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朱喜:深入治理太湖 消除富营养化和蓝藻爆发(下)

* 作者: admin * 发表时间: 2021-10-26 0:47:33 * 浏览: 148

朱喜:深入治理太湖 消除富营养化和蓝藻爆发

3 治理太湖总体思路

治理太湖前后已有30余年,需要认真总结经验教训,建立信心、创新治理技术措施及其集成,深入治理太湖消除富营养化和蓝藻爆发。

目前太湖P N均未达到国家规定的水功能区目标Ⅲ类(TP 0.05mg/L、TN 1mg/L)[10]。国家生态环境部称“中东部湖区《湖泊营养物基准》”的任一时段为TP 0.029mg/L、TN 0.58mg/L、叶绿素a 3.4µg/L,藻类生长才不会危及水体功能[11],也可认为此类情况才不会蓝藻爆发。目前,太湖水质同时达到生态环境部提出的此3项指标尚有很大距离,故太湖控制P N和蓝藻爆发的任务非常艰巨。

要解决老百姓最为关注的太湖蓝藻爆发问题。美国环保署将有毒藻类爆发视作全美的“主要环境问题”[12]。2021年起要乘“十四五”规划的东风,深入治理太湖,其总体思路是“外源减量、削减蓝藻、内源减负、生态修复、科学综合”。深入治理太湖的措施包括工程技术措施和保障措施(也称非工程技术措))2类。保障措施包括行政政策、法律法规、思想观念等,是工程技术措施的保障。

3.1建立消除蓝藻爆发的目标与政策体系

以往十多年治理太湖的国家级总体方案及有关省、市各级政府的有关文件中,治理太湖的目标主要是二个确保:确保供水安全,确保不发生大面积“湖泛”,虽有控制外源、清淤、打捞蓝藻等多个分项要求,但均没有消除蓝藻爆发的目标。总体目标应是2个消除1个修复。

⑴ 消除富营养化。建议20年内消除富营养化。达到太湖水环境功能区目标Ⅲ类,其中东太湖Ⅱ-Ⅲ类[10]。

⑵消除蓝藻爆发。建议2030-2049年(建国百年之际)或早一点时候分水域消除蓝藻爆发。

⑶ 修复湿地。使植被覆盖率达到20世纪50-60年代、蓝藻爆发前的25-30%。有利于净化水体和底泥,抑藻除藻;恢复生物多样性,修复健康的生态系统。

只要具有消除蓝藻爆发的决心和信心,建立消除蓝藻爆发的目标和相应的政策法规体系,就能增强湖长、河长及科研人员消除富营养化和蓝藻爆发的主动性、责任性和积极性,鼓舞人民斗志[5.9]。

3.2加大削减外源力度

明确污水厂已成为主要点源群,所以必须加大削减以污水厂为主的一切外源的力度,要超过人口和GDP的增速。流域地方政府应就提高污水处理标准立法。

3.3 明确蓝藻已成为主要内源

30年来太湖蓝藻持续爆发、生死循环,藻密度普遍升高,增加了水体和底泥的藻源性P,藻源性P已超过原底泥的P释放量[5.8]。应该改变仅在蓝藻爆发期打捞水面蓝藻的习惯为全年打捞消除水面水体和水底蓝藻的策略。

3.4 仅依靠治理富营养化无法消除蓝藻爆发

“太湖水污染,根子在岸上,治湖先治岸”此话对治理水污染、富营养化而言完全正确;但对于治理大型浅水湖泊太湖蓝藻爆发则偏面。“治理富营养化就能消除蓝藻爆发”这一传统观点不妥。因蓝藻年年规模爆发后根子已延伸到湖泊,只有内源外源同治才能消除蓝藻爆发[4]。浅水型太湖的风浪大、底泥易释放污染,加之入湖污染负荷多等原因,只有治理富营养与消除蓝藻相结合,才能同时取得消除富营养化和蓝藻爆发的良好效果[3]。

3.5 消除蓝藻爆发必须有可靠的技术支撑

目前治理富营养化和蓝藻的技术很多,特别是当今创新许多除藻技术,只要把这些新老技术有机组合起来成为综合技术,必能同时消除富营养化和蓝藻爆发。

3.6 发挥中国能够办大事的体制优势

世界主流观点认为已发生蓝藻爆发的大型浅水湖泊仅采用治理富营养化措施难以消除蓝藻爆发,但确信中国能创造出消除太湖蓝藻爆发的奇迹,目前中国已创新大面积有效除藻的综合技术。所以治理太湖要以蓝藻爆发问题为导向,建立消除蓝藻爆发目标,发挥我国能够集中力量办大事的社会主义体制优势、财力优势、人才优势和技术优势,必能在建国百年之前分水域消除太湖蓝藻爆发。

4 深入治理太湖的工程技术措施

认真总结以往治理太湖经验教训,提高认识,与时俱进,使治理太湖的理念与观点逐步符合治理太湖富营养化和蓝藻爆发的要求。综合治理措施归纳为4部分。

4.1 加大控制污染力度

4.1.1大幅提标与减负

污水厂是太湖流域最大点源群,现污水处理最高标准一级A(TP 0.5mg/L、TN 15mg/L),明显高于太湖Ⅲ类水目标(TP 0.05mg/L、TN 1mg/L),二者之比分别为10、15倍,需大幅提标才能有效减少入湖污染负荷、满足太湖环境容量的要求。

有些人偏面认为污水厂提标难度大、投资大,不可行。污水处理提标在以往的确有相当难度,但目前污水厂提标已完全可行,因已创新出污水处理新技术,TP TN一般能达到地表水环境质量(湖库)标准的Ⅰ-Ⅲ类:如麦斯特高速离子气浮技术处理污水TP一般可达到湖泊标准Ⅰ-Ⅲ类(0.01-0.05mg/L),已在无锡城北污水厂(处理能力30万t/d)和芦庄污水厂(15万t/d)实施,效果良好,处理污水时间仅2-4分钟,不需添加化学制剂,投资小,占地少,电费0.06元/t[13];

信诺亚等公司合作研究的固载微生物技术(非有机碳源硫自养反硝化脱氮工艺)突破污水处理TN无法大幅提标的世界性难题,处理生活污水一般可达到Ⅰ-Ⅲ类(0.1-1mg/L),处理多类工业污水TN一般也可达到2-4mg/L。如在济宁汶上汚水厂(1.5万t/d)、渑池第一汚水厂(3.3万t/d)、济宁汚水厂(2.5万t/d)、邯郸东污水厂、松岗污水厂等已成功实施或试验,效果良好,处理污水时间仅40-60分钟,投资小,占地少,电费0.06元/t,微生物使用周期8-10年,不需加碳源,仅需适量补硫源[14]。

采用上述技术提标改造污水厂投资较少,若N P同时提标,其投资不超过600-800万元/万t污水处理能力。地方政府应对污水处理提标进行立法,加快太湖地区污水处理提标进度。

流域同时应提升污水处理能力以满足对全部污水进行处理的需求,其中太湖的上游区域更需要适度超前考虑;建设全覆盖的配套管网和加强污水处理系统的运行管理,如对管网全面普查,纠正管网的错接、混接、漏接,封堵排污口,全部污水均接入污水厂处理。

4.1.2 加大其他点源治理力度

全面有效控制其他点源:生活污水全部进污水厂处理,生活垃圾进行无害化处置和资源化利用;工业企业进入工业园区、污水进行高标准分类处理,废弃物进行无害化处置和资源化利用,关停并转重污染企业;规模畜禽养殖污染(污水和废弃物)进行高标准集中处理,政府给予一定补贴。

4.1.3 加大面源治理力度

积极有效治理面广量大的面源:加大治理种植业、农村生活污水和垃圾、水产养殖、航行等各类污染的力度,建设美丽乡村、农田测土配方,大量削减化肥、农药用量,推广使用有机肥,节水灌溉,以减少农田径流污染;严格控制洞庭东山、西山由于乡村旅游业迅速发展而引起的生活污水、垃圾污染入湖,减少太湖东部水域的污染;增加调水能力和科学调度以增加太湖环境容量和水体自净能力,带走部分蓝藻和污染物。同时广泛采用直接净化河道水体和底泥的治理技术。

 

4.2 创新除藻策略

削减蓝藻,降低藻密度至一定程度就可消除蓝藻爆发。消除蓝藻,降低藻密度的同时可减少磷释放,减轻富营养化和提高透明度,丰富生物多样性。

4.2.1 分水域除藻

太湖为大型浅水湖泊,平均水深仅2m多一点,难以一次性消除蓝藻爆发,分水域治理就是将太湖分为大小不等的若干个相对封闭水域进行治理[5.9],消除水面水体和水底蓝藻,就能消除蓝藻爆发。分水域消除蓝藻爆发后经2-3年持续治理、固定治理效果,就可把多个已消除蓝藻爆发的水域连成为一个无蓝藻爆发的大水域。湖湾优先治理、其后再治理其他水域,最后将太湖连成为无蓝藻爆发的水域。

4.2.2 除藻技术

除藻技术以处理蓝藻的方式一般分为3类:直接杀死蓝藻;创造不利于蓝藻生长繁殖生境;生物种间竞争。以除藻的类型分为以下8类:

⑴微粒子(电子)除藻技术

① 金刚石碳纳米电子除藻技术[15]。此技术的电极装置在加电压后释放电子,在阳光下产生光电效应、光催化作用,破坏蓝藻的细胞壁和细胞内部物质、消除蓝藻并消解蓝藻,同时可净化水体和底泥有机污染。

② 复合式区域活水提质除藻技术[16]。用活水循环、能量释放、固载土著微生物、碳纳米核磁和高级氧化等综合性技术制造的成套设备可直接消除蓝藻并消解蓝藻,同时净化水体和底泥。

③ 超声波除藻技术[17]。此技术是利用适当频率的声波在水体中产生一系列强烈的冲击波和射流,破坏、杀死蓝藻或抑制蓝藻的生长。

④ 电催化高级氧化除藻技术。是利用高性能催化材料在强大低压电流电场作用下,电击催化贵金属,与水体中物质反应,生成多类强氧化剂,有效杀死蓝藻及将其分解。

⑤ 光催化除藻技术。如石墨烯光催化生态网,利用石墨烯的光催化作用可在一定范围内控制蓝藻的生长速度。

⑥ 光量子载体除藻技术。此技术是把光量子的能量加载于载体,载体置于水中,能较长时间同时消除蓝藻和水体、底泥污染[18.19]。

⑵安全添加剂除藻技术

① 改性黏土除藻技术[20]。喷洒改性黏土水溶液,使水面、水体和水底蓝藻快速沉于水底,继而实施生态修复如种植沉水植物,以固定底泥和吸收蓝藻所含的营养物质,消除蓝藻。

② 此类技术还有天然矿物质净水剂除藻[21],食品级添加剂除藻[22],植物(中草药)化感物质制剂除藻[23]等。

⑶混凝气浮除藻技术。用混凝气浮法把蓝藻、底泥有机质混凝、气浮至水面,再打捞消除,或制成混凝气浮、打捞、分离一体化处置设备。麦斯特高速离子气浮技术也有此功效[13]。

⑷ 蓝藻底泥协同清除技术。在清除底泥时同时清除蓝藻。有雷克底泥洗脱船、气动泵吸泥除藻设备、环保型绞吸式设备等。

⑸安全高效微生物及制剂抑藻杀藻技术。目前能抑制蓝藻生长繁殖或直接杀死蓝藻的高效微生物很多,如鄂正农微生物[24]、固载微生物、TWC固载土著微生物[25]等,关键是选择安全的微生物。大麦秆等植物除藻也归于此类。

⑹改变生境除藻技术

①高压除藻技术[26]。将蓝藻进行高压处理,改变蓝藻原来的压力、温度等生境,使蓝藻在相当程度上失去生长繁殖能力、甚至死亡,达到大幅度减慢蓝藻生长繁殖的效果,此技术包括深井式和移动式2类。

②推流曝气增氧除藻技术。人工设施推流(射流)可使水体上下循环流动,使蓝藻有一定时间生活在水较深、水温较低区域,减慢其生长繁殖速度;曝气使水体增氧(包括普通、纯氧、臭氧等种类),降低N P,减慢蓝藻生长繁殖速度。

③遮阳除藻。水面上覆盖遮阳物质,减轻光合作用,减慢蓝藻生长繁殖速度或至死亡。

④降温除藻。藻类进入深水区可减慢生长繁殖速度、甚至难以繁殖,水深达到10m多(可在一定范围内人工控制水深)、水温降至9 ℃下,蓝藻难以繁殖。

⑺ 生物种间竞争除藻技术

① 植物除藻。如采用芦苇湿地、紫根水葫芦、岸伞草、沉水植物除藻。相当多植物在吸取水体和底泥N P的同时可产生化感物质抑藻除藻[4]。如紫根水葫芦除藻在滇池和太湖试验均很成功,其问题是冬季打捞、处置较麻烦。

②水生动物除藻。包括鲢鳙鱼、银鱼、贝类、浮游动物或其他动物滤食蓝藻。如鲢鳙鱼每长1kg相当于滤食30kg蓝藻,武汉东湖高密度放养鳙鱼(密度达到40g /m3水体)后于1985年就基本消除蓝藻爆发[27]。太湖2021年开始实施的禁渔行动有助于增加滤食蓝藻能力、减轻蓝藻爆发程度。

⑻治理富营养化抑制蓝藻。消减富营养化至一定程度(如TN0.59mg / L、TP 0.029mg/L)可减慢生长繁殖速度直至消除蓝藻爆发;如在洱海等深水湖泊若水质提升至Ⅰ~Ⅱ类,可直接消除蓝藻爆发。其技术包括:控源截污、调水 、常规清淤、锁磷剂、常规打捞水面蓝藻等技术。

4.2.3采用最佳除藻综合技术

治理太湖是一个庞大的系统工程,仅依靠某个单项技术无法治理好太湖,特别是消除蓝藻爆发这个世界性难题更必须采取多类(种)技术进行综合集成才能解决问题。

综合除藻即在分水域治理的基础上选用上述若干除藻技术进行合理搭配、集成创新,以取得降低藻密度的最佳效果,直至消除蓝藻爆发。上述各类除藻技术在目前或今后均具有一定的可推广性(只是适用时间、地点、面积、条件等不同),在抑藻和消除蓝藻爆发的效果、速度、彻底性等方面有差异。应根据实情选择使用、集成、推广。

上述诸多技术中首选蓝藻水土共治技术,其中以金刚石碳纳米电子除藻技术为代表,其具有可在太湖大面积推广的优势,2020年在太湖梅梁湖十八湾试验的除藻率达到93%,此技术进行较长时间运行可消除底泥有机污染及提升水质至Ⅲ类;此技术投资省,在大水体消除蓝藻爆发、提升水质、清除底泥有机污染3项的设备总投资仅为1-2千万元/km2:此技术效率高,施工管理方便,一年四季能有效发挥除藻、净水和清污泥的作用,其他类型技术与之难以相比,值得推广。此类技术还有复合区域活水提质除藻技术等。各水域特别是沿岸水域可根据实情同时配套以下技术:加压控藻、改性黏土、TWC固载土著微生物技术及混凝气浮、曝气造流、超声波、光量子载体、适度养鱼和禁渔等技术,使除藻、净水和清除底泥有机污染的效果更好。

4.3 修复生态

太湖生态系统已受到严重损毁,应全力修复,同时恢复生物多样性。

4.3.1 修复损毁的生态系统

生态系统包括水体、底泥及其生物,水域周围一定范围的陆域、地表和地下水体及其生物。修复、恢复生物多样性主要包括植物、动物、微生物、藻类的多样性,也包括削减过多的蓝藻以恢复其他藻类的多样性。

4.3.2 恢复湿地

修复太湖生态系统主要是修复湿地。湿地应该恢复至蓝藻爆发以前规模,增加200km2,占太湖水面积25-30%[4.8],修复湿地的一半要放在西太湖。

4.3.3 人工修复与自然修复湿地结合

在人工改善生境修复湿地时,应同时充分利用自然力逐步改善生境、自然恢复湿地,如湖中的部分水域可逐步自然修复沉水植物湿地;相当多水域可人工修复与自然修复湿地相结合。

4.3.4修复湿地措施

⑴ 恢复太湖西部等被围垦的原有湖滩地50km2多,在恢复西部沿岸湖滩地后,其同时可作为西部入湖河道的净水池。

⑵在改善生境后修复太湖沿岸数百米宽水域的以芦苇为主及包括沉水植物的湿地。

⑶全太湖统一调度,适当降低水位特别使冬季水位,自然修复湖中心沉水植物湿地,并结合适当抬高基底高程有利于修复芦苇湿地。

4.4 加大科研力度和资料共享

科研机构和人员在研究蓝藻基础理论的同时,加大治理、消除蓝藻爆发的应用性综合技术研究、推广;加大污水处理N P综合提标的研究;加大恢复生境和修复湿地的研究。

监测资料公开共享。环境资料能让公众自由和公开的获得,是环境决策过程中达成满意的公众介入的根本性的一步[28]。现流域内有关机构、单位(部门)监测所得的环境资料大部分由其内部掌握,使这些由政府出钱监测得的资料在相当程度上不能公开共享、发挥作用,其中仅由太湖流域管理局的网站上可以通过“太湖健康报告”免费查询到2007年及以后各年的流域水质、环境资料。所以,应建立1个或多个流域水环境网站,实行监测数据系列资料公开共享,尤如天气预报和大气质量监测网站一样实时公开共享,有利于关心太湖水环境的公众和研究人员共享选用及监督。


结束语:遵照习总书记的指示“抓好生态文明建设,攻克老百姓身边的突出生态环境问题”,希望把治理太湖消除蓝藻爆发的阶段性目标列入"十四五"生态环境保护规划和有关太湖治理的专项规划,克难攻坚,尽快解决老百姓不希望看到蓝藻爆发的问题,建设一年四季美丽的太湖。


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 作者著于2021.10.20