[科普中国]-湖泊污染

背景知识

湖泊是地球上重要的淡水蓄积库, 地表上可利用的淡水资源90%都蓄积在湖泊里。因此湖泊与人类的生产、生活密切相关, 具有很重要的社会、生态功能, 如调水防洪, 生产、生活水源地, 水产养殖, 观光旅游等。同时, 一些湖泊还是生物多样性最为丰富的湿地生态系统的一部分, 为各种生物提供了宝贵的栖息地。湖泊可分为自然湖泊、人工湖泊( 水库) 。由于湖泊特定的水文条件, 如流速缓慢、水面开阔等, 使湖泊在水环境性质、物质循环、生物作用等方面与河流等水环境有不同的特征。2

污染现状近20 年来, 随着我国经济的快速发展, 对湖泊资源的开发、利用规模和速度都大大加强, 影响了湖泊的自然进化过程, 对湖泊生态系统造成严重的破坏。随着我国社会经济和城市化进程的快速发展, 湖泊水环境污染问题日益突出。根据全国水资源综合规划评价成果, 全国84 个代表性湖泊营养状况评价结果表明: 全年有44 个湖泊呈富营养化状态, 占评价湖泊总数的52.4%, 其余湖泊均为中营养状态。湖泊保护与污染治理已成为我国环境保护的重点, 加大污染源控制在一定程度上遏制了污染和生态环境恶化的势头,但根据国家的经济发展和未来规划, 湖泊污染和退化的形势不容乐观。2

2006年我国环境状况公报显示，七大水系（辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江、长江）国控网监测的197条河流408个监测断面中，I～III类水质占46%，Ⅳ、Ⅴ类水质占28%，劣V类水质占26%。水体污染特征多为有机型，主要污染指标为高锰酸盐指数、石油类和氨氮等。另外，27个国控重点湖（库）中，满足Ⅱ类水质的湖（库）2个（占7%），Ⅲ类水质的湖（库）6个（占22%），Ⅳ类水质的湖（库）1个（占4%），Ⅴ类水质的湖（库）5个（占19%），劣Ⅴ类水质的湖（库）13个（占48%）。3

主要特征湖泊的主要污染问题及特征如下：

富营养化导致湖泊富营养化的污染源、途径非常多, 包括城市生活污水、工业废水、污水处理厂排放物、地表径流、农业生产排水、大气干湿沉降等。湖泊富营养化是湖泊污染最常出现的一种状况。富营养化是湖泊水体由于接纳过多的氮、磷等植物营养盐物质、使湖泊生产力水平异常提高的过程, 表现为藻类及其他生物异常繁殖, 水体透明度和溶解氧含量下降, 导致水质恶化, 影响了湖泊的供水、养殖和娱乐等功能。水生植物的大量繁殖, 还加速湖泊的淤积、沼泽化过程。

湖泊有毒有机物污染工业污染源是目前最大的有机物污染来源, 包括工业“三废”排放、农业中各种农药的大量使用、生活废水的直接排放。这些有机物通过地表径流、大气—水体交换、大气干湿沉降和地下水渗入而进入湖泊。进入湖泊的有机物由于物理、化学及生物过程而迁移、转化。生物迁移和转化是湖泊系统中有毒有机污染物产生环境危害的重要方式, 这些物质具有疏水性, 可以在生物脂肪中富集。因此, 即使湖泊中含量很低, 也可以通过水生食物链, 造成持续性的毒性作用, 甚至通过食物链为害人体健康。

重金属污染重金属通过工业废水、农业排水等污染源, 进入到湖泊水体中。湖泊中的一些重要过程控制着重金属的迁移转化和环境毒性效应, 如颗粒物的沉积作用、沉积物再悬浮、泥—水界面反应等。水环境中的重金属倾向于从溶解相转移到固相。湖泊的静水环境加强了湖泊悬浮颗粒物的沉积。湖泊中的悬浮颗粒物吸附重金属而沉积到底泥中, 这个作用可降低重金属的生物有效性。对于扰动强烈的湖泊, 沉积物的再悬浮使重金属回到上覆水体, 增加了水体中重金属的生物有效毒性, 成为污染内源。

湖泊酸化工业生产和生活中各种能源使用产生的SO2、氮氧化合物被氧化后产生的酸性物质, 通过大气干湿沉降进入水体,当湖泊水体的pH 值小于5.6 时, 水体呈酸化状态。水体酸化, 主要对水生生物造成危害, 当pH 值小于5.5时, 鱼类生长会受阻, 甚至造成鱼类生殖功能失调, 繁殖停止。同时, 还会引起沉积物中有毒重金属元素的活化, 导致湖泊水环境中重金属浓度升高和生物活性增强。2

修复技术湖泊污染源可分为外源和内源。从一开始, 湖泊外源污染的控制和治理就引起人们的重视。经过多年的研究和实践, 外源控制技术已取得了一定实效。但外源控制并没有实质性改变湖泊受污染的状况, 很多研究表明, 这是由于湖泊沉积物中污染物的释放造成的, 特别是内源磷释放造成的湖泊富营养化问题。因此, 内源控制技术逐渐引起人们的重视。

不同污染物内源释放机制不同, 如沉积物中氮释放主要与沉积物中有机氮化合物的分解程度、速率以及随后细菌参与的无机形态氮的相互转化有关; 沉积物中磷、重金属元素与沉积环境的氧化———还原条件有关; 生产力高的富营养化湖泊表层有机质分解的磷释放可能是沉积磷活化更新的主要机制; 而沉积物中的持久性有毒有机污染物则与底栖生物毒性暴露和食物链传递有关。不同类型湖泊中, 污染物的影响方式和程度也不同, 浅水湖泊中风浪引起的悬浮作用是沉积物中污染物释放的主要过程, 而深水湖泊中污染物的释放主要与物质形态、湖泊季节性分层和理化性质有关。因此, 不同类型、主要污染因子不同的湖泊, 其内源控制技术及污染恢复技术也不同。

根据近年来的研究和实践, 主要有以下几种污染恢复技术：

湖泊沉积物疏浚湖泊沉积物疏浚被认为是降低湖泊污染物负荷最有效、直接的措施。瑞典Trummen 湖通过疏浚工程降低90%总磷负荷, 而美国的Lilly 湖疏浚后总磷的消减率达到55%。但是, 并不是所有的疏浚都能达到理想的效果, 1998 年南京玄武湖清淤, 采取沿湖污水停止输入、抽干水清淤的方法,清淤后半年内湖水的透明度、COD 和总磷基本不变。疏浚底泥的环境效果与疏浚方法有关, 疏浚主要考虑降低沉积物中的污染负荷。因此, 要对沉积物中的污染物种类、含量分布、剖面特征、沉积速率、化学及生态效应有详细的调查和分析, 确定疏浚的范围和深度。

沉积物覆盖技术在污染沉积物表面覆盖一层物质, 把沉积物和水体隔开, 达到控制污染物释放的目的。覆盖物可以是低污染的沉积物、沙砾, 或各种材料组成的复合层。起作用的机制主要是颗粒物对污染物的吸附作用, 减少水动力或生物扰动,覆盖层造成的无氧环境利于某些厌氧细菌对有机污染物的降解。覆盖技术相比别的控制技术, 花费低, 适用于有机、无机处理, 对环境潜在的危害小; 但其工作量大, 需要大量的清洁泥沙, 来源困难。同时覆盖会增加底泥的量, 使湖泊库容变小, 因而该技术不太适用于湖泊底泥污染的治理。

湖泊理化性质改善湖泊的理化性质影响着湖泊中各种物理、化学及生物过程, 进而影响各种污染物的内源释放。通过投加一些化学试剂以改善湖泊的理化性质, 如酸碱度和溶解氧含量, 以达到控制内源释放的目的。向湖泊投加铁盐、铝盐, 可以通过吸附或絮凝作用与水体中的无机磷酸盐共沉淀; 但沉淀的铁磷化合物在还原条件下有可能重新活化再次释放。而铝盐与磷酸盐结合相对牢固, 可在变化范围较大的水环境中稳定存在, 甚至在完全氧化的环境中也较稳定。如果铝的加入量足够大, Al(OH) 3 可在沉积物表层形成“薄层”, 从而阻止磷释放。

污染湖泊的生态恢复（1）湖滨带生态恢复

湖滨带是湖泊水域与流域陆地生态系统间的过渡带, 是湖泊重要的天然屏障, 不仅可以有效滞留陆源输入的污染物, 还有净化湖水水质的功能。湖滨带生态恢复的目的是恢复湖泊的完整性, 包括湖滨带物理环境的修复、挺水植被的快速组建和水生群落的优化三大方面。

（2）水生生态恢复

湖泊水生植被是由生长在湖泊浅水区和湖周滩地上的沉水植物群落、浮叶植物群落、漂浮植物群落、挺水植物群落及湿生植物群落共同组成。水生植被的演化随湖泊环境的变迁而演化, 同时也能反作用于湖泊环境, 在一定程度上影响湖泊环境的演化方向和速度。因此,湖泊水生植被恢复是根据湖泊生态环境条件和需要, 在生态系统受损的湖泊环境基础上重构良性的水生生态, 包括湖泊环境的工程改造和水生植物恢复两方面内容。2