中國水產門戶網報道 
    淡水湖泊遭遇水華污染之困

　　中科院一項新技術有望攻克這一難題 

　　我國的淡水資源原本就非常短缺，肆虐的藻華(水華)暴發，又使這種短缺現象雪上加霜。如何有效地控制藻華的暴發，讓人們享有安全的淡水資源和健康的生態環境，是國內外的重大需求。近日，記者在采訪中了解到，曾經作為應急措施的黏土除藻技術在中科院專家們的研制下，日前取得了新的重大進展，有望攻克這一令人頭痛的國際性難題。 

　　1、藻華控制技術備受期待 

　　近些年來，由于許多自然和人為因素的影響，排入湖庫的氮、磷等營養物質不斷增加，致使水體富營養化狀況加劇，進而導致各地水體藻華的暴發越來越頻繁，規模也越來越大。據專家介紹，嚴重的水華會覆蓋水面，阻止水體中的光合作用及其與大氣的交換，使水中的溶解氧濃度迅速降低，造成水生動植物的死亡以及生態和周邊環境的破壞(景觀和惡臭)。這些影響又進一步對周邊城市的政治經濟(如投資業、水產業、旅游業)產生嚴重破壞。同時，藻華常使水體中的藻毒素含量嚴重超標，這些藻毒素也是肝臟腫瘤的強誘發劑，嚴重威脅著人體健康和飲用水安全。 

　　為了清除藻華，眾多的國內外專家已經投入了多年的努力，研究了多種控制藻華暴發的方法，如化學法、機械法、生物法、生態法和絮凝法等等。但是由于各種方法都存在著這樣或那樣的缺陷，多年來，人們一直期待著一套安全、有效、成本低、操作簡便的技術能夠出現。 

　　2、淡水湖泊黏土除藻失敗原因 

　　記者在采訪中了解到的黏土除藻華技術，最早來源于絮凝原理。在海洋上赤潮暴發時，它曾被作為一種應急技術來使用，取得了一定的效果。由于黏土來源充足，具有天然無毒、使用方便、耗資少等特點，曾一度受到歡迎。早在1997年，就有專家在國際權威科學期刊《自然》上撰文指出，使用黏土除藻可能是治理藻華的最有發展前途的方法。在相關文獻報道中，也能找到這種技術在日本、美國、韓國、澳大利亞等國應用的實例。 

　　但據介紹，到目前為止，黏土除藻技術主要還局限于海水體系的研究和局部應急處理。面對與人們日常生活息息相關的淡水資源，許多將黏土除藻技術應用于淡水湖泊中清除藻華的嘗試，都沒有成功。大量在淡水湖泊中應用失敗的消息，曾使這一技術一度被判為“死刑”。 

　　為什么過去在淡水湖泊中黏土除藻屢遭失敗？ 

　　中科院生態環境研究中心環境水化學國家重點實驗室的潘綱研究員為記者揭開了這個謎團。他認為，以往的黏土除藻技術存在4個方面的缺陷。這些缺陷有的屬于當前該領域科學發展的局限，有的是技術定位本身所客觀決定的。首先，人們對黏土為什么會絮凝除藻的科學原理還未認識清楚。傳統認為靜電吸附為主要的絮凝機理，因此許多黏土改性技術是沿著靜電改性的思路發展的；其次，黏土投量太大，一般國際上最好的結果也需投200毫克/升的黏土才能取得一定的實效。對大面積藻華來說，要向天然水體系投放幾十噸甚至數百噸的“外來”黏土，無論從生態安全或是操作成本上講都是難以接受的；第三，缺乏對各種黏土在淡水中絮凝性能的系統研究，事實上許多黏土在淡水中都失去絮凝除藻作用，缺乏科學指導的“技術應用”往往導致失敗；第四，黏土除藻技術不能防止藻類沉降后的再次泛起、來年藻華的復發和來自底泥的二次污染等問題。 

　　潘綱告訴記者，除了以往多次實地除藻失敗的記錄以外，黏土技術本身不能防止藻類的再次泛起和底泥二次污染是導致該技術在淡水湖泊中難以被廣泛使用的關鍵因素。當大量的黏土投入下去，將藻華帶入水底，在海洋中這種泛起的現象不明顯，但到了淡水湖泊中，在風的助力下，很容易泛起。泛起問題不解決，就只能治標不能治本了。他打了一個形象的比喻，這就像一個人傷口發炎并發燒到42度，使用退燒藥可能不能去根，但是如果不趕緊退燒，這個人的其他器官就會引起病變，因此需要消炎、退燒的復合配方。對于藻華的治理也是這樣，原先的黏土技術就像一付退燒藥，它的技術定位就是一個應急措施。潘綱認為，雖然應急除藻技術也是重要的(任何水華暴發后的處理措施都是應急性的，如果不需要應急技術就意味著任由藻華的上述危害持續下去直到其自行消退)，但他們追求的是標本兼治的創新方向。作為一個單項應急技術，黏土法在它的發展初期有上述的缺點和應用限制是很自然的，關鍵是如何揚長避短解決目前這一單項技術上存在的缺陷和限制，并進一步解放思想發展標本兼治的、多學科交叉的復合技術。潘綱和他的研究組以“科學發現引導技術創新”和“變廢為寶”為理念，通過改性黏土的快速除藻除濁作用啟動并強化沉積物中的生物地球化學反應使其自動地進行長期連鎖的健康修復過程，發展了既能快速消除水華又能長期治理湖泊富營養化的一系列改性黏土技術。 

　　3、黏土架橋網捕作用戰勝傳統靜電吸附作用 

　　早在1998年，潘綱就在黏土除藻方面取得了一項英國專利，這一專利促使他進一步研究黏土除藻技術在淡水湖泊上的應用。目前，黏土除藻技術的研究已經被列入了國家“十五”重大科技專項、國家自然科學基金和中國科學院重要方向以及“百人計劃”等項目。 

　　有些人只聽說黏土能夠(或是不能)除藻，卻未全面了解各種黏土在不同條件下與藻細胞的相互作用規律，僅憑經驗下肯定或是否定的結論，往往會由于盲從導致失敗或是扼殺重大技術的創新。潘綱告訴記者，他們的研究就是從系統研究黏土凝聚除藻的科學機理方面開始的。通過對26種不同黏土與藻細胞之間多項絮凝性質的研究發現，高效黏土絮凝除藻不是通過傳統的靜電吸附機理，而是通過一種架橋網捕作用，就像蜘蛛網一樣，將藻細胞粘網后共同沉入水底。根據這個科學發現，他們提出了技術上的創新。不是對黏土進行電性改性，而是根據上述科學發現在架橋網捕性能方面對黏土進行改性。結果改性后的黏土不僅特別適合于淡水藻華的清除，而且黏土的投入量也從國際先進的200毫克/升，降到了10毫克/升，除藻效率達到95％以上。 

　　更為重要的是，這種環境友好的天然改性劑可以使各種原先不具有除藻能力的當地黏土/沉積物變成高效除藻劑。這一創新技術使得利用當地黏土治理當地藻華的理想得以實現。利用當地湖泊泥土/沉積物的自我循環清除水華，這不僅大大降低了治理成本，而且可防止底泥過度淤積，更重要的是由于是利用湖泊內部顆粒物固有的自我循環，因此實現了生態安全的理念。與其他湖泊治理技術相比，該技術的另一個特點是它不需要事先構筑圍隔等大型工程，只需一個足夠大的噴灑罐放在船上，即可隨時隨地大面積使用。目前，他們已經用當地泥土/沉積物在太湖進行了5次實驗，每次都取得了立竿見影的效果，處理每平方米的綜合成本在0.2元左右。他們已就該技術申請了7項黏土除藻的連鎖專利(其中3項已授權)，并在國內外發表了10多篇論文。 

　　7月18日，中央電視臺的幾名記者有幸捕捉到該技術在太湖實驗基地實施的實況。從電視臺的實況錄像帶中，記者看到，一名工作人員用特制的機器將湖中的底泥抽出，在和部分湖水以及改性劑等進行混合后，再將其噴灑在泛著“綠油”的湖面上，也就20多分鐘的時間里，湖面上的藻華就被一掃而空。難怪這幾名記者在現場連喊神奇，短短的20多分鐘，被噴灑過的大片藻華就沒了蹤影，這一操作過程就像在進行一場魔術表演。不同的是，魔術終究是虛幻的，這一操作過程的效果確實是真實存在的。 

　　潘綱介紹說，將黏土改性，實現用當地黏土治理當地藻華的原理和技術目前已獲得國際同行的認可，國際著名的環境科學與工程期刊《環境污染》剛剛發表了他們的以“當地土壤/沉積物治理當地水華”為主標題的3篇系列論文。這3篇論文分別介紹了淡水中26種黏土絮凝除藻的科學機理和系統分類、黏土的架橋網捕改性技術和各種影響因素及規律、以及改性黏土技術在太湖實地試驗的短期效果和長期監測結果。這些標志性論文可望為推動國內外該領域的科學研究和技術開發起到重要的作用。 

　　4、黏土固磷改性技術治理沉積物內源污染取得進展 

　　據有關資料顯示，在我國的大型淡水湖泊中，滇池、太湖、巢湖、洪澤湖已達富營養程度，鄱陽湖、洞庭湖目前正處于向富營養過渡階段。利用當地黏土清除當地藻華，雖然使黏土除藻技術運用到淡水湖泊的設想成為現實，并且由于實現了原料的本土化，可大大降低治理成本、避免底泥淤積、并實現生態安全性。但是如果湖泊富營養化的問題得不到解決，藻華還會不斷出現。 

　　潘綱介紹說，用上面提到的黏土改性技術將藻華轉入水底后，由于腐爛或泛起而釋放出的氮、磷等，還會重新返回到水體。如果這樣的話，藻華的清除還將處于治標階段。為了解決這一問題，他們進一步發展了黏土改性技術，研制出兩種化學“固磷”的方法，可以把藻華和沉積物中的磷“固定”在改性黏土中(即固定后的磷不再溶解或解吸到水體中)。實驗室試驗證明，經過這種改性處理過的沉積物再泛起時釋放的溶解性磷僅為未經過固磷處理的對照沉積物的1/10，從而可有效抑制泛起后磷的釋放問題。目前這種化學固磷法正處在進一步降低成本和進行各項健康與湖泊生態安全的較長期的研究階段，因而尚未在實地試驗，但它已經為黏土技術的進一步發展提供了一個十分重要的研究思路。因為如果能在利用黏土除藻的同時，治理底泥二次污染，則將向改性黏土法治理湖泊富營養化這個“治本”的方向邁進重要的一步。同時該技術利用了“藻華是一個無與倫比的磷濃縮機器”，通過藻華凝聚沉降把水體中很難濃縮提取的磷集中收集到水底，然后將其集中高效固化，實現環境治理中綠色能量轉換的理念。這為攻克湖泊內源污染治理這一難題指出了一個重要的創新方向(比如與底泥疏浚相比，后者要付出巨大的成本和能量)。目前他們已經在固磷改性黏土方面申請了兩項發明專利，有關論文正在投稿之中。 

　　湖泊富營養化的治理絕不能靠單一技術，還要靠諸如外源污染源的甄別和控制等諸多包括技術、法規和管理各個層面的措施，潘綱進一步指出。潘綱向記者介紹了本次采訪中的第三個創新思想，即“生態恢復”這個湖泊治理中非常流行的術語。水底植物通過根系作用可有效地固定沉積物及其中的氮、磷和有機污染物，但是實際湖泊沉水植物的恢復卻面臨很大的困難。如太湖水深在兩米左右，這就為人工扦插帶來很大難度。同時，一直以來有個最大的難題困擾著沉水植被的恢復，即沉水植物幼苗在高藻、高濁和缺乏適當底泥的環境中難以生存。太湖水的透明度常年不足50厘米，如果違背自然規律強行種植則會爛在水底，不僅費財費力而且造成污染。目前，要創造適宜沉水植物生存的環境，往往要付出巨大的成本。 

　　5、生態恢復將使改性黏土除藻技術達到標本兼治的目標 

　　能否將黏土除藻技術與生態技術相結合，既解決黏土除藻的長效問題又解決沉水植被恢復的難題？潘綱等提出了這個進一步創新的思想。他們用改性黏土和適宜播灑的草種制作成一種復合材料，在將黏土噴灑下去的同時，草種也隨藻華一起被沉入水底。隨著這些植物的發芽生根，藻細胞被逐漸固定和轉化并為沉水植物的生長提供養分，沉水植物會自動修復湖泊環境，不僅可解決底泥的二次污染，也可解決藻華的再次泛起問題。另一方面由于經過改良后黏土除藻技術能夠高效地除藻除濁，使水的透明度大大提高，創造了沉水植物的生長環境，自然也就能夠順應自然規律成長起來，從而有利于黏土除藻的固磷效果。另外，由于除藻除濁作用可使機械播灑的沉水植物草種成活，可望大大提高沉水植物種植的效率和成本。記者在他們制作的大型生態模擬箱中看到，在模擬湖泊條件下，經過黏土除藻技術播灑的水草長勢良好，而與之對照的未經除藻而播種的草種和草苗均已腐爛。這個擺在眼前的結果證明了上述創新思想的可行性。利用水華變廢為寶標本兼顧地治理富營養化是人們的夢想。潘綱期待著上述事實再現于湖泊實地的那一天。 

　　為了有效地保護我國的知識產權，他們已經將這項發明申請了國際專利，將在中國、美國、韓國、日本、澳大利亞和歐洲等國受到專利保護。目前這項技術仍在不斷的完善過程中。利用當地黏土來清除當地藻華的技術也只是在太湖實驗基地上得到使用。將這些黏土改性技術與其他技術進一步結合更好地解決實地藻華和湖泊富營養化問題，還有較長的路要走。潘綱期待著這些技術能夠在不久的將來，在國內外淡水湖泊的藻華和湖泊富營養化的治理中發揮重要的作用。 （中國環境報）  
 


                                            編輯：鄧潔