从水体富营养化防治看资源环境生态工程修复

从水体富营养化防治看资源环境生态工程修复

吕小莉

摘要：随着社会发展进程的推进、生活水平的提升，人们对人居环境和美好生活的向往不断增强，对资源的需求量越来越高，产生的污染物也随之增加，资源环境的污染、破坏成为生态系统面临的严峻问题。本文将以水体富营养化的防治为切入口，探究资源环境生态修复进展，为优化生态环境提供思路，为工程建设、城乡发展提供决策参考。

关键词：水体富营养化；资源环境；生态工程修复

1概述

随着人类亲近自然的休闲娱乐活动逐步增加，资源环境受到破坏、污染的情况也明显增加，如农家乐、游船、垂钓等活动导致过量氮、磷排入湖泊，水环境营养元素丰富，藻类等浮游生物大量繁殖，导致溶氧量下降，水质恶化，鱼类等水生物大量死亡，水体生态平衡遭到破坏，形成富营养化。

富营养化主要指氮、磷等营养物质大量进入水流缓慢或者封闭水体，在外界环境影响下，导致藻类等浮游生物在极短的时间内大量繁殖，降低水体溶氧量，从而导致水生生物大量死亡的一种情况，已成为目前最受关注的资源环境问题之一。据联合国环境规划署调查，全球范围内 30%~40% 的湖泊和水库遭受了不同程度富营养化的影响[1]。水源以人工或半人工方式蓄积起来的水体，富营养化情况尤为严重[2]。随着人口增多及工农业发展，富含营养物质的污水违规排放，导致富营养化进程加速，水体富营养化也成为我国一个突出的环境问题。

2富营养化形成机理

富营养化是一种功能失衡，是自养性生物在水体中建立优势的过程[3]，包含一系列生物、化学和物理变化，受众多因素影响特别是受到流速缓慢或水体封闭、高温、充足光照等环境因素影响[4-5]。早在 60 年代，国际经济合作与开发组织对水体富营养化开展了一系列研究，提出了藻类的“经验分子式”为 C106H263O110N16P[6]。贝格最小值定律指出，植物生长取决于外界提供给它的所需养料中数量最少的一种，藻类分子量氮、磷所占的重量百分比最小，因此氮、磷等营养物质的输入和富集是水体富营养化的主要原因。着重研究氮、磷负荷与藻类生产力的相互作用和关系，是揭示水体富营养化形成机理的主要途径[3]，这一结论得到大量的实验结果的证实[7-10]。

3富营养化的分类

水体中的营养物质由天然富集而成，称为天然富营养化，其进程十分缓慢。营养物质经人为排放或淋滤进入水体，使水质极短时间内恶化，称为人为富营养化。

4富营养化的危害

富营养化导致水生环境中的氧气降低甚至耗尽，有毒物质如CO2、H2 S 和 CH 4等排放，水生生物大量死亡，生物多样性被破坏，生态平衡体系被打破，影响水体的使用功能，甚至危害人类健康。

5氮磷污染来源

水体中的氮磷来源很多，可分为外源性负荷和内源性负荷。外源性污染又可分为面源污染和点源污染，面源污染主要源自农业，点源污染主要源自生活污水和工业废水。内源性污染主要集中于农业土壤、畜禽粪便、沉积物、水产养殖业等[11]。

6水体富营养化控制技术进展

目前，国内外针对水体富营养化控制可分为技术、政策两类手段。

6.1技术手段

技术手段又可分为四类: 物理法，化学法，物理化学法，生物法。

6.1.1物理法

物理法是借助底泥疏浚、机械或人工除藻、冲洗稀释、深水曝气、控制外源性污染源流入等工程措施对富营养化水体进行修复，见效快，但耗费大量人力、财力，无法从根本上解决问题，易反复。

6.1.2化学法

化学法是投加铁盐和铝盐等化学药剂使水中的氮、磷等营养物质以不溶性沉淀或絮体的形式沉于底泥中，当藻类繁殖过剩时则添加杀藻剂来抑制过度繁殖[12]，去除效率快速， 但剂量不好掌控，水体的底泥及未及时清理的代谢废物易造成二次污染。

6.1.3物理化学法

物理化学法是通过混凝沉淀、气浮等方法达到去污的目的。混凝沉淀是投加铁系混凝剂、铝系混凝剂和黏性土壤等混凝剂，通过电性中和或重力影响去污，效果突出、成本合理，但容易产生设备腐蚀。气浮是应用高度分散的小型气泡作为载体来附着污染水体中的各种藻类污染物，通过改变密度实现分离，效果较好，但当水体中的浊度超 100 NTU 时，净化稳定性不佳[13]。

6.1.3生物法

生物法主要应用水生植物修复技术和微生物修复技术实现净化。水生植物分挺水、浮水和沉水等类型，目前广泛应用于富营养化修复的有芦苇、菖蒲、苦草、马来眼子菜、荇菜和菱等，去除总磷、总氮效果显著[14]。水生植物修复净化效果好、易栽培、能耗低、具有景观和经济价值、能有效避免二次污染，但处理时间长、占地面积大，易受季节影响。微生物修复技术主要利用高效微生物对水中污染物进行生物代谢, 是一项新兴技术，得到了国内外的广泛关注。微生物修复技术时间短、成本低、效率高，但条件苛刻易受温湿度等环境因素影响，修复过程可能产生有害物质。

6.2政策手段

近年来，我国对水体富营养化的防治和资源环境的生态修复的重视程度不断提高，政策手段不断完善加强。针对水体富营养化的防治主要分建章立制、生态修复、监测预警三部分。

6.2.1建章立制

建立完善总量控制制度。基于环境容量的总量控制，以水质改善为目标，将总氮、总磷排放一并纳入行政约束考核体系。

建立多部门统筹协调管理机制。坚持流域水质、水量和水生生态系统一体化管理，加强跨部门联动，统筹协调环境资源承载量与社会经济发展布局、水资源调度、水污染防治、水环境生态修复等工作。

建立完善农业面源污染“治用保”防控体系。坚持污染治理、生态保护相结合，减少化肥和农药的使用，严控禁限养区畜禽养殖和自然水体投肥水产养殖，打造农业生态循环体系。

建设城市面源污染控制体系。加快雨污收集管网和城镇污水处理设施建设，重点推进除磷脱氮提标改造，加强对污水处理厂的运行管理与监督考核。

6.2.2生态修复

功能湿地生态修复。建设人工湿地水质净化工程，鼓励等建设前置库、塘坝及功能湿地等，实施河湖湿地水系连通和河口生态修复等，截留与削减入湖入库污染。

湖滨带生态修复。综合考虑地质地貌等物理基底、生物群落结构、节律匹配、景观结构等设计，调控湖滨带水生植物群落，清除暴发性物种，打捞植物残体，维持生物多样性和群落稳定性，充分发挥拦截、过滤和净化功能。

缓冲带生态修复。划定内外圈，对内圈的农田、房屋、鱼塘、景点等实施清退，在外圈建设清洁田园、绿色村庄及生态农业，构建自然型生态缓冲带。

陆域生态修复。做好表土管理，加大水源涵养林保护力度，发挥截留与净化作用。

6.2.3监测预警

富营养化的监测预警方式主要有加强湖（库）流域大数据平台建设和数字化管理，实现资源环境综合监测与调控，构建“蓝藻”“水华”监测预警体系，建立备用水源地和应急饮水点取水预案和源头减排的产业结构优化与调整技术、控氮减磷技术、畜禽养殖清洁生产技术等。

7展望

水体富营养化是影响全球的环境问题，也是资源环境领域的重要研究课题。从富营养化的防治可以看出，技术手段的层面，不管是传统的物理法、化学法，还是新兴的生物法，都存在各自的优劣势[15]。结合资源环境和生态系统的统筹性、一体化特点，广泛采用政策手段进行源头控制和生态修复，更具性价比。我国的水环境综合治理，首先应该从根本上控制污染源，再利用生态工程进行修复，建立完善的水生生态系统。

参考文献：

1.Yao, X.;  Zhang, Y.;  Zhang, L.; Zhou, Y., A bibliometric review of nitrogen research in eutrophic lakes and reservoirs. Journal of Environmental Sciences 2018, 66, 274-285.

2.Le Moal, M.;  Gascuel-Odoux, C.;  Ménesguen, A.;  Souchon, Y.;  Étrillard, C.;  Levain, A.;  Moatar, F.;  Pannard, A.;  Souchu, P.;  Lefebvre, A.; Pinay, G., Eutrophication: A new wine in an old bottle? Science of The Total Environment 2019, 651, 1-11.5.              Kuentzel, L. E., Bacteria, Carbon Dioxide, and Algal Blooms. Water Pollution Control Federation 1969, 41.

[3]Tekile, A.;  Kim, I.; Kim, J., Mini-review on river eutrophication and bottom improvement techniques, with special emphasis on the Nakdong River. Journal of Environmental Sciences 2015, 30, 113-121.

[4]Pal, M.;  Yesankar, P. J.;  Dwivedi, A.; Qureshi, A., Biotic control of harmful algal blooms (HABs): A brief review. Journal of Environmental Management 2020, 268, 110687.

[5]陈永灿;  俞茜;  朱德军; 刘昭伟, 河流中浮游藻类生长的可能影响因素研究进展与展望. 水力发电学报 2014, 33 (04), 186-195.

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[7]Ekholm, P.;Lehtoranta,J.,Does control of soil erosion inhibit aquatic eutrophication? Journal of Environmental Management 2012, 93 (1), 140-146.

[8]Schindler, D. W.;  Hecky, R. E.; McCullough, G. K., The rapid eutrophication of Lake Winnipeg: Greening under global change. Journal of Great Lakes Research 2012, 38, 6-13.

[9]Kroeze, C.;  Hofstra, N.;  Ivens, W.;  Löhr, A.; Strokal, M.; van Wijnen, J., The links between global carbon, water and nutrient cycles in an urbanizing world — the case of coastal eutrophication. Current Opinion in Environmental Sustainability 2013, 5 (6), 566-572.

[10]Bhagowati, B.; Ahamad, K. U., A review on lake eutrophication dynamics and recent developments in lake modeling. Ecohydrology & Hydrobiology 2019, 19 (1), 155-166.

[11]Kontas, A.;Kucuksezgin, F.;Altay,O.; Uluturhan, E., Monitoring of eutrophication and nutrient limitation in the Izmir Bay (Turkey) before and after Wastewater Treatment Plant. Environment International 2004, 29 (8), 1057-1062.

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[13]刘伟; 晏娟, 富营养化湖泊治理研究综述. 安徽农学通报 2014, 20 (08), 121-150.

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[15]Kumar, P. S.;  Korving, L.;van Loosdrecht, M.C. M.; Witkamp, G.-J., Adsorption as a technology to achieve ultra-low concentrations of phosphate: Research gaps and economic analysis. Water Research X 2019, 4, 100029.