中國(guó)水產(chǎn)門戶網(wǎng)報(bào)道 
    淡水湖泊遭遇水華污染之困

　　中科院一項(xiàng)新技術(shù)有望攻克這一難題 

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

　　1、藻華控制技術(shù)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷增加，致使水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況加劇，進(jìn)而導(dǎo)致各地水體藻華的暴發(fā)越來越頻繁，規(guī)模也越來越大。據(jù)專家介紹，嚴(yán)重的水華會(huì)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(dòng)植物的死亡以及生態(tài)和周邊環(huán)境的破壞(景觀和惡臭)。這些影響又進(jìn)一步對(duì)周邊城市的政治經(jīng)濟(jì)(如投資業(yè)、水產(chǎn)業(yè)、旅游業(yè))產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。同時(shí)，藻華常使水體中的藻毒素含量嚴(yán)重超標(biāo)，這些藻毒素也是肝臟腫瘤的強(qiáng)誘發(fā)劑，嚴(yán)重威脅著人體健康和飲用水安全。 

　　為了清除藻華，眾多的國(guó)內(nèi)外專家已經(jīng)投入了多年的努力，研究了多種控制藻華暴發(fā)的方法，如化學(xué)法、機(jī)械法、生物法、生態(tài)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(jiǎn)便的技術(shù)能夠出現(xiàn)。 

　　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(shù)，最早來源于絮凝原理。在海洋上赤潮暴發(fā)時(shí)，它曾被作為一種應(yīng)急技術(shù)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(diǎn)，曾一度受到歡迎。早在1997年，就有專家在國(guó)際權(quán)威科學(xué)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(fā)展前途的方法。在相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中，也能找到這種技術(shù)在日本、美國(guó)、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)應(yīng)用的實(shí)例。 

　　但據(jù)介紹，到目前為止，黏土除藻技術(shù)主要還局限于海水體系的研究和局部應(yīng)急處理。面對(duì)與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的淡水資源，許多將黏土除藻技術(shù)應(yīng)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(yīng)用失敗的消息，曾使這一技術(shù)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(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境水化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的潘綱研究員為記者揭開了這個(gè)謎團(tuán)。他認(rèn)為，以往的黏土除藻技術(shù)存在4個(gè)方面的缺陷。這些缺陷有的屬于當(dāng)前該領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展的局限，有的是技術(shù)定位本身所客觀決定的。首先，人們對(duì)黏土為什么會(huì)絮凝除藻的科學(xué)原理還未認(rèn)識(shí)清楚。傳統(tǒng)認(rèn)為靜電吸附為主要的絮凝機(jī)理，因此許多黏土改性技術(shù)是沿著靜電改性的思路發(fā)展的；其次，黏土投量太大，一般國(guó)際上最好的結(jié)果也需投200毫克/升的黏土才能取得一定的實(shí)效。對(duì)大面積藻華來說，要向天然水體系投放幾十噸甚至數(shù)百噸的“外來”黏土，無論從生態(tài)安全或是操作成本上講都是難以接受的；第三，缺乏對(duì)各種黏土在淡水中絮凝性能的系統(tǒng)研究，事實(shí)上許多黏土在淡水中都失去絮凝除藻作用，缺乏科學(xué)指導(dǎo)的“技術(shù)應(yīng)用”往往導(dǎo)致失敗；第四，黏土除藻技術(shù)不能防止藻類沉降后的再次泛起、來年藻華的復(fù)發(fā)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(shí)地除藻失敗的記錄以外，黏土技術(shù)本身不能防止藻類的再次泛起和底泥二次污染是導(dǎo)致該技術(shù)在淡水湖泊中難以被廣泛使用的關(guān)鍵因素。當(dāng)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(xiàn)象不明顯，但到了淡水湖泊中，在風(fēng)的助力下，很容易泛起。泛起問題不解決，就只能治標(biāo)不能治本了。他打了一個(gè)形象的比喻，這就像一個(gè)人傷口發(fā)炎并發(fā)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(gè)人的其他器官就會(huì)引起病變，因此需要消炎、退燒的復(fù)合配方。對(duì)于藻華的治理也是這樣，原先的黏土技術(shù)就像一付退燒藥，它的技術(shù)定位就是一個(gè)應(yīng)急措施。潘綱認(rèn)為，雖然應(yīng)急除藻技術(shù)也是重要的(任何水華暴發(fā)后的處理措施都是應(yīng)急性的，如果不需要應(yīng)急技術(shù)就意味著任由藻華的上述危害持續(xù)下去直到其自行消退)，但他們追求的是標(biāo)本兼治的創(chuàng)新方向。作為一個(gè)單項(xiàng)應(yīng)急技術(shù)，黏土法在它的發(fā)展初期有上述的缺點(diǎn)和應(yīng)用限制是很自然的，關(guān)鍵是如何揚(yáng)長(zhǎng)避短解決目前這一單項(xiàng)技術(shù)上存在的缺陷和限制，并進(jìn)一步解放思想發(fā)展標(biāo)本兼治的、多學(xué)科交叉的復(fù)合技術(shù)。潘綱和他的研究組以“科學(xué)發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)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(dòng)并強(qiáng)化沉積物中的生物地球化學(xué)反應(yīng)使其自動(dòng)地進(jìn)行長(zhǎng)期連鎖的健康修復(fù)過程，發(fā)展了既能快速消除水華又能長(zhǎng)期治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的一系列改性黏土技術(shù)。 

　　3、黏土架橋網(wǎng)捕作用戰(zhàn)勝傳統(tǒng)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(xiàng)英國(guó)專利，這一專利促使他進(jìn)一步研究黏土除藻技術(shù)在淡水湖泊上的應(yīng)用。目前，黏土除藻技術(shù)的研究已經(jīng)被列入了國(guó)家“十五”重大科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院重要方向以及“百人計(jì)劃”等項(xiàng)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(xì)胞的相互作用規(guī)律，僅憑經(jīng)驗(yàn)下肯定或是否定的結(jié)論，往往會(huì)由于盲從導(dǎo)致失敗或是扼殺重大技術(shù)的創(chuàng)新。潘綱告訴記者，他們的研究就是從系統(tǒng)研究黏土凝聚除藻的科學(xué)機(jī)理方面開始的。通過對(duì)26種不同黏土與藻細(xì)胞之間多項(xiàng)絮凝性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)，高效黏土絮凝除藻不是通過傳統(tǒng)的靜電吸附機(jī)理，而是通過一種架橋網(wǎng)捕作用，就像蜘蛛網(wǎng)一樣，將藻細(xì)胞粘網(wǎng)后共同沉入水底。根據(jù)這個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，他們提出了技術(shù)上的創(chuàng)新。不是對(duì)黏土進(jìn)行電性改性，而是根據(jù)上述科學(xué)發(fā)現(xiàn)在架橋網(wǎng)捕性能方面對(duì)黏土進(jìn)行改性。結(jié)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(guó)際先進(jìn)的200毫克/升，降到了10毫克/升，除藻效率達(dá)到95％以上。 

　　更為重要的是，這種環(huán)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(dāng)?shù)仞ね?沉積物變成高效除藻劑。這一創(chuàng)新技術(shù)使得利用當(dāng)?shù)仞ね林卫懋?dāng)?shù)卦迦A的理想得以實(shí)現(xiàn)。利用當(dāng)?shù)睾茨嗤?沉積物的自我循環(huán)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(nèi)部顆粒物固有的自我循環(huán)，因此實(shí)現(xiàn)了生態(tài)安全的理念。與其他湖泊治理技術(shù)相比，該技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)是它不需要事先構(gòu)筑圍隔等大型工程，只需一個(gè)足夠大的噴灑罐放在船上，即可隨時(shí)隨地大面積使用。目前，他們已經(jīng)用當(dāng)?shù)啬嗤?沉積物在太湖進(jìn)行了5次實(shí)驗(yàn)，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(shù)申請(qǐng)了7項(xiàng)黏土除藻的連鎖專利(其中3項(xiàng)已授權(quán))，并在國(guó)內(nèi)外發(fā)表了10多篇論文。 

　　7月18日，中央電視臺(tái)的幾名記者有幸捕捉到該技術(shù)在太湖實(shí)驗(yàn)基地實(shí)施的實(shí)況。從電視臺(tái)的實(shí)況錄像帶中，記者看到，一名工作人員用特制的機(jī)器將湖中的底泥抽出，在和部分湖水以及改性劑等進(jìn)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(shí)間里，湖面上的藻華就被一掃而空。難怪這幾名記者在現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行一場(chǎng)魔術(shù)表演。不同的是，魔術(shù)終究是虛幻的，這一操作過程的效果確實(shí)是真實(shí)存在的。 

　　潘綱介紹說，將黏土改性，實(shí)現(xiàn)用當(dāng)?shù)仞ね林卫懋?dāng)?shù)卦迦A的原理和技術(shù)目前已獲得國(guó)際同行的認(rèn)可，國(guó)際著名的環(huán)境科學(xué)與工程期刊《環(huán)境污染》剛剛發(fā)表了他們的以“當(dāng)?shù)赝寥?沉積物治理當(dāng)?shù)厮A”為主標(biāo)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(xué)機(jī)理和系統(tǒng)分類、黏土的架橋網(wǎng)捕改性技術(shù)和各種影響因素及規(guī)律、以及改性黏土技術(shù)在太湖實(shí)地試驗(yàn)的短期效果和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果。這些標(biāo)志性論文可望為推動(dòng)國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)起到重要的作用。 

　　4、黏土固磷改性技術(shù)治理沉積物內(nèi)源污染取得進(jìn)展 

　　據(jù)有關(guān)資料顯示，在我國(guó)的大型淡水湖泊中，滇池、太湖、巢湖、洪澤湖已達(dá)富營(yíng)養(yǎng)程度，鄱陽湖、洞庭湖目前正處于向富營(yíng)養(yǎng)過渡階段。利用當(dāng)?shù)仞ね燎宄?dāng)?shù)卦迦A，雖然使黏土除藻技術(shù)運(yùn)用到淡水湖泊的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)，并且由于實(shí)現(xiàn)了原料的本土化，可大大降低治理成本、避免底泥淤積、并實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全性。但是如果湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的問題得不到解決，藻華還會(huì)不斷出現(xiàn)。 

　　潘綱介紹說，用上面提到的黏土改性技術(shù)將藻華轉(zhuǎn)入水底后，由于腐爛或泛起而釋放出的氮、磷等，還會(huì)重新返回到水體。如果這樣的話，藻華的清除還將處于治標(biāo)階段。為了解決這一問題，他們進(jìn)一步發(fā)展了黏土改性技術(shù)，研制出兩種化學(xué)“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(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明，經(jīng)過這種改性處理過的沉積物再泛起時(shí)釋放的溶解性磷僅為未經(jīng)過固磷處理的對(duì)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(xué)固磷法正處在進(jìn)一步降低成本和進(jìn)行各項(xiàng)健康與湖泊生態(tài)安全的較長(zhǎng)期的研究階段，因而尚未在實(shí)地試驗(yàn)，但它已經(jīng)為黏土技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了一個(gè)十分重要的研究思路。因?yàn)槿绻茉诶灭ね脸宓耐瑫r(shí)，治理底泥二次污染，則將向改性黏土法治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化這個(gè)“治本”的方向邁進(jìn)重要的一步。同時(shí)該技術(shù)利用了“藻華是一個(gè)無與倫比的磷濃縮機(jī)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(shí)現(xiàn)環(huán)境治理中綠色能量轉(zhuǎn)換的理念。這為攻克湖泊內(nèi)源污染治理這一難題指出了一個(gè)重要的創(chuàng)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(jīng)在固磷改性黏土方面申請(qǐng)了兩項(xiàng)發(fā)明專利，有關(guān)論文正在投稿之中。 

　　湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的治理絕不能靠單一技術(shù)，還要靠諸如外源污染源的甄別和控制等諸多包括技術(shù)、法規(guī)和管理各個(gè)層面的措施，潘綱進(jìn)一步指出。潘綱向記者介紹了本次采訪中的第三個(gè)創(chuàng)新思想，即“生態(tài)恢復(fù)”這個(gè)湖泊治理中非常流行的術(shù)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(jī)污染物，但是實(shí)際湖泊沉水植物的恢復(fù)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(shí)，一直以來有個(gè)最大的難題困擾著沉水植被的恢復(fù)，即沉水植物幼苗在高藻、高濁和缺乏適當(dāng)?shù)啄嗟沫h(huán)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(guī)律強(qiáng)行種植則會(huì)爛在水底，不僅費(fèi)財(cái)費(fèi)力而且造成污染。目前，要?jiǎng)?chuàng)造適宜沉水植物生存的環(huán)境，往往要付出巨大的成本。 

　　5、生態(tài)恢復(fù)將使改性黏土除藻技術(shù)達(dá)到標(biāo)本兼治的目標(biāo) 

　　能否將黏土除藻技術(shù)與生態(tài)技術(shù)相結(jié)合，既解決黏土除藻的長(zhǎng)效問題又解決沉水植被恢復(fù)的難題？潘綱等提出了這個(gè)進(jìn)一步創(chuàng)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(fù)合材料，在將黏土噴灑下去的同時(shí)，草種也隨藻華一起被沉入水底。隨著這些植物的發(fā)芽生根，藻細(xì)胞被逐漸固定和轉(zhuǎn)化并為沉水植物的生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，沉水植物會(huì)自動(dòng)修復(fù)湖泊環(huán)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(jīng)過改良后黏土除藻技術(shù)能夠高效地除藻除濁，使水的透明度大大提高，創(chuàng)造了沉水植物的生長(zhǎng)環(huán)境，自然也就能夠順應(yīng)自然規(guī)律成長(zhǎng)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(jī)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(tài)模擬箱中看到，在模擬湖泊條件下，經(jīng)過黏土除藻技術(shù)播灑的水草長(zhǎng)勢(shì)良好，而與之對(duì)照的未經(jīng)除藻而播種的草種和草苗均已腐爛。這個(gè)擺在眼前的結(jié)果證明了上述創(chuàng)新思想的可行性。利用水華變廢為寶標(biāo)本兼顧地治理富營(yíng)養(yǎng)化是人們的夢(mèng)想。潘綱期待著上述事實(shí)再現(xiàn)于湖泊實(shí)地的那一天。 

　　為了有效地保護(hù)我國(guó)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，他們已經(jīng)將這項(xiàng)發(fā)明申請(qǐng)了國(guó)際專利，將在中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)、日本、澳大利亞和歐洲等國(guó)受到專利保護(hù)。目前這項(xiàng)技術(shù)仍在不斷的完善過程中。利用當(dāng)?shù)仞ね羴砬宄?dāng)?shù)卦迦A的技術(shù)也只是在太湖實(shí)驗(yàn)基地上得到使用。將這些黏土改性技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合更好地解決實(shí)地藻華和湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題，還有較長(zhǎng)的路要走。潘綱期待著這些技術(shù)能夠在不久的將來，在國(guó)內(nèi)外淡水湖泊的藻華和湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的治理中發(fā)揮重要的作用。 （中國(guó)環(huán)境報(bào)）  
 


                                            編輯：鄧潔