打捞蓝藻是治理太湖和滇池富营养化的主要措施
朱 喜
(无锡市水利局、江苏 无锡 214031)
摘要:太湖和滇池水污染和富营养化日益严重,自20世纪80年代末起蓝藻爆发,日趋严重,危害供水安全、生态安全,影响居住、旅游、投资环境。蓝藻爆发
富集N、P的功能也为人们提供一个有效清除N、P的机会。在控制外源的基础上建设蓝藻打捞(含蓝藻的脱水和资源化利用)系统。打捞蓝藻由应急措施转为长
期措施,持之以恒,作为治理太湖等湖泊富营养化和蓝藻爆发的新途径和主要措施,特别是可作为滇池进行水体净化处理、削减内源的主要措施。
关键词:蓝藻爆发;太湖和滇池;打捞;脱水;治理富营养化
太湖,面积2340km2,水深1.89m,容积44亿m3;昆明滇池,面积209.5km2,水深5.3m,容积15.6亿m3,狭长湖泊,其北部名
为草海,较浅较小,其余为外海,水较深。这两湖泊换水周期均较长,且均是闻名于世的景观湖泊,又水污染严重,并以富营养化为主要污染特征,其后果是以蓝
藻为主的藻类大爆发(下称蓝藻爆发),造成很大危害。
一、蓝藻爆发的现象和危害
1、蓝藻爆发现象
蓝藻爆发是湖泊长期的和日趋严重富营养化的产物。自20世纪80~90年代以来,由于大量外源的进入和内源污染,导致太湖、滇池水污染和富营养日益严
重。
1990年至21世纪初,太湖平均TNⅤ~劣于Ⅴ类(地表水环境质量标准GB3838-2002,下同),TPⅣ~Ⅴ类,其中2006年TN,贡湖(太
湖北部偏东湖湾),为2.82 mg/L,梅梁湖(太湖北部偏西湖湾)为6.10 mg/L(均劣于Ⅴ类),自1990年太湖发生第一次大规模蓝藻爆发
并严重危害供水后,蓝藻便年年爆发,蓝藻已占太湖藻类的绝对优势,蓝藻爆发后主要堆积在太湖北部的梅梁湖、贡湖等湖湾的岸边。
滇池近年TN 、TP分别为劣于Ⅴ类、Ⅴ~劣于Ⅴ类,其中北部水域污染严重。滇池蓝藻爆发后大量堆积于外海北部,蓝藻在湖中占明显优势。
蓝藻爆发时,水面上似绿油油一片、厚厚一层、有强烈的腥臭味、鱼虾死亡;面积在数十平方公里至数百平方公里不等;每升水中蓝藻细胞个数有数千万个至数十
亿个不等;蓝藻堆积层厚度一般1~10cm以内,爆发严重时,局部堆积厚度可达1~2m。在1990年~2007年的18年时间内采用了很多治理水体污
染的措施,但此两湖泊控制蓝藻爆发和改善水环境的收效甚微。
2、蓝藻爆发的危害
① 影响自来水厂制水,大量蓝藻堵塞自来水厂滤网、通道,严重影响制水能力;② 严重影响水源地安全,由于蓝藻大量死亡、消耗水体氧气,及大量死蓝藻沉
入湖底,进行厌氧生化反应而引发“湖泛”,使湖水发臭发黑。如2007年5月29日至6月初在太湖贡湖湾南泉水厂取水口附近发生大规模蓝藻爆发及引发太
湖有史以来最大规模的强烈的“湖泛”,使湖水大面积发臭,形成震惊国内外供水危机,严重影响无锡市区200余万人的饮用水安全(1);③ 部分蓝藻具有
藻毒素,在自然状态下藻毒素降解十分缓慢,其中藻毒素MC-RR、MC-LR在自然存放30天后的含量仍分别高达1410、510µg/kg(2),有
害人体健康,但藻毒素在厌氧发酵情况下容易降解;④ 蓝藻已成为太湖、滇池的藻类以至生物中最有竞争力的绝对优势种群,其它生物已无法与之抗衡,蓝藻爆
发严重危害湖泊水环境、水生态,使鱼类、沉水植物和其他生物死亡或严重影响其生长;⑤ 严重影响居住、旅游、投资环境。
3、影响蓝藻爆发因素
蓝藻爆发的原因尚无确切定论。影响太湖蓝藻爆发主要因素如下:
⑴ 基本条件是水体富营养化,即N、P达到一定浓度,如达到TP>0.05mg/L,TN>1.2mg/L,蓝藻就可能大规模爆发。而蓝藻不爆发,则须
TP<0.02mg/L,TN<0.07mg/L(3)。
⑵ 蓝藻易爆发的气温,一般专家认为为日平均气温高于200c,但近几年资料表明日最高气温20~250c也可能爆发。每年蓝藻爆发的时间为,太湖
8~9个月,滇池10~11个月。
⑶ 风和水域形状,风影响蓝藻的浮沉和使蓝藻顺风向漂浮,造成蓝藻在湖湾的聚集、堆积。
⑷ 其它:光照,晴天繁殖快;水动力条件较小易爆发,包括风生流、吞吐流的流速较小和波浪较小等;降雨,可降低水温、增氧和蓝藻下沉;和水温、水位、水
深、气压也有关。
⑸ 蓝藻每年的第一次爆发时间和以后的生长繁殖速度与底泥中蓝藻活细胞的数量、密度及其冬眠苏醒时间也有关。
影响滇池蓝藻爆发主要因素与太湖大致相仿,但有差异,主要是滇池年均气温、水温高,蓝藻生长繁殖更快,滇池南北方向的形状更适合蓝藻在东南风或南风作用
下堆积于外海北部。
二、治理湖泊富营养化和蓝藻爆发的措施
主要措施:⑴ 基本措施为控制和减少外源(主要为生活、工业、农业污染和地面径流污染)入湖;⑵ 必要而重要措施为控制和削减内源(主要为清除蓝藻、清
淤);⑶ 重要措施之一为调水,可增加环境容量,合理路径的调水可以防治蓝藻在取水口等重要水域的聚集、堆积;⑷ 重要措施之二水生态修复,其中水生植
物可与蓝藻竞争营养和净化水体,部分鱼类可以直接吃掉一些蓝藻(4)。
各湖泊治理富营养化和蓝藻爆发的综合措施相仿,但由于各湖泊周围及内在环境条件的不同,其治理措施不尽相同,或措施先后顺序不尽相同,或相同措施削减污
染负荷的贡献不等。太湖应按上述⑴-⑷项措施实施。而滇池则有差异:控制外源是基本的;削减内源中清除蓝藻是第一位的,清淤第二位;调水,由于水源距离
远,高差大,投资大,在近期难以实施;水生态修复,由于水较深,且透明度不高,不适合大规模修复沉水植物,但可以种植漂浮植物水葫芦等(需注意其残体的
收获和资源化利用),在蓝藻爆发期间,大量养殖鱼类也是效果不佳,所以近期水生态修复仅可为试验阶段,以后逐步扩大。
三、蓝藻爆发富集N 、P的功能和打捞蓝藻的必要性
蓝藻是原核生物界的优势门类,就是以后当外源N、P入湖得到基本控制,但由于内源的存在,此时湖泊底泥和水体所含N、P仍能引起蓝藻爆发,所以如何降低
湖泊富营养化和应对蓝藻爆发已成为世界性难题。
蓝藻富集N 、P的功能,为人们提供一个有效清除N 、P的机会。蓝藻的生长、繁殖和爆发期(以下称爆发期)是在光照下富集N、P和积累有机质的时期,
蓝藻成为N 、P载体,不会污染水体,如梅梁湖2008年8月进行的一次蓝藻水监测,此时蓝藻爆发而没有死亡,蓝藻水经0.45µm滤膜过滤后余水的
TN、TP分别为0.62mg/L(Ⅲ类)、0.065mg/L(Ⅳ类),较梅梁湖该年均值TN2.57 mg/L(劣于Ⅴ类)、TP0.112
mg/L(Ⅴ类)分别减少75.9%、42%,说明蓝藻在爆发期能大量富集N、P,只要清除蓝藻后,湖水就能得到很好的改善;蓝藻死亡后则是污染期,大
量释放N、P和有机质,严重污染水体和底泥,成为内源。所以蓝藻爆发期和死亡期是水体营养盐和有机质的富集、转换过程。其中,有机质由于蓝藻的光合作用
也是增加的过程;蓝藻是唯一能利用分子态氮进行生物固氮的藻类(3),所以N也是增加的过程。若不采取有效措施清除蓝藻,则蓝藻的爆发现象将呈日益严重
的趋势。
打捞蓝藻(含蓝藻的脱水和资源化利用)是保护湖泊的必要措施。直接打捞水体中蓝藻,并移出水面,是简单而有效的物理清除蓝藻法。打捞蓝藻应在爆发期实
施,此时降低N、P效果最好。打捞蓝藻也是学术界中对治理蓝藻没有争议的唯一方法,2007年8月中国环境科学院在昆明召开的“高原湖泊富营养化治理研
讨会”,与会专家形成共识:一是治理蓝藻就是治理富营养化,是富营养化湖泊内源治理的重要手段;二是治理蓝藻的方向是机械清除。综上所述,打捞蓝藻是削
减湖泊内源、治理富营养化和清除蓝藻的有效措施,能逐步有效解决蓝藻爆发的世界性难题。打捞蓝藻也是贯彻落实太湖、滇池流域水环境综合治理总体方案的需
要。
蓝藻的打捞、脱水(即藻水分离)和资源化利用三者是一个整体,密不可分。其原因是:因打捞的蓝藻水均应运往无害化处理或资源化利用处,蓝藻脱水后含同等
干物质的重量仅为脱水前的1/20~1/40,使运输成本大幅降低;资源化利用目前主要是蓝藻发酵制肥料和生产沼气,以后可向资源化利用深度发展;蓝藻
脱水和资源化利用也是消除打捞上来的蓝藻水对周围或下游的水体、陆地及环境的二次污染,减少占用耕地,有利于打捞蓝藻工作顺利开展。
蓝藻脱水后称为藻泥,用成熟的云南“德林海”技术进行脱水后的蓝藻含水率:太湖为80~85%,滇池为85~90%;无锡蓝藻脱水后的余水,N、P等主
要指标均能达到Ⅲ~Ⅳ类,可直接回排入湖;“德林海”的蓝藻打捞(泵吸式)与脱水联合运作技术也是湖泊水体净化处理的一种有效办法,特别适合于滇池进行
水体净化处理。
太湖和滇池在全国率先进行了大规模的蓝藻打捞、脱水和资源化利用工作,进展顺利,并在技术上取得重大突破。太湖流域的无锡市,以及常州市、苏州市、湖州
市,2007~2008年为打捞蓝藻起步和试验阶段,由人工打捞转变为机械打捞,并由应急措施转为长期措施,共打捞蓝藻水(蓝藻与水的混合体)73万
m3(含水率99~99.9%),全部实施了无害化处置和部分进行了脱水和资源化利用。滇池,2008年基本采用机械打捞,共打捞蓝藻水80多万m3
(含水率99.5~99.9%),大部分实施了脱水,部分实施了无害化处置和资源化利用。
四、展望和效益
今后,由于政府重视,大量投入,大力推广,打捞蓝藻量会大增,治理蓝藻爆发和富营养化的进度会加快。
1、太湖
至今太湖打捞蓝藻已经投入2亿多元。2007~2008年太湖打捞蓝藻已使梅梁湖和贡湖的TN较2006年降低了10%以上。今后将购置百套(条)蓝藻
打捞设备和运输船,建设10余座固定式蓝藻脱水站或购置移动式蓝藻打捞、脱水船,使蓝藻打捞、脱水的处理能力达到10万m3/d以上,全部藻泥进行资源
化利用。估计太湖年打捞蓝藻水今后可达到100万m3(全部折合含水率99.5%计),可得蓝藻干物质5000t,干物质中含N、P分别为6.7%、
0.68% ,10年共可清除N、P分别为3350t、340t,相当于太湖水域2340km2的TN累计削减0.71mg/L,TP累计削减
0.077mg/L,而大量打捞蓝藻的太湖北部水域,其削减N、P的幅度将大幅度高于此值,使水质大幅度改善,在同时有效控制外源的基础上,使太湖水在
2020年全面达到Ⅲ~Ⅳ类。
2、滇池
滇池打捞蓝藻,作为治理内源和富营养化的主要措施应大力发展,在注重控制外源的基础上,应在时间和投入上应予优先安排,有两种方案可选择:
方案一:滇池水体全面进行净化处理方案
采用“德林海”蓝藻打捞与脱水联合技术,估计应建设40万m3/d的蓝藻脱水处理能力,蓝藻打捞设备与之相配套,其目的是在打捞、清除蓝藻的同时,进行
滇池水体净化处理,蓝藻的打捞、脱水过程即是湖泊水体净化处理过程,蓝藻脱水后能达到Ⅲ~Ⅳ类的余水均回入滇池。
水体改善水质效果估计。因为是以水体净化为主要目的,设备基本可全年运转,年运转11个月计,年可打捞、处理蓝藻水或净化水体1.32亿m3,理论上
11~12年即可使滇池水基本处理一遍,全面达到Ⅲ~Ⅳ类,满足2020年全湖Ⅳ类水的目标要求。
方案二:打捞滇池蓝藻削减N、P方案
此方案采用“德林海”技术,建设20万m3/d的蓝藻脱水处理能力,蓝藻打捞设备与之相配套,其目的是打捞、清除蓝藻及其所含N、P。
水体改善水质效果估计。设备在蓝藻较多时运转,蓝藻基本没有时不运转,估计年运转10个月,合计打捞、脱水0.3亿m3/年蓝藻水(折合含水率
99.9%计),折合干物质3万t,干物质含N、P分别为2.85%、1.06%(5),10年可累计清除N、P分别为8580t、3210t,即相当
于滇池的TN累计降低5.5mg/L,TP累计降低2mg/L,也可使2020年使滇池达到Ⅳ类水。
两方案投资和选择
方案一的设备投资需3亿元和11年的运行费用13.8亿元(运行费用以0.95元/ m3藻水计,不含蓝藻的运输和资源化利用费用,下同),合计
16.8亿元,为计划的滇池外流域调水工程投资100亿元的16.8%;方案二的设备投资需1.5亿元和运行费用4.5亿元(运行费用以1.50元/
m3藻水计),合计6.0亿元,为计划滇池外流域调水工程投资的6.0%。
上述两方案投资与滇池外流域调水工程投资相比较,并非不要建调水工程,对于年水资源量仅5.4亿m3的滇池而言,调水是解决昆明发展过程中今后供水所必
须的,应建设,但调水工程可在以后适当时候再建,或可适当减小规模,优先安排滇池蓝藻打捞工程。
根据上述分析和滇池治理比较缺资金的实情,建议优先考虑实施方案二,投资较少,又能达到水质改善的目标要求。
五、结论和建议
1、打捞蓝藻(含蓝藻的脱水和资源化利用)是在控制外源的基础上,治理湖泊富营养化和蓝藻爆发的最有效的主要措施,也是治理内源的主要措施。特别是高原
湖泊滇池打捞蓝藻的作用尤为重要,可作为湖泊进行水体净化处理的措施,应在时间和资金上优先安排。
2、打捞蓝藻必须同时进行蓝藻脱水和资源化利用,以免二次污染周围或下游水体,或污染周围环境。
3、应不断完善、改进和发展打捞蓝藻的整套技术和设备,并使用建设各类人工围隔等措施提高富集、打捞蓝藻的效率,降低运行成本。
4、由于太湖湖湾在顺风向富集蓝藻的程度远不及滇池高,所以应在太湖岸边建设适量的固定式蓝藻打捞、脱水站时,必须尽快同时配置适量的移动式蓝藻打捞、
脱水船,直接打捞、处理太湖中间水域的蓝藻,才能进一步增加打捞蓝藻的数量。
5、打捞蓝藻必须与控制外源的基础工作,调水和水生态修复工作相协调。以及与其它清除蓝藻技术适当结合。
6、改善体制机制和合理补贴。建立以削减蓝藻干物质的考核目标和统计制度,推进蓝藻打捞计量标准化;如《江苏省环境资源区域补偿办法(试行)》,削减
N、P污染物分别每吨补偿10万元,可参考,以调动各级和社会治理蓝藻的积极性。打捞蓝藻的关键是持之以恒和加大投入,蓝藻打捞为公益事业,应以补贴为
主,逐步过渡到市场化运作。
参考文献:
(1) 朱喜。2007年第7月, 第7期,太湖蓝藻大爆发的警示和启发,上海企业
(2) 江苏农业科学院,2008年12月,无锡唯琼农业集团有限公司蓝藻生产沼气发电工程技术总结
(3) 谢平,2008年7月,太湖蓝藻的历史发展与水华灾害,科学出版社
(4) 朱喜等。 2007年8月,无锡市水资源综合规划报告
(5) 云南德林海生物科技有限公司,2008年12月,昆明滇池“德林海”藻水分离工程技术总结,P23
作者简介:
朱 喜:(1945--),男,江苏无锡人,高级工程师,多年从事水资源、水环境规划工作和治理蓝藻工作。
E-mail:
zhu...@yahoo.com.cn电话:13861812162(手机),0510-85010474(办公室);传真:0510-85046869
地址:无锡市运河东路288号水利大厦706室。 2009.10.26