北極星環境修復網訊: 摘要
2007年5月29日太湖供水危機以來,由於採取了一系列治理措施,太湖治理取得明顯成效,但太湖仍存在入湖汙染負荷量大幅度超過水環境容量,蘆葦溼地面積大幅度減少,藍藻水華現象頻發等問題。總結太湖治理的經驗與教訓,提出太湖治理應創新三類技術集成思路:「雙減雙增」技術,即流域點源、面源及湖內底泥與藍藻造成的內源的「雙減」技術,增加環境容量與水體自淨能力的「雙增」技術;打撈藍藻和抑藻殺藻的「雙除藻」技術;恢復溼地及生物多樣性的「雙恢復」技術。同時,通過深入推進和全面建立湖長制,加大應用型科技支撐力度和資金投入等保障治理效果,最終達到藍藻暴發消除、溼地和生物多樣性「雙恢復」的目標。建議再次修編《太湖流域水環境綜合治理總體方案》,設置控制、消除藍藻水華暴發相關的研究課題,並將消除藍藻水華暴發目標列入其中。
關鍵詞： 藍藻水華暴發 ; 治理目標 ; 技術集成創新 ; 太湖
太湖是我國第三大淡水湖泊,流域面積為2 340 km2,平均蓄水量為47.5億m3,水深為2.03 m。20世紀70年代以來,受強烈人為活動的影響,流域生態環境受損,太湖水體受到汙染,富營養化程度加重,並出現嚴重的藍藻水華暴發(簡稱藍藻暴發)和「湖泛」等問題,致使發生2007年供水危機[1]。2007年之後,中央和地方政府投入大量資金,採取諸多治理措施,加大了太湖的治理力度,取得良好效果,近年來太湖富營養化呈減輕趨勢,供水安全得到較好保障。但每年夏季太湖依舊暴發大面積藍藻水華,水華最大暴發麵積甚至超過2007年,可見,藍藻暴發仍然是太湖主要生態環境問題。如何持續開展治理,徹底消除藍藻暴發是當前地方政府和老百姓的迫切願望。筆者對太湖水體藍藻暴發的歷史過程和治理措施及效果進行了調研,分析了太湖藍藻暴發的現狀與存在的問題,探討性地提出了消除藍藻暴發的目標及技術集成創新與應用的思路,以期為太湖藍藻暴發的控制、治理直至消除提供借鑑。
1 太湖治理歷程與現存問題
1.1 太湖治理歷程
太湖在20世紀80年代之前水質較好,之後水質逐漸下降,營養程度由貧營養逐漸上升為中營養;1987年太湖北部梅梁湖水域水質下降至GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅴ類,出現了小規模藍藻暴發,當時未採取治理措施;1990—2007年太湖水質快速下降,藍藻暴發較為頻繁,且程度較為嚴重。為改善水質和控制富營養化,20世紀90年代中後期開始治理太湖汙染,主要採取以工業汙染控制為主的控源措施,如1998年12月31日實施了治理太湖的「零點行動」,短時間內有效減少了工業點源入湖汙染負荷量,但並未減輕太湖水汙染和水體富營養化程度。2002年起實施瞭望虞河「引江濟太」調水工程,對太湖東半部水域水環境改善作用明顯,同時在中遊河道(直湖港、武進港、梁溪河等)實施建閘擋汙,大幅度減少河道汙染物入湖。這期間太湖已達中度至重度富營養水平,水生態系統嚴重退化,大部分水域生境適合藍藻生長,致使2007年藍藻暴發,其最大面積達太湖水體總面積的40%,形成「湖泛」,並造成供水危機。
2007年之後,在黨中央及地方政府的重視下,加大太湖治理投入力度並採取了一系列綜合治理措施,主要包括:1)控源截汙。流域上中遊建設汙水處理廠及配套汙水收集管網,處理標準達到GB 18918—2002《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》一級A標準;治理規模集中的畜禽養殖廢水;控制生活和工業點源,關停並轉3 000餘家重汙染企業,提高工業廢水排放標準等。2)打撈藍藻。根據歷年打撈藍藻的統計資料,估算至2017年共打撈藻水1 100萬m3(以含藻率0.5%計),並進行無害化處置或資源化利用。3)生態調水。2007—2017年望虞河「引江濟太」調水入湖93億m3,同時建設梅梁湖泵站及調水出湖89億m3,帶走大量總氮(TN)、總磷(TP)和藍藻,「引江濟太」和梅梁湖調水出湖的聯合運行有效地化解了太湖供水危機。4)生態清淤。完成清淤3 000萬m3,清除了底泥中大量TN、TP和藍藻種源,去除了「湖泛」基礎物質——有機質。5)生態修復。實施多個生態修複試驗示範工程,如東太湖修復以蘆葦為主的溼地37 km2,蘇州三山、宜興太湖沿岸等水域生態修復工程等。太湖經過10多年的治理,取得了較為明顯的成效:2016年起太湖主要入湖河流消除了劣Ⅴ類水體(河道水質評價不含TN),其中氨氮濃度達到Ⅲ~Ⅳ類[2];太湖由中度富營養改善為輕度富營養,年均水質達到Ⅳ~Ⅴ類;2017年入太湖TN、TP分別較2006年削減50.0%和19.4%;消除了貢湖水源地「湖泛」,保證了無錫市正常供水;局部水域藍藻暴發的嚴重堆積程度有所減輕。2018年起,太湖全面實施湖長制,採用技術集成綜合措施進行治理。
1.2 太湖現存問題
1.2.1 入湖汙染負荷量超過水環境容量
2017年太湖水質指標TN濃度年均值為1.60 mg∕L,TP濃度為0.083 mg∕L[2],與2013年太湖流域水環境功能區劃中規定達到Ⅱ~Ⅲ類水質目標的要求還有相當差距;太湖西部12條入湖河流2016年主要水質指標TN為劣Ⅴ類(3.45~5.00 mg∕L)、TP為Ⅴ~劣Ⅴ類[2,3]。2016年太湖入湖TN和TP汙染負荷量分別為7.44萬和0.25萬t∕a,分別是太湖水環境容量的2.65和1.56倍[3,4],入湖汙染負荷明顯超過水環境容量。
1.2.2 湖濱水域溼地生態破壞嚴重
20世紀60—70年代太湖湖濱水域和湖心溼地面積超過650 km2,植被覆蓋率佔太湖水面面積的25%~30%,由於長期破壞,溼地面積約縮減了200 km2。雖然經過10多年的修復,入湖河流和湖濱帶生態修復成效顯著,但太湖水域以蘆葦為主的溼地恢復面積有限,僅恢復了約45 km2[3,4]。
1.2.3 藍藻暴發形勢依舊嚴峻
目前太湖藍藻暴發形勢依然嚴峻,表現為暴發麵積加大、暴發時間延長。如2017年夏季全湖藍藻暴發最大面積達1 403 km2,甚至在11月仍有1 200 km2,均超過2007年的最大暴發麵積(979 km2);同期梅梁湖、竺山湖年均藻密度達到2億個∕L左右[2],較2007年增加1倍多,所以仍存在發生藍藻暴發的「湖泛」型供水危機的潛在危險。
1.2.4 技術支撐較為薄弱
在太湖藍藻暴發治理方面,已有較多專家進行了關於藍藻生長與增殖機理、藍藻死亡對生境影響等方面的研究,但對藍藻治理應用性集成技術的研究特別是降低湖體藻密度和消除藍藻暴發,提高汙水廠處理標準及湖體規模性生態修復等一系列關鍵性的技術集成綜合措施的研究較為薄弱,難以支撐太湖藍藻暴發的治理。
1.3 太湖藍藻暴發主要原因
1.3.1 獨特的自然與社會經濟特徵
太湖流域人口稠密、社會經濟發達、入湖汙染負荷量較大,加之近年來氣溫和二氧化碳濃度升高利於藍藻的增殖。
1.3.2 藍藻暴發機理認識不清
長期以來,在太湖治理中認為控磷是藍藻暴發控制的關鍵。太湖藍藻主要是微囊藻,而非固氮型魚腥藻和束絲藻,微囊藻生長不吸收空氣中的氮,因此不能認為控磷是控制藍藻暴發的關鍵;同時,由於藍藻暴發死亡後殘體大量沉降於底泥中,在水溫較高的季節,藻殘體等有機質在缺氧狀態發生厭氧反應,使底泥中不溶性磷轉化為可溶性磷釋放進入水體。因此,對太湖而言,治理藍藻暴發必須同時控制氮和磷[3]。
1.3.3 治理技術集成創新與應用不夠
太湖治理技術的創新包括單項技術創新和技術集成創新。單項技術創新僅對太湖治理起局部的或某一方面的作用,如目前治理太湖已採用了控制外源、清除底泥、調水、打撈藍藻和生態修復等措施,但沒有對各單項治理技術進行科學的技術集成創新與應用,難以達到有效消除藍藻暴發的綜合效果,所以宜將現有眾多的單項技術進行集成創新形成技術集成體系,並在分水域治理中應用。
2 太湖治理目標與思路
2.1 治理目標
太湖治理目標包括水質、藍藻暴發治理、生態修復3個方面:1)水質目標。太湖東部、西部水域水質分別從目前的Ⅳ類、Ⅳ~劣Ⅴ類逐步提高到水環境功能區目標Ⅱ~Ⅲ類、Ⅲ類[5]。2)藍藻暴發治理目標。2030—2049年分水域消除藍藻暴發。其中梅梁湖計劃在2030年消除藍藻暴發,之後其他湖灣、沿岸水域逐步消除藍藻暴發或保持藍藻不暴發。3)生態修複目標。恢復太湖蘆葦溼地面積至20世紀60—70年代的650 km2規模,也即恢復到太湖原來的水生植被覆蓋率(25%~30%),所以至少要增加150 km2溼地,以恢復相應的生物多樣性。
2.2 技術集成創新的思路
根據太湖治理的歷程,結合太湖現狀問題和特點,提出太湖治理的思路,包括消除富營養化的「雙減雙增」,打撈藍藻和抑藻殺藻的「雙除藻」,恢復溼地、生物多樣性的「雙恢復」。
2.2.1 「雙減雙增」措施
「雙減」是指減少以點源、面源為主的外源負荷入湖和減少底泥、藍藻等內源汙染釋放,促使太湖水質達標[5]。太湖流域絕大部分生活汙水和相當部分的工業廢水均進入汙水處理廠(設施)處理,但即使達到一級A標準排放時,也只能去除50%~70%的氮和磷,排放的尾水中仍有相當高的汙染負荷,因此提高汙水處理標準是太湖流域控源截汙,減少入湖汙染負荷的關鍵措施。太湖流域現有約2 000萬t∕d的汙水處理能力,太湖流域上中遊的汙水處理排放標準一般達到一級A標準,流域下遊如上海一般達到一級B標準。估算2030年流域上中遊城鎮汙水處理能力約為800萬t∕d,若排放標準仍為一級A,其排入水體的TN和TP將分別相當於太湖Ⅲ類水質時水環境容量的1.57和1.05倍,再加上沒有進入汙水處理系統的面源和點源,則更將大幅度超過太湖水環境容量。考慮到汙水處理廠(設施)排放的汙染負荷在進入太湖前會有部分被削減,估算由汙水處理廠(設施)排放的汙染負荷量約佔環太湖河道入太湖汙染負荷總量的40%[3]。因此,在建設足量汙水處理能力和全覆蓋汙水收集管網的同時,要考慮汙水處理廠排放標準的提升。
此外,還需全力削減其他各類汙染負荷。如削減未進入汙水處理廠(設施)的城鄉工業、生活和規模畜禽集中養殖等點源汙染負荷,農田種植、農村生活汙水、垃圾及廢物、水產養殖等面源負荷;大量削減化肥、農藥用量,推廣使用有機肥。
適度生態清淤是減少內源負荷的重要措施。建議清淤範圍主要在藍藻經常暴發死亡水域和河道入湖口,清淤深度一般為30~40 cm。通過清淤可減少內源氮、磷釋放及清除底泥表層藍藻種源,同時清出的淤泥可作為抬高修復蘆葦溼地基底回填土。
通過打撈消除藍藻和收穫水草去除內源負荷。現階段藍藻是太湖主要內源之一,建議在太湖北部的梅梁湖、貢湖和宜興沿岸水域用機械進行藍藻打撈,並實行藻水分離、無害化處置和資源化利用;建議在梅梁湖、貢湖和蠡湖於4—6月用人工或機械收穫以菹草為主的植物,此措施能在一定程度上削減氮、磷和有機質等汙染物。
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