[科普中國]-湖泊污染

背景知識

湖泊是地球上重要的淡水蓄積庫, 地表上可利用的淡水資源90%都蓄積在湖泊里。因此湖泊與人類的生產(chǎn)、生活密切相關(guān), 具有很重要的社會、生態(tài)功能, 如調(diào)水防洪, 生產(chǎn)、生活水源地, 水產(chǎn)養(yǎng)殖, 觀光旅游等。同時, 一些湖泊還是生物多樣性最為豐富的濕地生態(tài)系統(tǒng)的一部分, 為各種生物提供了寶貴的棲息地。湖泊可分為自然湖泊、人工湖泊( 水庫) 。由于湖泊特定的水文條件, 如流速緩慢、水面開闊等, 使湖泊在水環(huán)境性質(zhì)、物質(zhì)循環(huán)、生物作用等方面與河流等水環(huán)境有不同的特征。2

污染現(xiàn)狀近20 年來, 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 對湖泊資源的開發(fā)、利用規(guī)模和速度都大大加強(qiáng), 影響了湖泊的自然進(jìn)化過程, 對湖泊生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的破壞。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展, 湖泊水環(huán)境污染問題日益突出。根據(jù)全國水資源綜合規(guī)劃評價成果, 全國84 個代表性湖泊營養(yǎng)狀況評價結(jié)果表明: 全年有44 個湖泊呈富營養(yǎng)化狀態(tài), 占評價湖泊總數(shù)的52.4%, 其余湖泊均為中營養(yǎng)狀態(tài)。湖泊保護(hù)與污染治理已成為我國環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn), 加大污染源控制在一定程度上遏制了污染和生態(tài)環(huán)境惡化的勢頭,但根據(jù)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和未來規(guī)劃, 湖泊污染和退化的形勢不容樂觀。2

2006年我國環(huán)境狀況公報(bào)顯示，七大水系（遼河、海河、淮河、黃河、松花江、珠江、長江）國控網(wǎng)監(jiān)測的197條河流408個監(jiān)測斷面中，I～I(xiàn)II類水質(zhì)占46%，Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)占28%，劣V類水質(zhì)占26%。水體污染特征多為有機(jī)型，主要污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)、石油類和氨氮等。另外，27個國控重點(diǎn)湖（庫）中，滿足Ⅱ類水質(zhì)的湖（庫）2個（占7%），Ⅲ類水質(zhì)的湖（庫）6個（占22%），Ⅳ類水質(zhì)的湖（庫）1個（占4%），Ⅴ類水質(zhì)的湖（庫）5個（占19%），劣Ⅴ類水質(zhì)的湖（庫）13個（占48%）。3

主要特征湖泊的主要污染問題及特征如下：

富營養(yǎng)化導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化的污染源、途徑非常多, 包括城市生活污水、工業(yè)廢水、污水處理廠排放物、地表徑流、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排水、大氣干濕沉降等。湖泊富營養(yǎng)化是湖泊污染最常出現(xiàn)的一種狀況。富營養(yǎng)化是湖泊水體由于接納過多的氮、磷等植物營養(yǎng)鹽物質(zhì)、使湖泊生產(chǎn)力水平異常提高的過程, 表現(xiàn)為藻類及其他生物異常繁殖, 水體透明度和溶解氧含量下降, 導(dǎo)致水質(zhì)惡化, 影響了湖泊的供水、養(yǎng)殖和娛樂等功能。水生植物的大量繁殖, 還加速湖泊的淤積、沼澤化過程。

湖泊有毒有機(jī)物污染工業(yè)污染源是目前最大的有機(jī)物污染來源, 包括工業(yè)“三廢”排放、農(nóng)業(yè)中各種農(nóng)藥的大量使用、生活廢水的直接排放。這些有機(jī)物通過地表徑流、大氣—水體交換、大氣干濕沉降和地下水滲入而進(jìn)入湖泊。進(jìn)入湖泊的有機(jī)物由于物理、化學(xué)及生物過程而遷移、轉(zhuǎn)化。生物遷移和轉(zhuǎn)化是湖泊系統(tǒng)中有毒有機(jī)污染物產(chǎn)生環(huán)境危害的重要方式, 這些物質(zhì)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, 也可以通過水生食物鏈, 造成持續(xù)性的毒性作用, 甚至通過食物鏈為害人體健康。

重金屬污染重金屬通過工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)排水等污染源, 進(jìn)入到湖泊水體中。湖泊中的一些重要過程控制著重金屬的遷移轉(zhuǎn)化和環(huán)境毒性效應(yīng), 如顆粒物的沉積作用、沉積物再懸浮、泥—水界面反應(yīng)等。水環(huán)境中的重金屬傾向于從溶解相轉(zhuǎn)移到固相。湖泊的靜水環(huán)境加強(qiáng)了湖泊懸浮顆粒物的沉積。湖泊中的懸浮顆粒物吸附重金屬而沉積到底泥中, 這個作用可降低重金屬的生物有效性。對于擾動強(qiáng)烈的湖泊, 沉積物的再懸浮使重金屬回到上覆水體, 增加了水體中重金屬的生物有效毒性, 成為污染內(nèi)源。

湖泊酸化工業(yè)生產(chǎn)和生活中各種能源使用產(chǎn)生的SO2、氮氧化合物被氧化后產(chǎn)生的酸性物質(zhì), 通過大氣干濕沉降進(jìn)入水體,當(dāng)湖泊水體的pH 值小于5.6 時, 水體呈酸化狀態(tài)。水體酸化, 主要對水生生物造成危害, 當(dāng)pH 值小于5.5時, 魚類生長會受阻, 甚至造成魚類生殖功能失調(diào), 繁殖停止。同時, 還會引起沉積物中有毒重金屬元素的活化, 導(dǎo)致湖泊水環(huán)境中重金屬濃度升高和生物活性增強(qiáng)。2

修復(fù)技術(shù)湖泊污染源可分為外源和內(nèi)源。從一開始, 湖泊外源污染的控制和治理就引起人們的重視。經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐, 外源控制技術(shù)已取得了一定實(shí)效。但外源控制并沒有實(shí)質(zhì)性改變湖泊受污染的狀況, 很多研究表明, 這是由于湖泊沉積物中污染物的釋放造成的, 特別是內(nèi)源磷釋放造成的湖泊富營養(yǎng)化問題。因此, 內(nèi)源控制技術(shù)逐漸引起人們的重視。

不同污染物內(nèi)源釋放機(jī)制不同, 如沉積物中氮釋放主要與沉積物中有機(jī)氮化合物的分解程度、速率以及隨后細(xì)菌參與的無機(jī)形態(tài)氮的相互轉(zhuǎn)化有關(guān); 沉積物中磷、重金屬元素與沉積環(huán)境的氧化———還原條件有關(guān); 生產(chǎn)力高的富營養(yǎng)化湖泊表層有機(jī)質(zhì)分解的磷釋放可能是沉積磷活化更新的主要機(jī)制; 而沉積物中的持久性有毒有機(jī)污染物則與底棲生物毒性暴露和食物鏈傳遞有關(guān)。不同類型湖泊中, 污染物的影響方式和程度也不同, 淺水湖泊中風(fēng)浪引起的懸浮作用是沉積物中污染物釋放的主要過程, 而深水湖泊中污染物的釋放主要與物質(zhì)形態(tài)、湖泊季節(jié)性分層和理化性質(zhì)有關(guān)。因此, 不同類型、主要污染因子不同的湖泊, 其內(nèi)源控制技術(shù)及污染恢復(fù)技術(shù)也不同。

根據(jù)近年來的研究和實(shí)踐, 主要有以下幾種污染恢復(fù)技術(shù)：

湖泊沉積物疏浚湖泊沉積物疏浚被認(rèn)為是降低湖泊污染物負(fù)荷最有效、直接的措施。瑞典Trummen 湖通過疏浚工程降低90%總磷負(fù)荷, 而美國的Lilly 湖疏浚后總磷的消減率達(dá)到55%。但是, 并不是所有的疏浚都能達(dá)到理想的效果, 1998 年南京玄武湖清淤, 采取沿湖污水停止輸入、抽干水清淤的方法,清淤后半年內(nèi)湖水的透明度、COD 和總磷基本不變。疏浚底泥的環(huán)境效果與疏浚方法有關(guān), 疏浚主要考慮降低沉積物中的污染負(fù)荷。因此, 要對沉積物中的污染物種類、含量分布、剖面特征、沉積速率、化學(xué)及生態(tài)效應(yīng)有詳細(xì)的調(diào)查和分析, 確定疏浚的范圍和深度。

沉積物覆蓋技術(shù)在污染沉積物表面覆蓋一層物質(zhì), 把沉積物和水體隔開, 達(dá)到控制污染物釋放的目的。覆蓋物可以是低污染的沉積物、沙礫, 或各種材料組成的復(fù)合層。起作用的機(jī)制主要是顆粒物對污染物的吸附作用, 減少水動力或生物擾動,覆蓋層造成的無氧環(huán)境利于某些厭氧細(xì)菌對有機(jī)污染物的降解。覆蓋技術(shù)相比別的控制技術(shù), 花費(fèi)低, 適用于有機(jī)、無機(jī)處理, 對環(huán)境潛在的危害小; 但其工作量大, 需要大量的清潔泥沙, 來源困難。同時覆蓋會增加底泥的量, 使湖泊庫容變小, 因而該技術(shù)不太適用于湖泊底泥污染的治理。

湖泊理化性質(zhì)改善湖泊的理化性質(zhì)影響著湖泊中各種物理、化學(xué)及生物過程, 進(jìn)而影響各種污染物的內(nèi)源釋放。通過投加一些化學(xué)試劑以改善湖泊的理化性質(zhì), 如酸堿度和溶解氧含量, 以達(dá)到控制內(nèi)源釋放的目的。向湖泊投加鐵鹽、鋁鹽, 可以通過吸附或絮凝作用與水體中的無機(jī)磷酸鹽共沉淀; 但沉淀的鐵磷化合物在還原條件下有可能重新活化再次釋放。而鋁鹽與磷酸鹽結(jié)合相對牢固, 可在變化范圍較大的水環(huán)境中穩(wěn)定存在, 甚至在完全氧化的環(huán)境中也較穩(wěn)定。如果鋁的加入量足夠大, Al(OH) 3 可在沉積物表層形成“薄層”, 從而阻止磷釋放。

污染湖泊的生態(tài)恢復(fù)（1）湖濱帶生態(tài)恢復(fù)

湖濱帶是湖泊水域與流域陸地生態(tài)系統(tǒng)間的過渡帶, 是湖泊重要的天然屏障, 不僅可以有效滯留陸源輸入的污染物, 還有凈化湖水水質(zhì)的功能。湖濱帶生態(tài)恢復(fù)的目的是恢復(fù)湖泊的完整性, 包括湖濱帶物理環(huán)境的修復(fù)、挺水植被的快速組建和水生群落的優(yōu)化三大方面。

（2）水生生態(tài)恢復(fù)

湖泊水生植被是由生長在湖泊淺水區(qū)和湖周灘地上的沉水植物群落、浮葉植物群落、漂浮植物群落、挺水植物群落及濕生植物群落共同組成。水生植被的演化隨湖泊環(huán)境的變遷而演化, 同時也能反作用于湖泊環(huán)境, 在一定程度上影響湖泊環(huán)境的演化方向和速度。因此,湖泊水生植被恢復(fù)是根據(jù)湖泊生態(tài)環(huán)境條件和需要, 在生態(tài)系統(tǒng)受損的湖泊環(huán)境基礎(chǔ)上重構(gòu)良性的水生生態(tài), 包括湖泊環(huán)境的工程改造和水生植物恢復(fù)兩方面內(nèi)容。2