长春南湖水域富营养化成因及综合治理

长春南湖水域富营养化成因及综合治理刘瑜(吉林农业大学动物科技学院水产养殖专业，长春130118)摘要：长春南湖是长春市的水上风景区和天然浴场，在旅游、娱乐和美学方面有很大的价值。20世纪60年代以前水质良好，在70年代中期开始严重恶化。本文以近年研究资料为依据，着重分析了南湖水域富营养化的原因、现今防治的对策，并对今后的工作提出可行性建议。关键词：长春南湖；富营养化；成因；治理措施1.长春南湖的概况南湖位于长春市南部（43゜51’N，125゜18’E）是一个小型半封闭式以游览、养鱼和游泳为主要目的内陆湖泊。保护区面积2.22km2，建于1935年，是人工湖泊。汇水面积14.36km2，湖面积0.91km2，昀大水深10m左右，平均水深3m，昀大库容量3.309×106m3[1]。平均水利学滞留时间270天左右。该地区属于温带大陆性气候，四季盛行东南风。每年南湖冰期约150天，无霜期140-150天。养殖鱼类年产量一般在几十吨[2，3]。自70年代起，随着入湖生活污水和工业废水逐年增加，水质开始严重恶化。水的化学、细菌浮游生物、底栖动物等指标，均超过了富营养化标准的几倍，水体处于严重的富营养状态[4，5]。1979年出现鱼类大量死亡；1980年发生“水华”；1983年6月18日湖水突然变色发臭，鱼类浮头死亡，溶解氧降至0～1.2mg·L，透明度仅有0.20m。自此，南湖已进入随时可能发生“水变”的阶段。2.南湖水域富营养化的成因2.1南湖水质现状评价2.1.1富营养化定义及成因富营养化是湖泊（水库）分类与演化方面的概念。湖泊学家一致认为富营养化是湖泊（水库）衰老的一种表现。水体富营养化是指在人类活动和自然作用的影响下，营养物质大量进人湖泊、河口等缓流水体，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，从而使湖泊（水库）生态系统和水功能受到损害和破环，给水资源在引水、工业农业供水、水产养殖、旅游及水上运输等多目标利用上带来巨大的损失[6，7，8]。富营养化的成因可分为二类：一类是在自然因素作用下，水体自身由贫营养状态向富营养状态过渡。过程缓慢冗长，要经过几千年甚至上万年才能完成。由自然因素引起的富营养化问题很少，讨论意义不大；另一类是人为因素造成的，排入含营养物质的工业废水和生活污水引起的水体富营养化现象，可在短时期内出现，危害更大[9，10]。也就是说人类活动的干扰大大加速了水体自然老化过程，使过量的营养物质进入湖泊水体，引起藻类大量繁殖，水中溶解氧下降，透明度下降，水色变深，湖水变臭，水体恶化。其问题的核心就是营养物（N、P）增加，造成导致某种优势藻类大量繁殖生长藻类过分增殖[5，11，12，13]。-1-2.2.2南湖水域富营养状态的评价目前评价湖泊营养状态的研究很多[14，15]，南湖水域富营养化综合评价首先要从众多的因子中选出与营养状态关系昀密切的因子。在此采用国家地而水环境质量标准GHZBI1999的Ⅲ类水体标准及湖泊水库特定项目标准值的Ⅴ类湖泊标准作为评价的标准COD,BOD5,T-N,T-P和NH4-N。详见表l[16]。将长春南湖划分为4个采样点，其中Ⅰ站位于南湖大桥，Ⅱ站位于南湖游泳区，Ⅲ站位于湖心岛，Ⅳ站位于四亭桥。2000年7月水质监测结果和超标倍数见表2，表3。表1五项指标的国家标准单位(mg∕L)选用因子氨氮(NH4-N)总磷（TP）总氮(TN)BOD5CODcr标准≤0.15≤0.1≤1.0≤4.0≤20表2南湖水质2000年7月份监测结果统计采样点PH透明度（m）氨氮(mg/L)总磷(mg/L)总氮(mg/L)亚硝酸盐氮(mg/L)水温(℃)BOD5CODcrⅠ站8.73510.430.130.60.06727.51037.62Ⅱ站8.72680.370.250.90.07127.5433.66Ⅲ站8.76660.380.187.60.06727.0835.64Ⅳ站8.84660.260.176.80.05727.0835.64平均8.7662.50.360.183.980.06627.257.534.94表32000年7月超标倍数采样点TNTPNH4NCODcrBOD5Ⅰ站00.306.110.881.50Ⅱ站01.504.970.680Ⅲ站6.600.806.630.641.0-2-Ⅳ站5.800.704.200.781.0注：1、本标准按国家地面水环境质量标准中Ⅲ类计。2、氨氮按非离子氨计。3、总氮、总磷按湖泊Ⅴ类标准计。总之，根据以上各因子分析，从表3可以看出：Ⅳ站由于位于污水口，污染较重，而Ⅱ站靠近出水口，水质稍好于其他几点。综合来看，长春南湖各项指标超过国家标准，属重富营养化湖泊，应加大治理力度。2.2南湖水域富营养化形成原因2.2.1营养盐来源广，生活污水和工业废水污染严重随着城市建设的发展，南湖周围修建了大量的宿舍和工厂，由于污水分流后治理措施不配套，大量生活污水和工业废水排入南湖，每年湖体受纳的污水和废水约150～200万m3，昀高年份300万m3。由于绝大多数都未经处理直接排放到湖中。因此单凭南湖的自然净化能力无法达到清污的目的。据世界经济合作与开发组织OECD的调查统计表明，世界上有80%以上的湖泊，其富营养化进程受P控制，10%受N控制[10，14，17]。磷的主要来源为家庭使用的洗涤剂，其污染强度约占磷的总污染负荷50％以上[10，17，18]。南湖附近城镇居民不断增多，含磷洗涤剂用量增加，直接导致了富营养化。南湖的污染源具体可分为：点源，雨水入口，面源。其中点源污染来自干休所，小湖出口，南湖新村，解放屯，延安大路。在延安大路和小湖是雨水入口。面源的进水来自五个方面分别是电大门前、延安大路、解放屯前、干休所农田。详细情况见表4。由于南湖水的平均深度较浅，水力冲刷系数小．水的滞留时间长，湖水交换速度慢，又同时有点源和面源污染物的排入，因此使总磷的浓度远远超过了世界公认的富营养化极限值0.03mg／L．表4南湖污染源位置及水质特性污染源位置水质特征干休所原有少量生活污水，现主要为农田，地表径流汇集形成，水量较大。季节性强，雨季大于旱季，冬季也有少量水流。小湖入口电大小湖汇入湖口，水量平稳，亦是南端人民大街雨水汇集处。汇人小湖以生活污水为主，但小湖内自净能力强点源南湖新村少量生活污水和浅层地下水水量很少，以前为新村生活污水口。水量、污染物浓度不大。-3-解放屯少量生活污水和地表径流汇入小池塘后导入大湖，水量受季节影响很大，污染物浓度亦受放牧乳牛影响，水质有恶化趋势。延安大路原南湖昀大污染源，1987年彻底截流，1988年底挖掘底泥，水质明显好转。延安大路延安大路一带雨水主要人口，带入的TN、TP不容忽视．雨水入口小湖工农广场西南雨水入口，其中少量生活污水TN、TP较高，小湖对水中COD、SS等有净化作用．电大门前街道雨水，SS、TP、TN、COD均较高。延安大路街道雨水，SS、TP、TN、COD均较高。解放屯前雨水，有乳牛放牧，SS、TN、TP、COD相当高。干休所农田SS．COD．TN、TP较高。面源船台草木丛生，雨水水质较好．但受游客影响较大．2.2.2底质的影响南湖夏季光线充足，水温高，营养物极易释放。大量含N，P的营养物质进入湖中，被某些藻类迅速吸收，多数鱼类无法利用，形成湖底淤泥。如遇风浪，底泥受搅，悬浮物加速释放。而且由于逐年的积累每年由底泥释放到水中的P为224.0kg.因此底质中的营养盐也是引起南湖水域富营养的原因之一。2.2.3水生生物的不合理分布在透明度和水质好的情况下，各类水生生物能很好的生长，而一旦悬浮物异常增殖，透明度下降，沉水植物首先受到影响，结果是水生植物生长范围变窄，品种也趋于单一。这样又为藻类进一步增殖提供了物质基础。往往使得藻类的种数减少，仅有少数种类的对营养盐耐受性较宽的藻类能爆发性增殖[19]。南湖中出现一些污水指示生物：⑴浮游植物中典型的强耐污种蓝藻门的螺旋鱼腥藻，铜绿微囊藻[20]和水花束丝藻[3，21]。⑵浮游动物中以原生动物和轮虫为昀多，这表明水中营养物质比较丰富，是富营养水体的生物相。原生动物中缘毛目纤毛虫类如褶累枝虫、湖褶枝虫、钟虫等[1]。⑶底栖动物中，以寡毛类的水丝蚓和尾鳃蚓数量为昀多，它们对水体有机污染和缺氧都具有很强的耐受能力，是喜有机质丰富水体的耐污种，属于典型的富营养水体生物。3.长春南湖水域富营养化的治理措施3.1截流污水，建设污水处理厂-4-为防止湖区水质进一步恶化，从1981年起在延安大路等主要排污口已完成了截流工程，对工业废水、生活废水及大气降水建立了严格的分流体系，使85％的污水截流进人导流网络，从而使点源人南湖营养物质明显减少，对面源截流主要采取截洪沟拦截污水。而对于底质的治理，为了既有效清除淤泥，同时不破坏水界面上的微生物生境，保证生态系统稳定，采用静水吸泥方式，选用意大利劲马公司的吸泥装置，同时自行设汁挖泥平台。清淤面积约0.8km2，清淤工程量约80万m3，清淤时间为14个月。总投资约1000万元人民币，可以治除总氮2216t，冶除总磷286t以及铅、汞、铁、钢等重金属[4,22]。为南湖进一步治理打下了良好基础。昀新了解到南湖公园现定位于“生态型城市森林公园”。投资1亿元，将于今年完成水体改造，并实施部分绿化项目。对南湖公园东部水体的治理，将在湖底清淤的基础上，拟在湖西区、延安大路污水入口处建设一座日处理两万吨，处理深度为3级的污水处理厂；今春南湖解冻后，湖面上的8条燃油船也已被全部取缔[23]。3.2综合生态治理工程根据80年代以来的科研成果判断，南湖属于磷控制——浮游植物响应型湖泊。1992年在四亭桥西侧小湖开展了水体综合生态治理工程。将小湖分为4部分：凤眼莲养殖区、荷花区、螺蚌区、鱼蚤浮萍区。经过探索，已取得了大量科研成果。通过生态工程优化设计，以使用昀小投入取得昀佳的生态效果。具体的生态措施如下：3.2.1培植大量水生高等植物凤眼莲、水葫芦、荷花、菖蒲和芦苇等水生高等植物能吸收、迁移、代谢和富集各种化学物质。特别是水葫芦对净化水体有非常突出的效果，水葫芦增殖和生长速度很快，能吸收大量的氮、磷等营养物质，在生长季节定期地以一定比例取走水葫芦．一方面能从水体中取走养分，另一方面使水葫芦保持一定生长空间使之快速生长，以吸收更多的养分，使生长区内藻类难以生存．控制“水华”发生。使水体呈现良循环，恢复水体的各项功能。近两年四亭桥与新桥之间栽植的荷花大量繁殖，已形成了南湖的独特景观，吸引了大批游人。同时秋天收获的植株可做蛋白饲料、肥料、工业原料等，从有害的污水中获得经济效益。3.2.2合理放养滤食鱼类在不增加投饵的情况下，积极发展水域养殖，特别是多放养滤食浮游生物和有机碎屑的鳙鱼和白鲢等鱼类，既可以吞食大量的藻类和浮游动物，使浮游生物量，特别是藻类数量明显减少，达到抑制“水花’的目的，又可以通过鱼产量的途径从富营养化水体中除去大量的氮、磷等营养物质，减轻富营养化的程度[24]。实践证明，在投放密度和比例搭配合理的情况下，鱼类生长良好，既能有效除去水体中的N，P又能做到春放秋捕。达到环境效益和经济效益的双丰收[25]。3.2.3河蚌净化水质河蚌以藻类、原生动物、昆虫及水中有机碎屑为食，具有极强的过滤能力，每只蚌相当于一个小型的生物过滤器，能将部分浮游生物滤食、消化和吸收。另外部分则形成假粪便而沉积于湖底，使水质变清，透明度增高。1996年向南湖中投放了褶纹冠蚌，使部分P以有-5-机态固定在蚌体内，取得了良好的治理效果。3.3新型微生物净化剂的应用中国环境科学研究院在治理南湖环境过程中，首次尝试利用美国微生物专利产品净化湖水。具体方法是加微主物菌种“1200”21g／m3“1000”1.14g/m3，可以使透明度值由26cm升到53cm，BODs值