我国科学家关于湖泊水华治理的研究取得重要进展

日期 2006-04-11　来源：情况交流　作者：化学科学部王春霞　【大中小】　【打印】　【关闭】

　　在国家科技部和国家自然科学基金委员会的资助下，中国科学院生态环境研究中心潘纲研究员经过多年的努力，在湖泊富营养化治理方面取得重要进展。最近其代表性成果以3篇系列论文的形式发表于Environmental Pollution，并被国际环境领域的著名期刊Environmental Science & Technology在Technology News专栏以“Quick, cheap method for algae removal”为题做了重点介绍。ES&T评价认为“这是一种快速、廉价清除藻华的方法，特别适合于淡水有毒藻华的应急清除，而且可提供一个永久性修复遭受藻华危害的湖泊并恢复其生态的长期战略”。（February 1, 2006）　　我国是淡水资源短缺的国家，近年来，由于许多自然和人为因素的影响，排入湖库的氮、磷等营养物质不断增加，致使水体富营养化状况加剧，进而导致各地水体藻华的频繁暴发。严重的水华会覆盖水面，阻止水体中的光合作用及其与大气的交换，使水中的溶解氧浓度迅速降低，造成水生动植物的死亡以及生态和周边环境的破坏(景观和恶臭)。这些影响又进一步对周边城市的政治经济(如投资业、水产业、旅游业)产生严重破坏。同时，藻华常使水体中的藻毒素含量严重超标，这些藻毒素也是肝脏肿瘤的强诱发剂，严重威胁着饮用水安全和人体健康。如何有效地控制藻华的暴发，国内外专家投入了多年的努力，研究了多种控制藻华暴发的方法，如化学法、机械法、生物法、生态法和絮凝法等等。但是由于各种方法都存在着这样或那样的缺陷，多年来，人们一直期待着一套安全、有效、成本低、操作简便的技术能够出现。　　黏土由于其来源充足，具有天然无毒、使用方便、耗资少等特点，曾一度受到欢迎。早在1997年，就有专家在Nature上撰文指出，使用黏土除藻可能是治理藻华的最有发展前途的方法。在相关文献报道中，也能找到这种技术在日本、美国、韩国、澳大利亚等国应用的实例。但到目前为止，黏土除藻技术主要还局限于海水体系的研究和局部应急处理。面对与人们日常生活息息相关的淡水资源，许多将黏土除藻技术应用于淡水湖泊中清除藻华的尝试，都没有成功。此外，既使黏土在淡水中可以絮凝沉降水华，但由于该技术的定位是一种应急处理措施，不能防止浅水湖泊藻类的泛起、底泥的二次污染和来年水华的复发，因而仍然难以在淡水湖泊中被广泛使用，其存在的关键问题是治标不治本。　　潘纲和他的研究组将改性黏土技术与生态技术相结合提出了既能快速消除水华又能长期治理湖泊富营养化的一系列改性黏土技术。　　他们的工作是从系统研究黏土凝聚除藻的科学机理开始的。通过研究26种不同黏土与藻细胞之间的絮凝性质发现，高效黏土絮凝除藻不是通过传统的静电吸附机理，而是通过一种架桥网捕作用，就像蜘蛛网一样，将藻细胞粘网后共同沉入水底。因此，他们在架桥网捕性能方面对黏土进行改性。结果改性后的黏土不仅特别适合于淡水藻华的清除，而且黏土的投入量也从国际先进的200毫克/升，降到了10毫克/升，除藻效率达到95%以上。这种环境友好的天然改性剂可以使各种原先不具有除藻能力的黏土/沉积物变成高效除藻剂。这一技术使得利用当地黏土治理当地藻华的理想有望实现。利用当地湖泊泥土/沉积物的自我循环清除水华，不仅大大降低了治理成本，又可防止底泥过度淤积，而且由于是利用湖泊内部颗粒物固有的自我循环，因此实现了生态安全的理念。他们已在太湖“863”基地用改性岸边带土壤进行了多次实地除藻试验，每次都在数小时内达到除藻率95%以上的效果，同时大大改善了湖水的透明度。长期原位检测结果表明该技术不仅没有对湖泊生态系统造成不利的影响，而且对于水生植物的恢复有很好的促进作用。　　利用当地黏土清除当地藻华，虽然可以使黏土除藻技术运用到淡水湖泊的设想成为现实，但是如果湖泊富营养化的问题得不到解决，藻华还会不断出现。用黏土改性技术将藻华转入水底后，由于腐烂或泛起而释放出的氮、磷等，还会重新返回到水体，这样藻华的清除仍将处于治标阶段。为了解决这一传统黏土技术无法克服的困难，他们进一步提出了“改性原位土壤/沉积物水华清除-生态修复技术”。该技术是在除藻的同时播撒沉水植物草种，而且所用的土壤改性剂不仅可起架桥网捕絮凝的作用同时也是沉水植被促进剂，因而形成黏土絮凝技术与生态技术相结合的标本兼顾治理水华和水体富营养化的复合技术。该技术可通过大面积机械化喷洒同步完成清除水华、提高水体透明度、播种水生植物，而生长的沉水植被又可修复底泥二次污染抑制藻华复发，达到湖泊富营养化治理的多种速效与长效、应急与治本的连锁效果。目前该技术已经受到国际同行的高度关注，潘纲等人也就该系列技术申请了10项发明专利（其中4项已授权， 1项国际专利）。