水体富营养化控制技术研究综述

郭昊 宋有涛

（辽宁大学环境学院，辽宁沈阳 110036）

1 引言

水体富营养化是指湖泊、水库等水体在自然和人类活动的干预作用下，对水体有害的营养盐物质大规模在水体中富集，导致了湖泊、水库等水体营养盐升高、水质和水生态受到不利影响的现象［1］。我国水体富营养化的现状不容乐观，富营养化水体的湖泊占总数的比例已经高达77%。在我国重点监测的湖泊当中，水体中的营养盐成分超出标准范围已经成为常态，其中很大一部分的水体已经严重到产生水华等灾害。近年来，人类活动导致的富营养化引起恶性的蓝藻水华事件引起人们强烈的关注［2］。目前世界上普遍认同的水体富营养化定义是：湖泊、河口和海湾等缓流水体富含丰富的氮、磷等营养物质，水体中浮游生物及藻类大量繁殖，导致水体含氧量和透明度下降，鱼类等水生生物骤减的现象。本文从物理法、化学法、物理化学法和生物法等治理方向综述了湖泊、水库等水体富营养化的水处理和改善技术应用的优点和缺点，探讨了上述水处理工艺的应用前景［3］。

2 控制方法

2.1 物理法

2.1.1 稀释

稀释是指向营养盐含量不达标的水体中引入优质水，来达到稀释不良水体的目的。此法只能短期内改善水体的富营养化状况，短暂提升水质的各项指标。如果外源和内源污染不能得到长期的控制与处理，引用外界水源稀释的状态不能长期保持下去，那么处理的效果则会大打折扣。

2.1.2 吸附

吸附是利用比表面积高的材料吸附目标水体中的藻类，实现富营养物质的转移和富营养化水体的净化。比较常用的吸附材料主要有活性炭、粉煤灰，水滑石和砂石等材料也经常被用作富营养化水体的主要吸附剂。曾淦宁等研究证明，由于纳米级活性炭纤维组织结构的良好吸附功能，可以有效去除富营养化湖泊及水库中的多种污染物来达到净化的目的［4］。

2.1.3 膜处理法

膜过滤技术的原理是通过外部施加的压力作为主要能量，利用膜的渗透过滤作用实现藻类和污染物质与富营养化水体的分离。超滤膜工艺技术处理富营养化湖泊水体的实验表明，此技术对藻类等污染物的去除率十分高，净化的效果远远超出常规工艺。膜过滤法对藻类去除效果十分出色，缺点是易被有机污染物等杂质堵塞，所以材料消耗成本很高。

2.2 化学法

2.2.1 氧化法

化学氧化剂可以有效地氧化破坏藻细胞结构，干扰藻类进行正常有效的新陈代谢作用，最终导致藻类细胞失去生理的活性而死亡，达到抑制水体富营养化的作用。常见的抑制水体富营养化的氧化剂包括氯气（Cl2）、过氧化氢（H2O2）和臭氧（O3）等。

2.2.2 非氧化法。

铜离子对藻类具有很强的毒性，这是由于铜离子可以和藻类污染物中的含硫基团产生明显的结合效果，从而可以扰乱藻类污染物的日常代谢功能和正常的生化反应，对藻类的生长起到了有效的抑制作用。美国和加拿大等国家通常采取硫酸铜（CuSO4）试剂法来处理污染水体。由于铜离子在一定程度上可以对水生动物造成不良作用，所以可使用铜基化合物来治理水体。这项技术的主要缺点是以铜离子作为处理剂会对水体造成二次污染。

2.3 物理化学法

2.3.1 混凝沉淀

向富营养化水体投加混凝剂，其水解的产物与湖泊中的藻类等颗粒性的污染物质产生电性中和的反应来达到脱离稳定的去污染物效果。混凝剂可以使水体中的富营养物质和杂质等污染物聚集，使它们受重力影响而沉淀，进而达到去除污染物的效果。常见的水体投入水处理药品有铁系混凝剂、铝系混凝剂和黏性土壤等，其中铁系混凝剂的应用范围是最广的。如高铁酸盐这种试剂同时具有氧化、混凝和沉淀污染物等多种降污功能，并且这种试剂具备投加剂量小、效率高和去污染物效果快的多种优势，不仅效率和效果突出，成本也能控制在合理的范围内，缺点是容易对部分设备产生腐蚀的作用。

2.3.2 气浮

气浮是常见的运用物理化学法处理水体富营养化的工艺。气浮法应用高度分散的小型气泡作为载体来附着污染水体中的各种藻类污染物，通过改变藻类污染物的密度从而使污染物分离的一种方法。气浮法去除富营养化水体中的藻类等污染物效果显著，通常可达68%以上。但是气浮工艺对处理温度不高、浑浊程度较低、营养化程度高的水体环境时的净化效果最好；当水体中的浊度超100 NTU 时，其分离效果的稳定性下降，出水量往往达不到要求［5］。

2.4 生物法

2.4.1 水生植物修复

水生植物修复法是通过恢复改善水生态系统中植物群落结构，使水生植物对营养盐等污染物吸收或自我利用，达到提升水质的效果。水生植物还可以为多种微生物供给大量的优良的附着场地，故而可以使水生态系统逐渐演变成良性的物质能量循环过程。此外，特定的水生植物还可以产生某种化感物质使藻类的生长趋势得到有效的减弱，让藻类的繁殖得到有效的控制。且水生植物所构成的良好生态系统还兼具了截流、保水净化等效果，使水体保持良好的生态环境。在污染水体的生态修复研究中，实际使用频率较高的生物主要包括挺水植物、浮叶植物和沉水植物等。浮叶植物不仅能对营养盐产生优秀的吸附效果，还兼具了景观方面的良好特点，因此这项技术在污染水体改善中的应用效果已取得公认。沉水植物由于全部处于水面以下，所以对营养盐物质的吸附效果最好，沉水植物已成为各国水处理技术的热点方向［6］。这种技术的缺点是处理周期较长，对生物量的大小和处理效果的掌控有待提高。

2.4.2 水生动物修复

水生动物主要包括鱼类、蚌类等能对水体产生净化效果的动物。其中鲢鱼和鳙鱼都是常见的滤食性鱼类。鲢鱼主要滤食浮游植物，鳙鱼以浮游动物为主要食物。水生动物对水体净化技术的特点是成本低、技术简单、操作简易，缺点是鱼类和浮游动物等生物处理技术对藻类的净化效果并不稳定，有可能会对当地产生生物入侵的不利影响。这种技术对水体富营养化的处理周期较长，不适合短期处理。

3 结语

湖泊、水库的水体富营养化是广泛关注的生态问题，随着越来越多的新技术产生，水体富营养化研究逐渐深入。目前富营养化等现象的机理研究还有很大的发展空间，水体的富营养化处理工艺在不同的环境中有着不同的特殊效果。因此，水体富营养化控制与治理应参照当地的水温和气候条件来进行适合的多种技术融合处理。同时也应积极探索新技术，来应对我国逐渐加重的水体富营养化趋势。