水体富营养化和水华的控制技术研究现状

科技创新导报2014NO.31ScienceandTechnologyInnovationHerald创新视点科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald1水体富营养化本是自然条件下江河湖泊演变过程中的一个阶段，然而，随着人为作用的不断加强，大量营养物质通过各种途径进入水体，引起浮游植物和水生植物生产力增加、水质下降等一系列变化，进而对水环境功能构成威胁，即人为富营养化[1]。目前，人为富营养化已经成为全球淡水和海洋生态系统中所面临主要的环境问题之一[2]，也是当今许多国家和地区面临的十分严峻的水污染挑战。与水体富营养化相伴而生的一个最主要的后果就是藻类水华，通常是指个别浮游植物大量繁殖，生物量显著高于一般水体的平均值，并在水体表面大量聚集，形成肉眼可见的藻类聚集体[3]。有害藻类水华不仅影响水体景观，而且作为饮用水水源地时藻类产生的毒素及异味物质将会给自来水处理及饮用水安全构成严重威胁。因此，藻类水华的成因、机理及控制措施一直是学术界关注的重要科学问题之一[4-5]。面对日益严峻的水体富营养化趋势，我国各级政府投入大量的人力、物力和财力用于水体富营养化治理，并提出了“让不堪重负的江河湖海休养生息”的战略举措，取得了一定的成效。但是，由于水体富营养化问题的复杂性，我国对湖泊、水库和河流等水体富营养化及水华的机理研究和治理工作与国际上先进水平总体上差距较大，面临着许多亟待解决的关键问题。湖泊富营养化防治走过了从营养盐控制、直接除藻，到生物调控、生态工程修复等艰难历程，但是由于对富营养化问题的认识不深，这些措施在浅水湖泊的实践，效果并不如意，水华问题则愈演愈烈。该文在笔者多年研究的基础上，从物化、生物及水力三个角度对富营养化和水华的控制技术进行了综述，以期为后续研究及应用提供借鉴和参考。1物理和化学控制技术控制水体中营养盐的浓度是缓解富营养化问题的重要措施，这在全球已经普遍形成共识。在早期的控制措施中，以截污为代表的外源性营养盐及其污染控制成为湖泊和河流管理的主要措施[6]。然而，对于大多数水体，尤其是浅水湖泊，希望通过控制外源性营养盐来控制富营养化和水华暴发的努力都难以奏效。如我国的太湖、巢湖，尽管采取截污、污水改道、除磷等大量措施改善了水质，但水华问题依旧有增无减[7]。越来越多的研究发现，浅水湖泊底泥动力悬浮引起水体中氮磷浓度成倍增加，这些富含营养盐的沉积物，将源源不断地向水体输送营养盐[8]，尽管以底泥疏浚为主导的内源控制策略疏浚后产生的环境效益可能偏离人们的期望[9]，内源负荷依旧不容忽视。然而，同时控制内源和外源的氮和磷，需要花费巨大的代价，采取恰当的营养盐控制策略显得极为重要。2009年，Conley等[10]在《Science》杂志政策论坛上提出了一个极具争议性的问题，提出采用双重营养物削减战略控制湖泊、河口和海洋的富营养化，引发了学术界对这个“老问题”的再次热议。尽管对于磷控制、氮控制还是同时控制的争论依然继续[11-13]，但是面对水体富营养化问题，首先第一步仍是要基于理性的氮磷营养物控制策略[14]，对这两种营养盐进行有效的控制，并在实际的修复过程中不断调整方法。Brookers和Carey[15]认为，富营养化水体控制措施中，营养盐的削减将是一种长期的投资，且大水体中营养盐削减对蓝藻水华的抑制效果会受到沉积物营养盐再循环和长的HRT的妨碍。同时，在富营养化的浅水湖泊中成为优势种的蓝藻对外源性营养盐的控制反应迟缓[16]，再加上目前非点源污染问题的凸显[17]，使得多数依靠外源性营养盐控制富营养化和水华暴发的努力成为泡影。除了营养盐控制策略外，传统的物理和化学方法还包括机械捞藻、超声波-粉碎蓝藻细胞、放射线-杀灭蓝藻细胞、电磁电场-影响细胞活性、投加杀藻剂和絮凝剂等。陈雪初等[18]提出了以降低水下光照度为核心的遮光控制藻类技术，认为可以作为一种应急控制藻类的手段，防治藻类爆发性水体富营养化和水华的控制技术研究现状①高雅(同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司上海200092)摘要：针对我国日益严重的水体富营养化现象，从物理化学、生物和水力学三个方面对国内外富营养化和水华控制技术的研究现状进行了综述。结果表明，基于理性的氮磷营养物控制策略仍是水体富营养化控制的优先策略，科学合理的水力调度对库湾水体、城市河道抑制富营养化和控制藻类生长具有重要作用，传统的物理和化学方法及生物技术在小范围水华应急和水质维持较为有效，但一些方法的生态安全性及理论依据仍需加强研究。实际水体修复过程中仍需要不断调整方法以适用不同水体需求。关键词：富营养化水华控制技术浮游植物，调水中图分类号:X52文献标识码:A文章编号：1674-098X(2014)11(a)-0001-04ReviewofWat