利用藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)進(jìn)行湖泊富營養(yǎng)化治理

利用藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)進(jìn)行湖泊富營養(yǎng)化治理[摘要]藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)就是利用有機(jī)酸和植物油組成復(fù)合制劑，投放于湖泊水體中，使之包裹在藻類表面，形成一層包裹膜，阻止藻類獲得營養(yǎng)和能量，直至其死亡，同時(shí)向水體中投加微生物促生劑和藻類微營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑，結(jié)合湖泊人工增氧造流，底泥生物氧化技術(shù)，強(qiáng)化水體和底泥好氧微生物生長，促進(jìn)死亡藻類分解，降低水體藻類數(shù)量，提高水體藻類多樣性指數(shù)，恢復(fù)水體生態(tài)平衡。利用藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)和其它生物修復(fù)技術(shù)，成功治理了上海靜安公園、上海太平湖公園等城市富營養(yǎng)化湖泊。實(shí)踐證明，藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)效果顯著，操作簡單，在治理湖泊富營養(yǎng)化，特別是城市湖泊富營養(yǎng)化方面有其獨(dú)到的優(yōu)勢。關(guān)建詞藻類營養(yǎng)阻隔生物修復(fù)湖泊富營養(yǎng)化藻類微營養(yǎng)調(diào)節(jié)中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：BioremediationofeutrophiclakesbyalgaenutritionblockingtechnologyAbstractThealgaenutritionblockingtechnologyisanaturalwaytocontrolexcessalgaebloomsbyblockingitssourceofnutrientsandenergywithbesterewingacombinationoforganicacidsandbotanicaloilsintothelake.Atthesametime,usingprobioticagentsandalgaemicro-nutrientsagents,combiningwithincreasingoxygen,artificialmakingfluidityofwater、andbiologicoxidationofthesludgeinthelakebottomtoenhancethedevelopmentoftheaerobicmicroorganismwhichlivedinthewaterandthesludge,speedthedecompositionofthedeadalgae,declinetheamountofthealgaeinthewater,increasethediversityofthealgaeandresumetheecologicalbalanceofthewater.UsingalgaenutritionblockingandbioremediationwehadrenovatedthelakessuccessfullyintheJingAnparkandtheTaipingLakeparkinShanghaiandtheotherurbaneutrophiclakes.Ithasbeenprovedthatalgaenutritionblockingandbioremediationareefficientandsimpletooperate.Thesetechnologieshavepreponderanceinrenovatingeutrophiclakesespeciallyintheurbaneutrophicationlakes.Keywordsalgaenutritionblocking,bioremediation,eutrophiclakes,algaemicro-nutrientsregulation湖泊是城市生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，與市民的生活息息相關(guān)。然而河流、湖泊等地表水體是城市各種面源污水的匯集地，隨著人類活動(dòng)的加劇，污水排入增多，一方面有機(jī)污染物大量耗氧使水體污濁、黑臭，另一方面營養(yǎng)鹽大量增加造成藻類瘋長泛濫，形成富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化是我國城市湖泊普遍現(xiàn)象，也是我國當(dāng)前面臨的重要的環(huán)保問題，對市民生活、休閑娛樂等均帶來很大的影響。[3][4]湖泊富營養(yǎng)化治理是一個(gè)世界性難題，從技術(shù)上大體可歸結(jié)為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法包括機(jī)械除藻、截污、清淤、人工曝氣、人工造流等；化學(xué)法主要是投放化學(xué)除藻劑和絮凝劑；生物法則是利用湖泊生態(tài)系統(tǒng)中生物之間相生相克關(guān)系來控制或抑制藻類生長的方法，如投放微生物制劑，種植大型沉水植物、挺水植物、和漂浮植物等，放養(yǎng)鰱魚、鳙魚等濾食性魚類和微型動(dòng)物。[3][5][7]從湖泊富營養(yǎng)化治理措施上，清淤、截污屬于宏觀性的規(guī)劃管理對策，投資巨大，見效慢。清淤只能清走湖泊表面淤泥，下層底泥污染物同樣會(huì)向水中釋放，甚至?xí)霈F(xiàn)短時(shí)期的濃度增高，直至與上覆水體達(dá)到新的平衡，這種平衡與清淤前的平衡基本上沒有明顯的區(qū)別。而且清淤必然會(huì)將湖泊底泥生物系統(tǒng)一并清走，對于一個(gè)多種生物系統(tǒng)并存的十分復(fù)雜的水生生態(tài)系統(tǒng)而言，采取簡單挖泥對湖泊生態(tài)系統(tǒng)破壞，同時(shí)存在二次污染的問題。截污涉及到城市污水收集管網(wǎng)系統(tǒng)和污水處理廠的建設(shè)，其建設(shè)周期長，運(yùn)行費(fèi)用高，特別是在我國城市的生活污水集中處理率不到40％，徹底截污仍需長期努力，而且湖泊是一個(gè)開放的水環(huán)境，特別是城市湖泊，面源污染不可避免，即使徹底截污，也不可能一勞永逸地解決湖泊污染問題。對于污染源過多，底泥淤積嚴(yán)重的湖泊而言，清淤和截污無疑是必要措施，但清淤和截污后，必須采用生物修復(fù)和生態(tài)治理方法,建立潔凈好氧湖泊生態(tài)系統(tǒng)，強(qiáng)化其自凈能力，恢復(fù)生態(tài)平衡。城市湖泊是城市景觀的重要組成部分，是歷屆政府迫切需要解決的重要問題，在清淤和截污等措施不能及時(shí)見效的情況下，利用生物修復(fù)原理，進(jìn)行湖泊生態(tài)治理，顯得特別重要。湖泊生態(tài)系統(tǒng)包含生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者，具體地說包括浮游植物和其它水生植物、浮游動(dòng)物、魚、蝦、貝類等水生動(dòng)物以及種類和數(shù)量眾多的微生物。當(dāng)污染物進(jìn)入水體后首先由微生物將其逐步分解礦化為無機(jī)營養(yǎng)鹽，為水生植物的生長提供營養(yǎng)。水生植物一方面吸收水中無機(jī)營養(yǎng)元素，避免了水體中無機(jī)物過量積累，另一方面通過光合作用為水體中各生物種群提供了賴以生存的溶解氧。水生動(dòng)物（消費(fèi)者）直接或間接以水生植物和微生物為食，可控制水生植物和微生物數(shù)量的過量增長。因此，在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，微生物負(fù)責(zé)分解外源有機(jī)污染物和殘餌、水生動(dòng)物糞便以及水生動(dòng)、植物殘骸。底泥是微生物最重要棲息地，湖泊底泥好氧微生物區(qū)系的建立和維持，能促進(jìn)微量營養(yǎng)釋放，減少P的釋放,對增加湖泊生物多樣性,強(qiáng)化湖泊水體自凈能力，維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量代謝起著十分重要作用。水生植物和水生動(dòng)物通過直接吸收或湖泊生態(tài)系統(tǒng)生物鏈的轉(zhuǎn)化作用，將多余的N、P等營養(yǎng)鹽移出湖泊生態(tài)系統(tǒng)，對維持生態(tài)平衡，保持湖泊水質(zhì)清澈起重要作用。天然湖泊具有一定的自凈能力，通過湖泊生態(tài)系統(tǒng)中各類生物之間的相互作用，共同驅(qū)動(dòng)天然水體的物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)，維持水體的潔凈狀態(tài)。然而，這種自凈功能是有限的，當(dāng)外源N、P等營養(yǎng)鹽輸入過多，超出其自凈能力，湖泊生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)生產(chǎn)者—藻類就會(huì)過量生長，形成湖泊富營養(yǎng)化，湖泊富營養(yǎng)化必然會(huì)造成湖泊有機(jī)物積累，耗氧增加，底泥加厚，從而改變湖泊生態(tài)系統(tǒng)中微生物區(qū)系，抑制水生植物賴以生存的營養(yǎng)鹽釋放，特別是微量營養(yǎng)釋放，影響水生動(dòng)物生長和藻類多樣性，造成湖泊低等藍(lán)綠藻等少數(shù)幾種藻類大量繁殖，生物多樣性下降，最終將導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)崩潰，湖泊水體黑臭。[1][4][8][9]生物修復(fù)（Bioremediation）是環(huán)境工程領(lǐng)域剛剛興起的一門新技術(shù)，已被成功地應(yīng)用于土壤、地面水、地下水，近海洋面的污染治理和農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等多項(xiàng)領(lǐng)域，并成為二十世紀(jì)環(huán)?？萍及l(fā)展最快的高新技術(shù)領(lǐng)域之一。生物修復(fù)主要是利用天然存在的或特別培養(yǎng)的微生物在可調(diào)控環(huán)境下將有毒污染物轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)的處理技術(shù)。在大多數(shù)環(huán)境中存在土著微生物進(jìn)行的自然凈化過程，但該過程的速度很慢，其原因是溶解氧（或其它電子受體），營養(yǎng)鹽，微營養(yǎng)物（限制性營養(yǎng)）缺乏；來自環(huán)境中的有毒化合物，消毒劑，或某些微生物的分泌物對微生物生長，繁殖的抑制；有效微生物在自然環(huán)境中，尤其是在受污染環(huán)境中常常生長較為緩慢等等，為了快速除去環(huán)境中的污染物，常常采取許多強(qiáng)化措施，如提供電子受體，添加微量營養(yǎng)，添加共代謝底物或表面活性劑，以及接種高效微生物，強(qiáng)化微生物對污染物的分解作用，這就是生物修復(fù)技術(shù)。美國普羅生物工程公司（BHN）長期致力于土壤和水體污染環(huán)境的生物修復(fù)工作，其開發(fā)生產(chǎn)的微生物促生劑（BIOENERGIZER）、解毒劑（MICATROL）、生物除藻劑（MICRO—F）等產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于城市湖泊和黑臭河涌的生物修復(fù)。[2][6][10][11][12]湖泊富營養(yǎng)化實(shí)質(zhì)上是湖泊水體中有機(jī)質(zhì)和N、P等營養(yǎng)物過剩，造成藻類過度繁殖。其必然結(jié)果是藻類數(shù)量過多，種類過低，藻類多樣性指數(shù)下降，湖泊水體上層溶解氧過高而下層溶解氧過低。研究表明，湖泊底泥對上覆水體藻相的影響是巨大的，湖泊底泥—水界面存在“活性有機(jī)質(zhì)分解—溶解營養(yǎng)鹽釋放—浮游生物吸收—活性有機(jī)質(zhì)沉降”的快速循環(huán)。底泥缺氧會(huì)造成微量營養(yǎng)釋放不出，而P卻大量釋放。要恢復(fù)其生態(tài)平衡，首先必須將多余的藻類拿出湖泊生態(tài)系統(tǒng)，并通過底泥生物氧化，促進(jìn)微量營養(yǎng)釋放，形成穩(wěn)定藻相，提高水體藻類多樣性指數(shù)。通常采用的方法是利用化學(xué)除藻劑如硫酸銅等，但化學(xué)藥劑中存在不同程度的有害物質(zhì)，對水生動(dòng)植物以及微生物都有一定影響，不利于湖泊生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[13][14][15][16]。藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)就是利用有機(jī)酸和植物油組成復(fù)合制劑，投放于湖泊水體中，使之包裹在藻類表面，形成一層包裹膜，阻止藻類獲得營養(yǎng)和能量，直至其死亡，同時(shí)向水體中投加微生物促生劑和藻類微營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑，結(jié)合湖泊人工增氧造流，底泥生物氧化技術(shù)，強(qiáng)化水體和底泥好氧微生物生長，促進(jìn)死亡藻類分解，降低水體藻類數(shù)量，提高水體藻類多樣性指數(shù)，恢復(fù)水體生態(tài)平衡。藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)包括生物除藻技術(shù)、藻類微營養(yǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)、底泥生物氧化技術(shù)和人工增氧造流等技術(shù)。通過生物除藻技術(shù)，有效地殺滅湖泊水體中多余的藻類，特別是富營養(yǎng)化水體中低等藍(lán)綠藻等優(yōu)勢種群。而不影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的其它生物。通過人工增氧造流技術(shù)，增加湖泊水體中下層溶氧，改善水生動(dòng)物生存環(huán)境，使湖泊底泥和中下層水體微生物區(qū)系由厭氧向好氧轉(zhuǎn)化，同時(shí)改變湖泊水體流態(tài)，抑制藻類生長。通過底泥生物氧化技術(shù)，增加湖泊底泥好氧微生物活性和氧化層厚度，強(qiáng)化底泥微量營養(yǎng)釋放，減少P的釋放，并將死亡藻類等有機(jī)質(zhì)分解為CO2等簡單無機(jī)物。藻類可以利用它所能得到的一切營養(yǎng)，當(dāng)細(xì)菌和藻類競爭同類營養(yǎng)時(shí)，該類營養(yǎng)濃度就會(huì)降低，當(dāng)這類營養(yǎng)的濃度降低到極限濃度以下時(shí)，某些種類的細(xì)菌和藻類將不再繼續(xù)生長，這種處于短缺狀態(tài)的營養(yǎng)被稱之為限制性營養(yǎng)。當(dāng)水體中鈣、鎂、鐵、錳或其它微量營養(yǎng)受到限制或在生物學(xué)意義上無效時(shí)，絲狀藍(lán)綠藻由于其較大的比表面積，在與單細(xì)胞浮游藻類的競爭中成為優(yōu)勢種。特別是當(dāng)湖泊水體中N、P等營養(yǎng)物過剩，而微量營養(yǎng)不足時(shí)，藍(lán)綠藻等低等藻類由于具有很大的比表面積和氣泡使它們能浮到水的表面遮住陽光，從而進(jìn)一步抑制其它單細(xì)胞產(chǎn)氧藻類的生長。絲狀藍(lán)綠藻常常會(huì)引起湖泊水體下層缺氧和毒素的問題。藻類微營養(yǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)就是向水體中補(bǔ)充微量營養(yǎng)，在生物除藻劑除去水體中大量存在的藍(lán)綠藻后，促進(jìn)其它單細(xì)胞浮游藻類生長，增加藻類多樣性指數(shù)。通過除藻—生物氧化分解—微營養(yǎng)促進(jìn)藻類多樣性—除藻—生物氧化分解—微營養(yǎng)促進(jìn)藻類多樣性……等過程，逐步形成良性湖泊生態(tài)系統(tǒng),強(qiáng)化湖泊自凈功能，達(dá)到治理湖泊富營養(yǎng)化,修復(fù)被污染湖泊的目的。生物除藻生物除藻底泥生物氧化微營養(yǎng)調(diào)節(jié)藻相生物除藻底泥生物氧化微營養(yǎng)調(diào)節(jié)藻相藻類多樣性增加生物多樣性增加底泥生物氧化能力增加湖泊自凈能力增加第一周期第二周期幾個(gè)周期藻類死亡分解死亡藻類增加藻類多樣性藻類死亡分解死亡藻類增加藻類多樣性藻類死亡分解死亡藻類增加藻類多樣性圖1：利用藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)進(jìn)行湖泊富營養(yǎng)化治理工藝流程圖fig1：theoperationflowchartofalgaenutritionblockingandbioremediationtorenovatetheeutrophicationlakes利用藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)和其它生物修復(fù)技術(shù)，成功治理了上海靜安公園、上海太平湖公園等城市富營養(yǎng)化湖泊。如2002年4月29日開始治理的靜安公園，治理前水體中N、P等營養(yǎng)物和有機(jī)污染物超過景觀娛樂用水水質(zhì)C類標(biāo)準(zhǔn)3—5倍，經(jīng)過4個(gè)月的治理，水體透明度由38cm上升至80cm以上，總共10項(xiàng)考察指標(biāo)中，8項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到景觀娛樂用水水質(zhì)C類標(biāo)準(zhǔn)，2項(xiàng)指標(biāo)接近景觀娛樂用水水質(zhì)C類標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐證明，藻類營養(yǎng)阻隔技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)效果顯著，操作簡單，在治理湖泊富營養(yǎng)化，特別是城市湖泊富營養(yǎng)化方面有其獨(dú)到的優(yōu)勢。參考文獻(xiàn)1盧全章,1987,環(huán)境和指示生物[M],日本生態(tài)學(xué)會(huì)環(huán)境問題專門委員會(huì),北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社.150-1612沈德中.2002.污染環(huán)境的生物修復(fù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社環(huán)境科學(xué)與工程出版中心.1-213劉健康.2000.高級(jí)水生生物學(xué)[M]2001.北京.科學(xué)出版社.326-3374金相燦.湖泊富營養(yǎng)化控制和管理技術(shù)[J].北京:化學(xué)工業(yè)出版社環(huán)境科學(xué)與工程出版中心.112-1515楊京平,盧劍波.2002.生態(tài)恢復(fù)工程技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社環(huán)境科學(xué)與工程出版中心.51-686徐亞同,史家樑,張明.2001.污染控制微生物工程[J].北京:化學(xué)工業(yè)出版社環(huán)境科學(xué)與工程出版中心.146-1587劉健康.1995.東湖生態(tài)學(xué)研究(2)[M].北京