以“食藻虫”为引导生态修复富营养化水体技术介绍及工程应用

陈晶晶

（上海太和水环境科技发展有限公司 上海 200433）

1 引言

水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需氮、磷等营养物质大量进人湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底不断沉降淤积，湖泊也会从贫营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，不过这种自然过程极为缓慢。而在现代工业生产、日常生活中，人类日趋频繁的对环境资源进行开发及利用，各行业发展迅速，大量的含氮磷的物质进入水体，并随着水体的流动，在湖泊中富集，导致富营养化大面积的出现，水体富营养化在短时间内出现。水体富营养化是一个缓慢和难以逆转的过程，是全人类面临的难题。一方面它会威胁水生态系统的平衡，导致其结构的变化和功能的退化；另一方面富营养化的水体对生产、生活带来很大危害。根据环境保护部发布的《2013年中国环境状况公报》，2013年，我国湖泊富营养、中营养和贫营养的湖泊（水库）比例分别为27.8%、57.4%和14.8%，主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。

2 常用水体富营养化防治对策

富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困难的问题，至今无单一的生物、化学和物理措施能彻底去除污水中的N和P，通常较高的常规二级生化处理法只能去除30-50%的N和P。我国水污染问题长期倍受重视，近年来国家投入大量资金，采取多种办法进行污水治理。

2.1 底泥疏浚

氮和磷在湖底存在着沉积、吸附、解吸和释放的可逆过程，两者在生物与环境之间进行着吸收利用和分解矿化的循环。底泥疏浚主要是清除淤泥表层的蓝藻及其它污染物，以快速实现富营养化水体中藻类孢子和N、P营养物质的去除。本技术属短期应急处理，无法实现水体水质的长期净化目标，另外底泥疏浚过程中将产生恶臭等二次污染，疏浚底泥后续处理仍是亟需解决的问题。

2.2 引水调水

引水调水是指向富营养化水体中引入寡营养盐、水质较好的水，冲刷置换湖内富营养水体。该方法不仅对富营养化水体中N、P等营养物质及藻类具有稀释作用，而且能够促使水体流动过程中蓝藻的去除，如太湖2007年~2010年调水带走蓝藻干物质3.7×104t。但是引水调水工程效果不能长期保持，且该方法在北方等缺水地区的可行性较差。

2.3 絮凝沉淀法

在藻型富营养化水体中投加混凝剂，利用小絮体间的吸附及网捕作用形成较大絮体，最终使藻类等污染物沉淀去除。用在富营养化水体控制中的传统混凝剂有铁系混凝剂、铝系混凝剂等。有研究提出天然物质絮凝剂粘土、壳聚糖、淀粉、纤维素具有良好的絮凝除藻效果。传统除藻絮凝化学药剂往往会造成二次污染，而且需不断投加絮凝产品。

2.4 低频超音波法

功率超声在水体中空化效应产生的高压、冲击波、声流和剪切力能够有效破坏藻类的细胞结构。不少研究关于超声波机械效应对铜绿微囊藻的即时去除，发现超声波可以安全、高效地去除藻类。但是，也有研究指出，超声波至今仍然不是控制和清除浮游蓝藻的主要手段。在混凝除藻预处理中使用低频超声波，会造成细胞内藻毒素大规模释放，同时超声波对于该浓度的藻毒素基本没有降解效果，最终将会导致水体中藻毒素的量持续上升。

2.5 水生动物操控

水生动物操控法，即利用水生动物间的捕食竞争关系，发挥水生动、植物之间相互依赖相互制约关系，构成稳定完善的生态食物链和食物网，控制水体富营养化。常用的水生动物有滤食性鲢、鳙鱼，底栖动物环棱螺，蚌类，青虾等。我国曾利用放养滤食性鱼类鲢、鳙鱼作为生物调控措施控制蓝藻水华，并取得一定成效。但有研究认为，鲢鱼主要滤取的是浮游动物、大型浮游植物和小型浮游植物群体，其摄食活动降低了微型浮游植物的捕食压力，使其营养竞争对象减少，水体浮游植物的总生物量不但没有下降反而有时增加。而且，鲢、鳙鱼的消化道内没有分解蓝藻的酶，藻体在鱼的肠道内并没有完全死亡，其通过鱼类粪便进入水体后很容易扩散，成为水体污染新的扩散源。

2.6 水生植物克藻作用

自20世纪80年代以来，我国许多专家学者对水花生、水浮莲、水葫芦、芦苇、金鱼藻、苦草等水生植物的克藻能力进行了大量研究并取得一定效果。然而，水生植物分泌的这种天然克藻物质的量很有限，被水稀释后抑藻效果随藻量的增多而失去有效作用，不能有效的缓解蓝藻大规模暴发的局势。此外、挺水、浮叶植物氧气排放到大气中，继而引起底泥中营养盐的大量释放。而且挺水植物根系发达，生物量大，湖泊填平作用强，使得湖泊老化退化，且冬季枯萎的植物残体遗留在水域会对水体造成二次污染。

3 以“食藻虫”为引导生态修复富营养化水体技术

以食藻虫为引导生态修复富营养化水体技术是一项综合技术，它的基本思路是以食藻虫吃藻控藻、滤食有机悬浮物颗粒等作为启动因子，继而引起各项生态系统恢复的连锁反应：包括从底泥有益微生物恢复、底泥昆虫蠕虫恢复、底栖螺贝类恢复到沉水植物恢复、土著鱼虾类等水生生态系统恢复，最终实现水体的内源污染生态自净功能和系统经济服务功能。其核心技术原理包括：

（1）食藻虫摄食消化水体中的藻类、有机颗粒和悬浮物，同时产生弱酸性的排泄物，进一步抑制水体藻类的生长；（2）水体藻类和悬浮物减少消失后水体透明度增加，光照可进入水底，促进水体底部沉水植物的生长，沉水植物与食藻虫可形成良好的共生关系；（3）沉水植物可吸收大量水体中过多的氮磷等富营养物质；促进氮的硝化/反硝化及磷的沉降；形成水下森林抑制底质再悬浮等多种途径达到水体生态自净能力；（4）水生植物恢复后，由食藻虫携带有益微生物向水体底部扩散，促进底泥氧化还原电位升高，有利于水生昆虫和水生底栖生物的大量滋生，在水生植物共生作用下，形成底泥营养物质的封存和生态链自净（物质能量的逐步吸收转化）；（5）再逐步向水体中引入螺、贝、鱼、虾类等高级水生动物，食藻虫和水生植物又可以被鱼、虾、螺、贝等高级水生动物吃掉，通过食物链把水体水中的氮、磷营养物质从水体中转移出，彻底降低水体中的富营养化程度，长久维持景观水体水质。

食藻虫是一种经驯化改良的可控蓝藻的低等甲壳浮游动物：大型溞(Daphniamagna)。能以水体中的蓝绿藻、腐屑、悬浮物颗粒、有害菌类等作为主要的食物来源，可迅速提高水体透明度；其排泄物为弱酸性物质，可有效降低水体pH值，抑制蓝藻的生长和繁殖；食藻虫本身又是鱼、虾等水生动物所喜爱的食物，因此打通了食物链，实现了水体富营养化物质的资源化。另外，食藻虫作为一种大型枝角类浮游动物，是一种广布种，不存在外来物种入侵等风险。一般食藻虫投放3天后即可显著提高水体透明，迅速改善水下光照条件，为水下沉水植物群落的生长及生态系统构建提供条件。这彻底解决了在富营养化水体修复过程中，由于无法改善水下光照条件而不能快速有效的构建沉水植物群落及水生态系统的瓶颈问题。

此外，我司对水生植物进行了特种培育与改良，对部分沉水植物进行了抗污能力改良、耐热性改良、耐寒性改良、耐弱光性改良，大大提高了沉水植被与水生动物对环境的适应性与极端不利条件下的承受性。其中，我司经过近7年的培育改良而成的一种沉水植物四季常绿矮苦草，具有耐低温（>0°C）、耐弱光（196 lux）、耐污染（中水）、耐高温（气温38°C）、耐盐（5‰）等特点，其不开花不结籽，根、茎、叶发达，四季常绿，具有高效吸收氮磷等污染物、光合作用强的特点。改良四级常绿矮苦草解决了水生态修复过程中，常规沉水植物品种耐污染性能差不能存活，而耐污染品种又具有季节性、景观效果较差的问题，是本公司另一项核心专利技术。

4 以“食藻虫”为引导生态修复富营养化水体工程应用

以“食藻虫为引导生态修复富营养化水体技术”为中国原创，世界首创，行业内唯一获得美国发明专利的高科技成果，该技术已成功运用于多项国家级重点水治理项目及重大科技攻关项目中，如：云南省滇池国家水专项治理、江苏省太湖水专项治理、国家“十一五”和“十二五”太湖水专项治理、北京圆明园、上海世博后滩、上海青草沙水库等水域治理及修复。先后获得上海市科技进步奖3次、上海市优秀工程咨询成果奖2次及“美国年度最高设计奖——综合景观设计杰出奖”等。目前公司业务已遍布全国50多个省市，在华南、华东、西南等区域均处于领先地位，同时已成功开拓泰国、汤加王国等国家海外市场。

本水体生态修复技术已成功运用于200多项各类富营养化水体修复实际工程中。水体生态修复工程完成后，水体终年无蓝藻、绿藻污染出现，透明度显著增加，在2m的水深范围内均可达到清澈见底，水质主要富营养指标在工程施工2个月后，无持续外来污染源情况下，能长期达到国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类。

[1]任瑞丽,乔龙.水体富营养化及其防治[J].自然科学,2014,35(4):60-63.

[2]潘红波.湖泊富营养化问题及其防治浅议[J].环境科技,2011,24(1):123-126.

[3]吴生才,陈伟民.水体富营养化的渐进性和灾难性[J].灾害学,2004,19(2):13-17.

[4]赵不凋,刘柏朱,朱晓芳,等.水体富营养化的形成、危害和防治[J].安徽农业学报,2007,13(17):51-53.

[5]吴丰昌,万国江,黄荣贵.湖泊沉积物-水界面营养元素的生物地球化学作用和环境效应[J].矿物学报,1996,16(4):403-409.

[6]朱喜.治理太湖巢湖滇池蓝藻暴发总体思路[J].第七届中国城镇水务发展国际研讨会论文集,2012:1-9.

[7]施国键,乔俊莲,王国强,张普.天然物质絮凝剂絮凝除藻研究进展[J].工业用水与废水,2009,40(4):1-4.

[8]迟巍,万成炎,彭建华,潘晓洁,陈小娟,冯坤.超声波除藻概述[J].三峡环境与生态,2012,34(6):26-28.

[9]董敏殷,乔俊莲,王国强,王瓒.低频超声波对藻毒素释放和降解的研究[J].净水技术,2008,27(6):21-23.