水生動(dòng)物操控法，即利用水生動(dòng)物間的捕食競爭關(guān)系，發(fā)揮水生動(dòng)、植物之間相互依賴相互制約關(guān)系，構(gòu)成穩(wěn)定完善的生態(tài)食物鏈和食物網(wǎng)，控制水體富營養(yǎng)化。常用的水生動(dòng)物有濾食性鰱、鳙魚，底棲動(dòng)物環(huán)棱螺，蚌類，青蝦等。我國曾利用放養(yǎng)濾食性魚類鰱、鳙魚作為生物調(diào)控措施控制藍(lán)藻水華，并取得一定成效。但有研究認(rèn)為，鰱魚主要濾取的是浮游動(dòng)物、大型浮游植物和小型浮游植物群體，其攝食活動(dòng)降低了微型浮游植物的捕食壓力，使其營養(yǎng)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(shí)增加。而且，鰱、鳙魚的消化道內(nèi)沒有分解藍(lán)藻的酶，藻體在魚的腸道內(nèi)并沒有完全死亡，其通過魚類糞便進(jìn)入水體后很容易擴(kuò)散，成為水體污染新的擴(kuò)散源。

2.6 水生植物克藻作用

自20世紀(jì)80年代以來，我國許多專家學(xué)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(jìn)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(zhì)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(lán)藻大規(guī)模暴發(fā)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(yǎng)鹽的大量釋放。而且挺水植物根系發(fā)達(dá)，生物量大，湖泊填平作用強(qiáng)，使得湖泊老化退化，且冬季枯萎的植物殘?bào)w遺留在水域會對水體造成二次污染。

3 以“食藻蟲”為引導(dǎo)生態(tài)修復(fù)富營養(yǎng)化水體技術(shù)

以食藻蟲為引導(dǎo)生態(tài)修復(fù)富營養(yǎng)化水體技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，它的基本思路是以食藻蟲吃藻控藻、濾食有機(jī)懸浮物顆粒等作為啟動(dòng)因子，繼而引起各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的連鎖反應(yīng)：包括從底泥有益微生物恢復(fù)、底泥昆蟲蠕蟲恢復(fù)、底棲螺貝類恢復(fù)到沉水植物恢復(fù)、土著魚蝦類等水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)水體的內(nèi)源污染生態(tài)自凈功能和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能。其核心技術(shù)原理包括：

（1）食藻蟲攝食消化水體中的藻類、有機(jī)顆粒和懸浮物，同時(shí)產(chǎn)生弱酸性的排泄物，進(jìn)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(jìn)入水底，促進(jìn)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(guān)系；（3）沉水植物可吸收大量水體中過多的氮磷等富營養(yǎng)物質(zhì)；促進(jìn)氮的硝化/反硝化及磷的沉降；形成水下森林抑制底質(zhì)再懸浮等多種途徑達(dá)到水體生態(tài)自凈能力；（4）水生植物恢復(fù)后，由食藻蟲攜帶有益微生物向水體底部擴(kuò)散，促進(jìn)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(yǎng)物質(zhì)的封存和生態(tài)鏈自凈（物質(zhì)能量的逐步吸收轉(zhuǎn)化）；（5）再逐步向水體中引入螺、貝、魚、蝦類等高級水生動(dòng)物，食藻蟲和水生植物又可以被魚、蝦、螺、貝等高級水生動(dòng)物吃掉，通過食物鏈把水體水中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)從水體中轉(zhuǎn)移出，徹底降低水體中的富營養(yǎng)化程度，長久維持景觀水體水質(zhì)。

食藻蟲是一種經(jīng)馴化改良的可控藍(lán)藻的低等甲殼浮游動(dòng)物：大型溞(Daphniamagna)。能以水體中的藍(lán)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(zhì)，可有效降低水體pH值，抑制藍(lán)藻的生長和繁殖；食藻蟲本身又是魚、蝦等水生動(dòng)物所喜愛的食物，因此打通了食物鏈，實(shí)現(xiàn)了水體富營養(yǎng)化物質(zhì)的資源化。另外，食藻蟲作為一種大型枝角類浮游動(dòng)物，是一種廣布種，不存在外來物種入侵等風(fēng)險(xiǎn)。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(tài)系統(tǒng)構(gòu)建提供條件。這徹底解決了在富營養(yǎng)化水體修復(fù)過程中，由于無法改善水下光照條件而不能快速有效的構(gòu)建沉水植物群落及水生態(tài)系統(tǒng)的瓶頸問題。

此外，我司對水生植物進(jìn)行了特種培育與改良，對部分沉水植物進(jìn)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(dòng)物對環(huán)境的適應(yīng)性與極端不利條件下的承受性。其中，我司經(jīng)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(diǎn)，其不開花不結(jié)籽，根、莖、葉發(fā)達(dá)，四季常綠，具有高效吸收氮磷等污染物、光合作用強(qiáng)的特點(diǎn)。改良四級常綠矮苦草解決了水生態(tài)修復(fù)過程中，常規(guī)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(jié)性、景觀效果較差的問題，是本公司另一項(xiàng)核心專利技術(shù)。

4 以“食藻蟲”為引導(dǎo)生態(tài)修復(fù)富營養(yǎng)化水體工程應(yīng)用

以“食藻蟲為引導(dǎo)生態(tài)修復(fù)富營養(yǎng)化水體技術(shù)”為中國原創(chuàng)，世界首創(chuàng)，行業(yè)內(nèi)唯一獲得美國發(fā)明專利的高科技成果，該技術(shù)已成功運(yùn)用于多項(xiàng)國家級重點(diǎn)水治理項(xiàng)目及重大科技攻關(guān)項(xiàng)目中，如：云南省滇池國家水專項(xiàng)治理、江蘇省太湖水專項(xiàng)治理、國家“十一五”和“十二五”太湖水專項(xiàng)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(fù)。先后獲得上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)3次、上海市優(yōu)秀工程咨詢成果獎(jiǎng)2次及“美國年度最高設(shè)計(jì)獎(jiǎng)——綜合景觀設(shè)計(jì)杰出獎(jiǎng)”等。目前公司業(yè)務(wù)已遍布全國50多個(gè)省市，在華南、華東、西南等區(qū)域均處于領(lǐng)先地位，同時(shí)已成功開拓泰國、湯加王國等國家海外市場。

本水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)已成功運(yùn)用于200多項(xiàng)各類富營養(yǎng)化水體修復(fù)實(shí)際工程中。水體生態(tài)修復(fù)工程完成后，水體終年無藍(lán)藻、綠藻污染出現(xiàn)，透明度顯著增加，在2m的水深范圍內(nèi)均可達(dá)到清澈見底，水質(zhì)主要富營養(yǎng)指標(biāo)在工程施工2個(gè)月后，無持續(xù)外來污染源情況下，能長期達(dá)到國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類。

[1]任瑞麗,喬龍.水體富營養(yǎng)化及其防治[J].自然科學(xué),2014,35(4):60-63.

[2]潘紅波.湖泊富營養(yǎng)化問題及其防治淺議[J].環(huán)境科技,2011,24(1):123-126.

[3]吳生才,陳偉民.水體富營養(yǎng)化的漸進(jìn)性和災(zāi)難性[J].災(zāi)害學(xué),2004,19(2):13-17.

[4]趙不凋,劉柏朱,朱曉芳,等.水體富營養(yǎng)化的形成、危害和防治[J].安徽農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,13(17):51-53.

[5]吳豐昌,萬國江,黃榮貴.湖泊沉積物-水界面營養(yǎng)元素的生物地球化學(xué)作用和環(huán)境效應(yīng)[J].礦物學(xué)報(bào),1996,16(4):403-409.

[6]朱喜.治理太湖巢湖滇池藍(lán)藻暴發(fā)總體思路[J].第七屆中國城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展國際研討會論文集,2012:1-9.

[7]施國鍵,喬俊蓮,王國強(qiáng),張普.天然物質(zhì)絮凝劑絮凝除藻研究進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水,2009,40(4):1-4.

[8]遲巍,萬成炎,彭建華,潘曉潔,陳小娟,馮坤.超聲波除藻概述[J].三峽環(huán)境與生態(tài),2012,34(6):26-28.

[9]董敏殷,喬俊蓮,王國強(qiáng),王瓚.低頻超聲波對藻毒素釋放和降解的研究[J].凈水技術(shù),2008,27(6):21-23.