水體富營養(yǎng)化控制技術研究綜述

郭昊 宋有濤

（遼寧大學環(huán)境學院，遼寧沈陽 110036）

1 引言

水體富營養(yǎng)化是指湖泊、水庫等水體在自然和人類活動的干預作用下，對水體有害的營養(yǎng)鹽物質(zhì)大規(guī)模在水體中富集，導致了湖泊、水庫等水體營養(yǎng)鹽升高、水質(zhì)和水生態(tài)受到不利影響的現(xiàn)象［1］。我國水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀不容樂觀，富營養(yǎng)化水體的湖泊占總數(shù)的比例已經(jīng)高達77%。在我國重點監(jiān)測的湖泊當中，水體中的營養(yǎng)鹽成分超出標準范圍已經(jīng)成為常態(tài)，其中很大一部分的水體已經(jīng)嚴重到產(chǎn)生水華等災害。近年來，人類活動導致的富營養(yǎng)化引起惡性的藍藻水華事件引起人們強烈的關注［2］。目前世界上普遍認同的水體富營養(yǎng)化定義是：湖泊、河口和海灣等緩流水體富含豐富的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，水體中浮游生物及藻類大量繁殖，導致水體含氧量和透明度下降，魚類等水生生物驟減的現(xiàn)象。本文從物理法、化學法、物理化學法和生物法等治理方向綜述了湖泊、水庫等水體富營養(yǎng)化的水處理和改善技術應用的優(yōu)點和缺點，探討了上述水處理工藝的應用前景［3］。

2 控制方法

2.1 物理法

2.1.1 稀釋

稀釋是指向營養(yǎng)鹽含量不達標的水體中引入優(yōu)質(zhì)水，來達到稀釋不良水體的目的。此法只能短期內(nèi)改善水體的富營養(yǎng)化狀況，短暫提升水質(zhì)的各項指標。如果外源和內(nèi)源污染不能得到長期的控制與處理，引用外界水源稀釋的狀態(tài)不能長期保持下去，那么處理的效果則會大打折扣。

2.1.2 吸附

吸附是利用比表面積高的材料吸附目標水體中的藻類，實現(xiàn)富營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和富營養(yǎng)化水體的凈化。比較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經(jīng)常被用作富營養(yǎng)化水體的主要吸附劑。曾淦寧等研究證明，由于納米級活性炭纖維組織結(jié)構(gòu)的良好吸附功能，可以有效去除富營養(yǎng)化湖泊及水庫中的多種污染物來達到凈化的目的［4］。

2.1.3 膜處理法

膜過濾技術的原理是通過外部施加的壓力作為主要能量，利用膜的滲透過濾作用實現(xiàn)藻類和污染物質(zhì)與富營養(yǎng)化水體的分離。超濾膜工藝技術處理富營養(yǎng)化湖泊水體的實驗表明，此技術對藻類等污染物的去除率十分高，凈化的效果遠遠超出常規(guī)工藝。膜過濾法對藻類去除效果十分出色，缺點是易被有機污染物等雜質(zhì)堵塞，所以材料消耗成本很高。

2.2 化學法

2.2.1 氧化法

化學氧化劑可以有效地氧化破壞藻細胞結(jié)構(gòu)，干擾藻類進行正常有效的新陳代謝作用，最終導致藻類細胞失去生理的活性而死亡，達到抑制水體富營養(yǎng)化的作用。常見的抑制水體富營養(yǎng)化的氧化劑包括氯氣（Cl2）、過氧化氫（H2O2）和臭氧（O3）等。

2.2.2 非氧化法。

銅離子對藻類具有很強的毒性，這是由于銅離子可以和藻類污染物中的含硫基團產(chǎn)生明顯的結(jié)合效果，從而可以擾亂藻類污染物的日常代謝功能和正常的生化反應，對藻類的生長起到了有效的抑制作用。美國和加拿大等國家通常采取硫酸銅（CuSO4）試劑法來處理污染水體。由于銅離子在一定程度上可以對水生動物造成不良作用，所以可使用銅基化合物來治理水體。這項技術的主要缺點是以銅離子作為處理劑會對水體造成二次污染。

2.3 物理化學法

2.3.1 混凝沉淀

向富營養(yǎng)化水體投加混凝劑，其水解的產(chǎn)物與湖泊中的藻類等顆粒性的污染物質(zhì)產(chǎn)生電性中和的反應來達到脫離穩(wěn)定的去污染物效果。混凝劑可以使水體中的富營養(yǎng)物質(zhì)和雜質(zhì)等污染物聚集，使它們受重力影響而沉淀，進而達到去除污染物的效果。常見的水體投入水處理藥品有鐵系混凝劑、鋁系混凝劑和黏性土壤等，其中鐵系混凝劑的應用范圍是最廣的。如高鐵酸鹽這種試劑同時具有氧化、混凝和沉淀污染物等多種降污功能，并且這種試劑具備投加劑量小、效率高和去污染物效果快的多種優(yōu)勢，不僅效率和效果突出，成本也能控制在合理的范圍內(nèi)，缺點是容易對部分設備產(chǎn)生腐蝕的作用。

2.3.2 氣浮

氣浮是常見的運用物理化學法處理水體富營養(yǎng)化的工藝。氣浮法應用高度分散的小型氣泡作為載體來附著污染水體中的各種藻類污染物，通過改變藻類污染物的密度從而使污染物分離的一種方法。氣浮法去除富營養(yǎng)化水體中的藻類等污染物效果顯著，通?？蛇_68%以上。但是氣浮工藝對處理溫度不高、渾濁程度較低、營養(yǎng)化程度高的水體環(huán)境時的凈化效果最好；當水體中的濁度超100 NTU 時，其分離效果的穩(wěn)定性下降，出水量往往達不到要求［5］。

2.4 生物法

2.4.1 水生植物修復

水生植物修復法是通過恢復改善水生態(tài)系統(tǒng)中植物群落結(jié)構(gòu)，使水生植物對營養(yǎng)鹽等污染物吸收或自我利用，達到提升水質(zhì)的效果。水生植物還可以為多種微生物供給大量的優(yōu)良的附著場地，故而可以使水生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變成良性的物質(zhì)能量循環(huán)過程。此外，特定的水生植物還可以產(chǎn)生某種化感物質(zhì)使藻類的生長趨勢得到有效的減弱，讓藻類的繁殖得到有效的控制。且水生植物所構(gòu)成的良好生態(tài)系統(tǒng)還兼具了截流、保水凈化等效果，使水體保持良好的生態(tài)環(huán)境。在污染水體的生態(tài)修復研究中，實際使用頻率較高的生物主要包括挺水植物、浮葉植物和沉水植物等。浮葉植物不僅能對營養(yǎng)鹽產(chǎn)生優(yōu)秀的吸附效果，還兼具了景觀方面的良好特點，因此這項技術在污染水體改善中的應用效果已取得公認。沉水植物由于全部處于水面以下，所以對營養(yǎng)鹽物質(zhì)的吸附效果最好，沉水植物已成為各國水處理技術的熱點方向［6］。這種技術的缺點是處理周期較長，對生物量的大小和處理效果的掌控有待提高。

2.4.2 水生動物修復

水生動物主要包括魚類、蚌類等能對水體產(chǎn)生凈化效果的動物。其中鰱魚和鳙魚都是常見的濾食性魚類。鰱魚主要濾食浮游植物，鳙魚以浮游動物為主要食物。水生動物對水體凈化技術的特點是成本低、技術簡單、操作簡易，缺點是魚類和浮游動物等生物處理技術對藻類的凈化效果并不穩(wěn)定，有可能會對當?shù)禺a(chǎn)生生物入侵的不利影響。這種技術對水體富營養(yǎng)化的處理周期較長，不適合短期處理。

3 結(jié)語

湖泊、水庫的水體富營養(yǎng)化是廣泛關注的生態(tài)問題，隨著越來越多的新技術產(chǎn)生，水體富營養(yǎng)化研究逐漸深入。目前富營養(yǎng)化等現(xiàn)象的機理研究還有很大的發(fā)展空間，水體的富營養(yǎng)化處理工藝在不同的環(huán)境中有著不同的特殊效果。因此，水體富營養(yǎng)化控制與治理應參照當?shù)氐乃疁睾蜌夂驐l件來進行適合的多種技術融合處理。同時也應積極探索新技術，來應對我國逐漸加重的水體富營養(yǎng)化趨勢。