中国淡水湖泊蓝藻暴发治理与预防
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第一节 国内湖泊治理后蓝藻暴发基本消除或有所减轻实例

治理湖泊蓝藻暴发是一个世界性难题,但五里湖、玄武湖、西湖、东湖、洱海和太湖、巢湖、滇池等湖泊(湖湾)的治理实践证明,通过科学治理,蓝藻暴发可以基本消除或减轻。

一、五里湖治理后蓝藻基本不暴发

五里湖,又名蠡湖,现面积8.6km2,现平均水深2.4~2.6m。入湖河道带入大量污染物;湖周围原有267hm2的鱼塘,湖中400hm2的围网投饵养鱼;由于20世纪90年代起已经完全无人罱湖泥,湖底淤泥有400多万m3,大量释放N P;1990—2000年N P总体呈持续上升趋势,多年TN超过5mg/L,其中1995年达到7.17mg/L。在湖内取水的中桥水厂不得不停止取水。在太湖中五里湖最早达到富营养和发生蓝藻暴发。2002年开始综合治理,2009年起至今已基本消除蓝藻暴发,但仍有一些“水华”、蓝藻零星聚集,水质改善至Ⅳ类,成为治理太湖水环境的典型,虽然五里湖面积比太湖小得多,但让人们看到了一个有效治理、消除湖泊蓝藻暴发的希望,增强了人们治理好太湖的信心。

综合治理措施:①控源截污,湖四周11条与外连通的入湖河道全部建闸挡污,使五里湖成为可封闭水域,污染的河水均不能入湖,基本消除生活、工业和农业污染;②清除全湖表层严重污染底泥,清除大部分蓝藻种源和减少N P释放;③生态修复净化水体,使水生植物覆盖率由2%增加至20%;④消除养鱼污染;⑤建设20km2的湖滨景观绿化风光带,削减地面径流污染;⑥有一套完整的保障措施,有专门管理机构和有资金、法制保障(具体见第八章第八节五里湖治理基本消除蓝藻暴发实例)。

二、玄武湖治理后蓝藻基本不暴发

玄武湖在1986年至2007年间发生数次间隔性的蓝藻暴发,为保证2005年10月19日全国十运会顺利召开,采取了一系列综合治理措施,以后又采取相应治理措施,2006年起蓝藻暴发程度逐步减轻,2009年后基本消除蓝藻暴发。

主要治理措施:①1990年起开始控源截污,周围企业逐步搬迁,削减大部分点源面源,控制外源入河入湖,基本封闭全部排污口;②调引长江水,1990年开始对玄武湖调水,2000年起大桥水厂开始对玄武湖生态补水,2003年起上元门水厂对玄武湖补水,日补水总能力18万~28万m3,提高自净能力和增加环境容量;③清除蓝藻,进行了黏土絮凝法和生物综合治理两种不同方法治理蓝藻暴发的试验,其中中国科学院海洋研究所的黏土絮凝法治理北湖1.24km2,上海三爱环境水务工程有限公司的生物综合治理法治理西南湖0.65km2,取得了消除蓝藻暴发比较好的效果;④实施清淤,1997年12月至1998年4月实施清淤,后在1999年至21世纪初,又结合建设东西向的玄武湖湖底隧道和南北向的九华山湖底隧道,大部分区域进行了抽干湖水清淤,清除大部分蓝藻种源;⑤生态修复,种植以水生植物为主的生态修复,主要在北湖,其次在西南湖和东湖的岸边30~200m水域种植水草,部分湖底水草生长茂盛。水草种类主要是菹草,沿岸还生长有芦苇、竹叶芦、菱等植物。由于菹草在2—4月生长较快,5—6月由于天气比较热而又相当部分植株死亡,曾在2006年4月发生菹草暴发,所以玄武湖每年在一定的时间段收获水草。

玄武湖水质经综合治理得到较好改善。目前基本消除了蓝藻暴发,部分水域由藻型湖泊变为草型湖泊,水体清澈,基本满足旅游景观的要求。2011年玄武湖的水质,透明度有50~80cm,TN、TP分别为2.26mg/L、0.08mg/L,总评仍为劣Ⅴ类。

三、太湖治理后蓝藻暴发程度总体减轻

太湖蓝藻暴发严重,年年大面积暴发,2007年太湖供水危机后,采取控源截污、打捞蓝藻、生态调水、生态清淤、生态修复五类综合工程技术措施和相应的保障措施治理后,蓝藻暴发程度大幅度减轻,使蓝藻暴发累积面积从2007年的2.9万km2减少到2009年0.79万km2,减少73%;蓝藻暴发最大面积从2007年的979km2减少到2009年450km2,减少54%;且保证了水源地供水安全。治理太湖的五类工程技术措施的技术集成和创新为湖泊蓝藻暴发治理和预防创造出一条新路子。(表4-1,具体见第八章)。

表4-1 太湖蓝藻年暴发面积 单位:km2

四、梅梁湖治理后蓝藻暴发程度减轻

梅梁湖,太湖北部的大型湖湾,124km2,水深2m,南北向,形似口袋,污染物能进不易出,偏南风把外太湖暴发后的大量蓝藻吹进来,加上本水域产生、暴发的蓝藻,所以梅梁湖是太湖中蓝藻暴发和水污染最严重的水域。1990—2000年,主要污染指标TN TP和Chl a均总体呈上升趋势。多年TN超过5.0mg/L,TP超过0.2mg/L。1990年起蓝藻第一次大暴发,以后几乎年年暴发。共发生蓝藻大暴发、大规模“湖泛”等影响供水的水污染事件六次,影响全市数百万市民的生活,每次经济损失有数十亿元。2007年起采取了一系列综合治理措施后,蓝藻暴发面积减少60%,富营养化大幅度减轻,如2011年,TP已由2006年的0.226mg/L(劣Ⅴ类)改善到0.072(Ⅳ类),削减68%;TN已由6.10mg/L改善到2.04mg/L,削减66.6%。

治理措施:①入湖河道建闸挡污和控源;②2007年起每年调水出湖7亿~10亿m3,带走全部武进港进入的污水和引入太湖湖心较好的水,增加环境容量,带走大量蓝藻;③近年清淤450万m3,清除底泥中大量蓝藻和降低淤泥N P释放率;④2007—2011年打捞百万立方米的蓝藻水,进行多次生态修复试验;⑤沿岸陆域建设100~200m宽的绿化带,减少地面径流污染(具体见第八章第八节中的梅梁湖治理减轻蓝藻暴发实例)。

五、洱海治理后蓝藻基本不暴发

洱海曾为轻度富营养,2011年以前有2次大规模蓝藻暴发,后经治理,蓝藻基本不暴发,现为中营养—轻度富营养。洱海水质已连续6年总体基本稳定保持在Ⅲ类,其中有31个月达到Ⅱ类。洱海成为全国城市近郊保护得最好的湖泊之一。

治理措施:①环湖控源截污,建设污水处理设施控制生活污水入湖,流域农业农村面源污染治理,控制种植业、养殖业污染入湖,如取消机动渔船动力设施和网箱养鱼设施;②生态修复,实施“三退三还”:“退塘还湖、退耕还林、退房还湿地”,努力保护和修复水生植物和湿地,西部湖滨带48km和东部湖湾的植物得到了修复或重建,起到有效净化水体和抑制蓝藻的作用。

由于洱海的蓝藻密度处于临界值附近,如近几年有一定的外源入湖,TN 2122t、TP 162t,还有一定数量内源入水,2010—2011年Chl a为6~20μg/L,所以水域一旦有合适生境,仍可能在局部水域发生零星“水华”暴发,如2009年、2011年在东北部湖湾曾发生2次蓝藻聚集或“水华”。

六、西湖治理后蓝藻不暴发

西湖为轻度富营养,曾经2次蓝藻暴发。其中1958年发生蓝纤维藻引起红色蓝藻暴发(称“红水”),1981年发生水华束丝藻引起黑褐色蓝藻暴发(称“黑水”)。以后30多年来再没有发生蓝藻暴发,一直保持良好的透明度,可清澈见底,完全满足风景旅游的要求。

主要治理措施:①上游区域控制污染源,2002年10月至2003年9月实施了湖西综合保护工程,迁出居民、单位1000多家,大幅度减少入湖河道污染负荷。②清淤,因西湖底泥多且营养物含量很高:有机质为24.95%~68.70%、TN0.933%~1.264%、TP0.375%~0.416%。所以在1952—1958年、1978—1989年分别干湖人工清淤720万m3、机械清淤30万m3;在1999—2003年又进行一次全面清淤,清淤的面积5.54km2、数量347万m3,水深由1.65m增加至2.2m。在削减了大量淤泥释放污染负荷的同时,大量削减蓝藻种源,使蓝藻增殖数量完全达不到蓝藻暴发临界值。③调水,大量带走蓝藻,增加换水次数、水体净化能力和环境容量。④投放食藻鱼类滤食藻类。⑤生态修复,建设湖西上游湿地,种植水生植物66种、100多万株,增加了净化水体的能力。⑥挖土扩大水面积,湖西挖土方180万m3,水面积由5.67km2扩大至6.38km2。⑦设置专门管理机构,西湖水域管理处。

西湖的引水工程。1986年9月完成西湖钱塘江调水工程,当时引水30万m3/d,年引水204d、6000多万m3、换水7次/a,后由于盐潮和其他原因,实际引水少于设计数量。2003年2—9月实施了引水改建工程,主要是改造了泵站和建设了40万m3/d的沉淀净化池,使引入的钱塘江水经过减P和降浊后再进入西湖,全年的引水量也增加至1.2亿m3。目前换水次数达到8次/a。2005年钱塘江原水N P含量均较高,TN 3.08mg/L和TP 0.13mg/L,引水过程中利用絮凝和沉淀等工艺进行预处理,去除相当多的P、悬浮物和部分N,引入小南湖江水的TN 2.07mg/L和TP 0.04mg/L。湖中藻类得到一定程度的有效控制,引水后的2005—2006年各湖区的Chl a相对于引水前2002—2003年下降了11%~82%。虽然西湖的外湖(主湖区)Chl a在1998年9月、2007年7月曾分别达到170μg/L、140μg/L,但均无蓝藻聚集或暴发的现象发生。这与调水水源钱塘江水的盐度较高,某种离子或微量元素增加等原因是否影响蓝藻的生长繁殖、微生物对蓝藻的竞争有关,有待研究。

七、武汉东湖现蓝藻不暴发而官桥湖仍蓝藻暴发

东湖,水面积为34km2,距长江5km,通过北部的青山港与长江相连。平均水深2.78m,最大水深4.8m,流域面积97km2。20世纪60年代后期东湖被用堤坝分为郭郑湖、汤林湖、后湖、牛巢湖等若干个主要湖区,期间有小水道相连,保持相对独立。东湖是著名的风景旅游区。本节所述涉及的东湖水面积为28km2,不含其他部分分散或基本独立的水域。

专家估计东湖的富营养化在20世纪六七十年代即已经形成,污染负荷主要通过排污口直接排入湖内。污染负荷来源主要是生活、工业、地面径流等城市污水。以后通过控源截污等措施治理入湖的污染负荷逐渐减少。如控制蓝藻暴发的主要营养指标TP由1963年0.1mg/L升至1976年0.6mg/L,甚至升至1984年的1.3mg/L,1985年以后TP开始下降,但1996—2000年仍有0.25~0.5mg/L。

动植物。水生维管束植物很少;湖中鱼类比较多,主要为鲢鱼、鳙鱼,食鱼性鱼类很少。

蓝藻和藻类。从20世纪50—80年代蓝藻和藻类数量逐渐增加,蓝藻从非优势种逐渐变化为优势种。1956年、1957年主要为甲藻和硅藻,蓝藻和绿藻为少数;20世纪60年代蓝藻和绿藻两者的密度已经超过一半;70年代末至80年代初鱼腥藻、丝束藻和微囊藻等蓝藻已经成为优势种或绝对优势种,如1979—1982年蓝藻的生物量一般在10~20mg/L。

蓝藻暴发的变化。自20世纪70年代至80年代初的夏天几乎年年发生蓝藻暴发,虽然各年暴发程度可能有所不同,但蓝藻暴发总趋势逐渐加重,蓝藻死亡的臭味非常难闻,很大程度上影响了武汉的风景旅游、生活居住和投资环境,以后由于有效治理使蓝藻暴发有所减轻,1985年大幅度减轻,1986年蓝藻暴发程度很轻,以后直至2012年就一直没有暴发,可以说是基本消除了蓝藻暴发。此期间,东湖蓝藻数量越来越少,其生物量一直保持在低密度,如1989—2000年一直低于1mg/L;东湖的藻类优势种逐渐转变为硅藻和隐藻,且其生物量也不大,如1989—2000年一直在3~4mg/L。

消除蓝藻暴发原因。①基本原因是控源截污,基本封闭全部入湖排污口,削减TP 60%~80%。②主要原因是大量养殖鲢鱼、鳙鱼滤食蓝藻,湖泊以修复鱼类为主的水生态系统。养殖鲢鱼、鳙鱼滤食削减蓝藻数量也有一个从少至多的过程,因为养殖鲢鱼、鳙鱼是人工放养,逐年投放鱼苗,鱼数量和总重量由少至多,鲢鱼、鳙鱼滤食蓝藻数量也由少逐渐增加,但随之排放鱼粪量也增加,富营养化程度随之升高;以后随着人工投放数量的增加使鲢鱼、鳙鱼滤食蓝藻数量增加,又随着捕捞量的增加,把大量的N P等营养物质带出水体。如东湖的捕鱼量,20世纪50年代为39kg/hm2,1971年为124kg/hm2,以后采取了一系列提高鱼产量的措施,1997年达到1068kg/hm2,较1971年增加8倍多,同时在水中保有高密度的鲢鱼、鳙鱼数量。③引长江水的净水减藻作用。④植物净化水体的作用,东湖的植物很少,所以其净化水体的作用也很有限。⑤结果是东湖基本消除了蓝藻暴发和降低营养状况至一定程度,保持了水体美观,达到一定的清澈透明程度,满足了旅游景观和生活居住要求。

东湖的经验和启示。东湖大量养殖鲢鱼、鳙鱼滤食消除蓝藻暴发的实践经验:只要环境条件许可,鲢鱼、鳙鱼是消除蓝藻暴发的一种有效的生物措施。启示:只要条件和水质目标许可,不一定把N P降至很低才能消除蓝藻暴发,只要把N P降至一定程度也能消除蓝藻暴发。

东湖水域控源截污力度不均匀。东湖28km2经治理至今基本不发生蓝藻暴发。但东湖南部的湖湾官桥湖约4km2左右水域至今仍蓝藻暴发较严重,几乎年年蓝藻暴发。

官桥湖仍蓝藻严重暴发的可能原因:①控源截污力度不够,仍有入湖排污口存在或污水通过雨水管道排入;②水生态修复措施强度不够,种植植物面积较少、放养食藻鱼类较少,水底生长沉水植物很少;换水少;③曾用微生物等技术治理,但因选择的微生物种类达不到目标,所以效果不佳;④其营养程度较高,又无法大量削减蓝藻数量使蓝藻密度降低至不暴发程度,故近几年连续发生蓝藻暴发。

东湖和官桥湖鲜明对比。东湖和官桥湖基本为连在一起的湖泊,现在经治理后前者至2011年28年基本没有蓝藻暴发,后者近年连续蓝藻暴发,鲜明对比,值得深思,应认真总结经验教训,采取科学治理措施消除官桥湖蓝藻暴发。

八、其他湖库治理后蓝藻不暴发或减轻

(一)庐山如琴湖现蓝藻不暴发

如琴湖,人工控制湖泊(水库),庐山的一个著名风景点。2007年曾发生蓝藻暴发,原因是日渐发展的旅游业增加了生活污水的排放量,湖中N P浓度逐渐增加,藻密度逐渐增加逐步达到蓝藻暴发的程度。后采取有效治理措施,2008年以后再没有发生蓝藻暴发。

主要治理措施:①采用高效复合微生物治理,降N减P,杀死蓝藻。高效复合微生物是采用清源宝科技公司的,其2007年5月17日(治理前的初夏)与2008年7月22日(治理后的盛夏)的治理效果比较:Chl a从460~914mg/m3下降为31.6~38.8mg/m3、TN从9.77~16.02mg/L下降为0.82~0.88mg/L、TP从0.34~0.67mg/L下降为0.31~0.46mg/L,基本消除蓝藻暴发现象;②建设生活污水处理厂,提高污水处理标准;③清淤;④种植物和养鱼等一系列修复生态措施。

(二)浙江桥墩水库经治理蓝藻不暴发

桥墩水库,面积2.63km2、水深16m、容积0.51亿m3,1997—1998年水体富营养化,TN 0.649mg/L(最大2.61mg/L、劣Ⅴ类)、TP 0.027mg/L(最大0.055mg/L、Ⅳ类),1997年7月局部水域首次发生蓝藻暴发,蓝藻占全部藻类的99.2%,主要为微囊藻,蓝藻密度为1.26亿cells/L;1998年4月全部水域发生蓝藻暴发。后经治理,2000—2001年起就无蓝藻暴发。

消除蓝藻暴发主要原因。①控源截污。②大量投放鲢鱼、鳙鱼,1998年9月大量投放鲢鱼、鳙鱼的密度合计1.65g/m2,至1999年底鲢鱼、鳙鱼现存量密度合计达到34.2g/m2,期间曾经喷洒明矾水。1999年蓝藻暴发程度明显减轻,2000—2001年起就无蓝藻暴发。2000年8月较1998年同期,透明度提高2.4m,TN下降61%,TP下降59.4%,蓝藻密度从1.04亿cells/L下降为0.014亿cells/L,减少98.6%。

启示。养殖鲢鱼、鳙鱼对治理水较深或不宜大量种植植物、面积不很大的水库或湖泊的蓝藻暴发是很有效的。其中还有一个因素应该注意到,即水库是人工湖泊,在春天时候水库一般会基本用尽可利用库容,或许仅剩下死库容或比死库容多一些的库容,此时大部分的蓝藻数量也随水库泄水的水流而去。所以科学合理地调度利用水库水资源也是非常有利于减轻蓝藻暴发程度的。