☆13 治水创新技术之1：水库、湖泊等水体治理与水资源保护创新技术由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“湖泊水库水体修复技术”。
治水创新技术之1
水库、湖泊水体治理与水资源保护创新技术
治水不单是污染后的水质治理，更重要的还是从源头上控制水质，保护好我们赖以生存的水资源，尽量减少污染源向水体排污以及防止水环境质量下降，是治水的首要任务，使我们避免总是处于水环境被严重污染后恶化才治理、水质久治不愈的境地。
由于历史的原因，现在我们许多人已经习以为常的是，不少作为水源地或者风景名胜区的水库、湖泊，水体蓝绿藻疯长、严重富营养化。采用传统方法进行水体除藻与富营养治理的难度很大，而且维护比较麻烦，不稳定。
这里介绍的水库、湖泊水体治理和水生生态修复的创新技术，打破过去固有观念的束缚，优选先进的实用技术，集成为水质治理新技术方案，能够快速改善水库、湖泊水环境，维护简单，效果稳定。
一、水体治理的难点
蓝绿藻疯长，水面形成一层绿色膜状藻类漂浮层（称为“水华”），有异味，藻类产生毒素，水体富营养及其引起的蓝藻水华暴发是当今世界的环境灾害之一，而且发生的频率与严重程度都呈现加快的趋势。富营养化是水体水质变坏的先兆，接下来就是黑臭。水库、湖泊等水体富营养化，不但破坏景观，甚至直接影响区域饮用水安全。
湖泊是建设“适宜生活居住，适宜创业发展”的园林城市的资本。如果一个城市有湖泊，那是一个城市之福。水华暴发给了我们警示，我们在利用和开发湖泊的功用的同时，需要—个符合可持续发展要求的水体治理和管理方法，保持城市湖泊的生态健康。
江河湖海是否清澈不仅是环境保护成就的反映，更是衡量一个国家、一个地区的经济实力、社会发展水平和文明程度的重要标志。云南大理有一句话：“洱海清，大理兴。”推而广之，当江河湖海恢复清澈之时，也就是中国经济社会实现科学发展之日。（注：引用于我国“十二五”环保规划纲要。）
实施水环境综合治理，彻底消除水体富营养化，保护水资源、尤其是保护好饮用水源，还本地区人民靓丽的水库、湖泊和优美的环境是一项生态工程、民生工程，是实现科学发展，全力打造生态文明、提高生活水平的举措之一。
（一）不要以为“只要降低水体中的磷、氮等营养物浓度，就可以抑制藻类的生长” 水体治理控制藻类生长至关重要。藻类植物是水体中最易生存的物种之一，也是地球上最重要的初级生产者之一。富营养水体藻类疯长是造成水体变成污浊的墨绿色、透明度小、水质恶化、感官极差的最重要因素，甚至水面形成一层绿油漆状藻类漂浮层（蓝藻水华），有异味。水体富营养治理的难度大，第一大难点是对藻类的控制，这一直是过去难以对付的问题。
传统观念以为，富营养化引起蓝藻水华暴发，只要降低水体中的磷、氮等营养物 1 浓度，就可以抑制藻类的生长。但是，要把磷、氮等营养物降到很低（总磷0.01 mg/L，总氮0.15mg/L），难度大，代价高，实际上很难做到。此外，就算把磷、氮等营养物降到很低，水体在气温高、环境条件不利的情况下，藻类仍然会大量生长泛滥，许多治水项目都碰到这种情况。达到Ⅱ类水质作为饮用水水源地的广东南水水库、北京密云水库都发生藻类暴发。某湖进行补水和种植水生高等植物，水质好转但藻类也未能控制住。我们在治理广州鸣泉居大金钟水库，治理后水质达到Ⅲ类，有些指标达到Ⅱ类，但气温高时藻类仍然疯长而形成绿油漆状藻类漂浮带；治理武汉塔子湖、郑州CBD中心湖也发现类似的情况。因此，必须寻求简单的方法解决这个问题。
究其原因，通过调研和实践，我们归纳了以下几点：
1、早在20世纪40～50年代，科学家们就发现，当水体中总磷浓度超过0.015mg/L，总氮超过0.3mg/L时（注：这是非常低的浓度），藻类就出现恶性繁殖，藻类的繁殖量与外界输入的P（磷）与N（氮）浓度值成正比。后来，国外有专家（Sas等）进一步指出，水体中的可溶性磷一旦高于0.01 mg/L，通过降低磷的浓度对藻类生长量影响甚微。
需要注意的是，虽然水体中的磷、氮浓度很低，但在一定的环境、气候条件下，或是污染元素比例和水体中的某些离子所产生的诱发作用，藻类仍然会大量生长，仍会出现藻类过度生长的问题。密云水库是北京市主要的饮用水源地，水体的水质达到地表水Ⅱ～Ⅲ类标准，2002年暴发大面积蓝藻水华。达到Ⅱ类水质作为饮用水水源地的广东南水水库也发生藻类暴发。
2、磷是藻类生长的主要限制因子，那么，限制的尺度是多少呢？美国环境保护署在其《湖泊与水库技术指导手册——营养盐标准》中指出，在湖泊与水库中，总磷与总氮浓度分别超过0.01 mg/L与0.15mg/L时即有可能发生蓝藻水华。密云水库取水口各时期采样的结果显示，总磷的浓度>0.01 mg/L，2002年总氮的浓度>1.0mg/L，因此密云水库具备发生蓝藻水华的营养盐基础。我国地表水Ⅲ类水质标准（可以作为饮用水源）的总磷与总氮浓度指标值分别是0.2mg/L与1.0mg/L，也就是说，按我国地表水水质标准，就算达到Ⅲ类、甚至Ⅱ类标准的水体，仍然存在藻类过度繁殖而发生蓝藻水华的可能。
3、如果要将水体中的可溶性磷的浓度降低到低于0.01 mg/L，总氮浓度降低到低于0.15mg/L，难度大，代价高，费用不是一般大而是代价极其昂贵。
4、湖泊蓝藻暴发，除了水体中氮和磷的含量过高这个主因之外，还有下列的因素也非常重要，那就是污染元素比例和水体中的某些离子所产生的诱发作用。美国Roderick J.McNeil博士研究认为，水体中的N、P 浓度比在16∶1～28∶1范围，蓝绿藻就会疯长。而许多富营养水体治理后，虽然水中的磷、氮浓度很低，但N、P 浓度比大多数仍然在16∶1～28∶1范围内，蓝绿藻最高兴；虽然可以采取措施进一步降低P，破坏这个平衡，使蓝绿藻不能生长，但难度和代价颇大。另外，有些经絮凝处理的 2 污水或地表水中含有大量残留的絮凝剂及化合物，含有大量的氯、铝和化合物离子，这些水若进入湖泊中，那些离子在富营养的水体内就会诱发蓝藻暴发；而有的水体，尽管氮磷含量很高，COD、BOD都很高，却不发生蓝藻。而在太湖，由于大量的工业废水带来了铁、铜、铝等金属离子和化合物离子的诱发，造成了蓝藻不断的暴发。
此外，气温和日照，水体流动过缓，这些均为蓝藻的生长和迅速繁殖提供了条件。
综上所述，去除水体中的营养物是水体富营养治理一项重要任务，但水体治理关键是控藻，要对藻类采取有力的科学的抑制和清除措施。
（二）治理后的管理是水体治理必须要考虑的重要环节
水体治理第二大难点是水体修复要容易实施、管理简单、长期稳定、维护费低。水体富营养治理一般采用构建人工生态系统的方法来修复水生生态系统，最大的难处在于修复后的水生生态系统的维护，许多水体治理技术不成功主要表现在这里。工程实施时由专家教授主持，水体生态维持良好，移交给业主后就失控了。例如种植水生植物是一种以往研究和试用较多的方法，它是一项较为复杂的系统工程，包含目标水生植被的优化设计、适宜环境条件的创建、一系列的水生植物引种栽培与种类更替、植被管理等环节，管理要求高，水生生物的生物量平衡不容易控制，容易出现水生植物乱长，需要经常清理，若疏于管理，水生植物死亡后的残体若不及时打捞，在水中腐烂释放出有机物质和营养盐，等于前功尽弃。
我们需要的是实施容易、去除水体中污染物效率较高，能较快地修复水生生态系统，效果稳定、维护管理简便、管理费用低廉的水体治理集成技术。修复的水生态系统，移交给业主后第二年就控制不了而报废，这样的事我们不能再重蹈覆辙了。
（三）关于水生植物法的讨论
教科书所教的水体富营养治理方法中，种植水生植物是一种以往研究和试用较多的构建人工生态系统进行水体修复的方法。
优点∶①水生植物能吸收氮、磷等营养元素，有利于湖泊的营养平衡，防止湖泊富营养化。根据太湖水生植被的研究，单位面积宽阔面上水生植物吸收净化量分别为氮29.8g/m2.a，磷3.78g/m2.a。②可改变湖水与底泥之间的物质交换平衡，促使悬浮或溶解在湖水中的污染物质向底泥转移，澄清净化水质。③水生植物与浮游藻类有相互克制的特性，在水草发育比较好的水体中不易发生藻类水华现象。④通过植物的生长转移水体系统中的污染负荷。水生植物发达的根系可为微生物提供生长繁殖场所，以分解水中污染物以供植物吸收。
缺点∶①见效慢。②不能承受较大的污染负荷冲击。③管理要求高，水体中水生生物的生物量平衡控制难度较大（或者说不容易控制）。水生植物的种植面积要大于水体面积的1/4--1/3才能发挥其净水作用，若出现水生植物疯长，不但破坏了景观，而且在水生植物密集区，被覆盖的水体会因为缺氧而造成水体恶化、黑臭。④管理比较麻烦。需要经常清理、打捞，受季节影响和外界环境影响较大，容易造成循环污染。若 3 疏于管理，水生植物死亡后的残体若不及时打捞，被聚集在生物体内的污染物质重新返回到水体中，在水中腐烂释放出有机物质和营养盐，使湖水水色加深，有时还伴随着裸藻、隐藻及原生动物的大量生长，严重时下层湖水缺氧，引起鱼虾死亡。在东太湖的研究结果表明，干重500g／m2的水生植物残留时足以引起严重的茭黄水。而且，水生植物会阻碍定期清淤的顺利进行，增加清淤的难度，因而事先要加以考虑和有合适的措施。
采用水生植物修复法是一项较为复杂的系统工程，它包含了目标水生植被的优化设计、适宜环境条件的创建、一系列的水生植物引种栽培与种类更替、植被管理等环节，需要专业水平比较高的人员养护管理，任何一个环节的疏忽，都有可能使水生植物生长失控导致全面的失败，造成巨大的损失。水生植物法种植的水生植物需要占据较大的湖面面积和湖泊的有效库容（削弱了湖泊的功能），而且，为了满足植物生长的营养需要，水体通常不要很清澈。而对于水体透明度等水质指标要求较高、要有较开阔水面面积供游玩、兼有蓄洪功能的人工湖来说，依靠水生植物法为主进行水体修复，会带来亲水区域以及蓄洪有效容积减少、水体浑白、清淤困难等负面效应。种植水生植物遮盖了宝贵的水面面积，而水体对调节气候、改善环境质量的作用比水生植物大。
二、快速、效果稳定的除藻与水体生态修复（简介）
水体治理需要科技创新，另辟蹊径。可喜的是，我们已经有创新的集成技术，可以解决水体治理与维护这个大难题了。
1、控藻是关键。实践证明，藻类大部分去除后，意想不到的是，仅是控藻就可以使水体透明度提高50厘米，水色变得好看了，感官大为改善，腥臭味也没有了，这是大家都希望最快见到的水体治理效果。
超声波除藻器在雕塑公园云液湖应用，湖面藻类漂浮层很快消失，水体的颜色由墨绿色恢复到自然水体的浅绿色，透明度从10厘米增加到50厘米，藻类总密度降低了90%以上。对比其它各种杀藻方式，超声波除藻是目前使用最简单、效果保证、较理想的灭藻和抑藻方式。
2、对于溶解氧低、发黑发臭的水体，强制向水体大量充氧，提高水体的自净能力，世界上有不少成功的案例。采用高密度曝气器充氧，溶氧率极高、耗电量小、动力效率可以达到4.86 kgO2 / kwh（一般的曝气器的动力效率只有1.2-1.6 kgO2 / kwh，约1/3）。
3、水体营养盐控制
湖泊生态系统修复后，最重要的是要能够保持水体的自净能力长期稳定，而且要易于控制和管理，维护费用低。
生物过滤和固定化微生物法非常有发展前景，其中关键解决的技术是生物载体。经反复比选，我们认为，高效降解水体中氮、磷等有机污染物，最简单、最有效，而且最容易控制、效果最稳定，运行成本极为低廉的、是从美国引进、现已国产的“生态基”，应用这种生物附着面积很大、生物增效能力很强的生物载体能够以微生物为基础 4 很快达到修复水中食物链、提高水体自净能力的目的。
实际应用证明，应用这种生态基的治理工程实施容易，管理简单。通过增加或减少生态基的数量就能够调节污染负荷的承受能力，灵活方便，容易保持长期稳定的治理效果，运行费用低廉。
4、清淤和生态修复是水体治理的必要措施。一种消淤同时快速修复水生生态的技术，实际应用证实，六个月就去除淤泥30--40厘米，同时能够快速修复水生食物链，完全可以替代散发臭气、淤泥出路难、投资大的传统清淤，并且能够快速重建水体生态系统，提高水体自净能力。
超声波灭藻器与高密度曝气器技术集成，既有长效，又可以用于应急处理藻类暴发、死鱼、水体腥臭等情况，很快改观。2008年3月初，广州流花湖公园西苑湖水华暴发，多个公司试用了多种方法治理几个月都没有效果的情况下，7月下旬我们采用超声波灭藻器、高密度曝气器充氧，在还没有采用高效生物载体去除水体中营养盐，没有截污（旁边为小鸟交易市场----鸟苑，鸟粪污水排入湖）和气温甚高的情况下，到8月中旬不用一个月时间，湖面原有的绿油漆状蓝藻水华全部消失，透明度增加了50多厘米，湖边浅水区清澈见底，感官完全改善（当年10月16日广州日报曾作报道）。
水体治理需要科技创新，我们针对湖泊、水库治理的难点，从技术的的实用性和经济性出发，按照“简单、集成、特效”的创新思路，优选国内外先进的实用技术进行技术集成创新，克服了水体富营养治理和控制传统技术存在的管理难、不稳定等问题，在水体治理实践中取得出奇好的效果。
这种技术方法是，在截污治污尽量控制外源性污染的基础上，采用生物增效技术，建立与众不同的人工生态系统，即：从简单有特效的控藻入手，较快改善水体感官对于溶解氧低的，用低能耗高效充氧，较快恢复和提高水体的溶解氧，从而提高水的活性用生物增效技术实施消淤同时快速修复水生生态系统，提高水体自净能力；根据养鱼、农灌、景观、饮用水源等不同的水体功能要求，分别适度控制水体中氮、磷等营养盐。
上述优选先进的实用技术进行技术集成（根据治理对象的不同情况和治理目标有所取舍），是我们首创，通过构建人工生态系统很快修复水生生态系统，技术互补性强，用这样简单的方法就能把水体治好，而且操控容易，投资和维护费低，是一条具有中国特色的水体治理新路子。从此敢说，中、小型水库、湖泊水体治理不再是难事。
黄志刚（广东省环保基金会理事，原广州市环保局副巡视员、科技处处长）
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2012年11月
