湖泊富营养化治理与环保生态产业开发

老调重弹:这是我在<中国环境水力学 2006>发表的文章,班门弄斧,专家网友多多批评指正.
湖泊富营养化治理与环保生态产业开发

我国的江河、湖泊、水库的水污染十分严重，其造成的后果，已不亚于洪灾和旱灾。全国700多条主要河道一半以上受到了中度污染和严重污染，湖泊、水库一半已经富营养化和正向富营养化方向发展。滇池、巢湖、太湖的污染经大力治理，虽已基本遏制富营养化发展的趋势，水质也逐步开始好转，但治污效果还没有达到预定的要求，湖泊仍未脱离富营养化状态，治理任务还相当艰巨。湖泊富营养化，有其自身发展的方面的因素，更有人为因素。本人认为湖泊富营养化治理只有采取控制污染源和生态修复相结合的优化流域产水环境，实行大规模清淤，强化以人工湿地处理为主的湖泊自身治理的方法，实施全流域水环境整治，并通过相关技术开发，将污染物质转化和利用，开发生物能源、生物材料、饲料、肥料和生态旅游资源，形成环保生态产业，，实现可持续治理，才能使湖泊富营养化得到根本治理。现以太湖为例加以阐述：
1．流域水环境整治
湖泊流域水环境整治要抓住三大关键，一是抓好源头污染治理，处理好工业和生活废水，减少农业面源污染，二是要清淤，减少淤泥的二次污染，三是强化人工湿地处理的湖泊自身治理 。
1．1优化流域产水环境
要优化流域产水环境，就是要搞好源头的植树造林、做好水土保持工作，太湖流域水土流失面积达1472km2。水土流失就意味着产水环境恶化，土壤中的营养盐，有机物就会大量进入水域环境，引起水污染。平原产水虽然比例不大，但工农业发达，用水集中，点源和农业面源污染，都使流域产水环境恶化，这是流域水环境整治的关键。要处理好工业和生活废水，减少农业面源污染，处理后的污水要集中用于污灌农、林业，或经人工湿地进一步净化，才可入湖。农业面源污染防治要大力推广农田养分投入的减量化技术和生态田埂技术、生态沟渠技术、旱地系统生态隔离带技术，减少农田退水污染。因为1 m3含磷1 PPm的农田退水就足以使10 m3河水和40 m3湖水产生富营养化。
1.2 清除淤泥
淤泥的二次污染十分严重，特别是象太湖这样浅水湖，在湖水初步净化后，它的污染比重会大幅度上升，若不清淤，再次污染会大大延长治理时间，也是我们治污效果不断反复的一个主要原因。清淤可用围淤的方法，将淤泥围淤在湖心或湖边，减少对湖水的污染，在不减少湖水容积前提下，又可增加用地，恢复部分湿地环境。清淤泥还可利用湖泊自然促淤，人为引导淤积，如打桩、营造芦苇、沼林，利用物理和生物方法促淤。在湖区恢复一定面积的沼泽区，以强化湖泊的自净能力。沼泽区是湖泊中生物产量最大，自净能力最强的湿地类型，它是湖泊真正意义上的“肾脏”。东太湖就是一个很好的例子：东太湖是太湖的一个狭长湖湾，位于太湖东南部东山半岛东侧，与西太湖以狭窄的湖面相通。东太湖南北长27．5km，最大宽度9．0km，环湖大堤包围面积132km2，平均水深仅1．2m左右。东太湖面积不大，却是太湖向下游泄洪和供水的主要通道。沿湖通向下游的河道众多，太湖向下游供水的最大河道——太浦河也源于东太湖。通过东太湖泄出的水量一般约占太湖泄水总量的70％～80％。尽管东太湖外源营养盐负荷是全太湖平均负荷的4～5倍，但由于东太湖存在良好的水生植被而拥有较强的生态自净功能，目前东太湖区的水质仍然优于太湖的其他水域，保证了太湖向下游的供水水质。
1.3 湖泊自身治理
湖泊自身治理的方法是以强化人工湿地为主的治理方法，强化人工湿地处理的方法就是：建立吸收、净化水中污染源物能力强的各种类型的高效湿地；采用人工造流强化湿地水循环；在湖泊上建较大比例的人工湿地。
1.3.1 建立高效湿地
在太湖湖面上，也可在引流河道上，大规模建人工湿地，如以水葫芦为主的浮水植物湿地，以芦苇为主的挺水植物湿地，以柳树、水紫树、池杉、落羽杉、枫杨树等为主的沼泽林湿地，这些植物生产量大，栽培管理简单，在生长过程中能大量吸收湖水中的氮、磷等营养成分。以水葫芦为例，它是已知湿地植物中生物量最大，生长迅速，对总氮、总磷的吸收量也大的植物，为一般湿地植物的数倍甚至十多倍,收获水葫芦也很方便。富营养化的湖泊水面上，一旦覆盖上它，藻类就无法生存，当我们一次次收获水葫芦，将它移出水体，水体的富营养化程度就一点点降低，虽然不能最后依靠它根治富营养化，但能大幅度降低湖水COD和总氮、总磷的含量，改善水体的其它特征,为重建湖泊良好生态环境根治水体富营养化创造有利条件。水葫芦每hm2产量可达375吨（鲜体），可吸收氮素920kg，磷素165kg，以2005年太湖水质富营养化指标湖水总氮含量为3.94mg/L，总磷为0.075mg/L为例，相当于23.35万立方米湖水中含有氮素和220万立方米湖水中的磷素。
1.3.2 强化湿地水循环
为使人工湿地绿化水体作用得到充分发挥，必须强化湖泊水循环，使人工湿地和湖水充分交换。可利用湖泊风生流，吞吐流(倾斜流)流向，建设人工湿地，以获得较大的自然水流交换量，同时也应考虑在浅水湖中人工造流技术，还可充分利用风力资源，促进湖水流动循环。
1.3.3大面积建人工湿地
强化人工湿地就是要提高湿地对湖水净化效能，而湿地净化湖水效能在一定程度上和湿地面积成正比。治理太湖这样重度富营养化的大型湖泊，其人工湿地面积初期应在湖泊面积的20-25%，中后期可减为10-15%，以人工湿地占湖泊总面积20%计，太湖就应建立起各种类型人工湿地46760hm2，中后期占15%为35000公顷。而且要高效运行，充分利用湿地植物体。将植物从湖水中吸收的营养物质不断地有序输出，才能在较短时间内改变湖泊富营养状态。
2 环保生态产业开发
环保生态产业是指在陆域或水域环境中，将能引起污染的物质，各种湿地植物通过生物、物理手段，经过转换和利用，变成可供利用的资源或经治理后环境条件改善的土地、水域而作为旅游、生态等资源开发利用的产业。
2.1 陆域环保生态产业开发
引起湖泊水污染主要是点源和面源污染，工业点源污染通过治理后在污染总量上所占比重已大幅度下降，相反农业面源污染则成了湖泊富营养化的主要成因，农业污染主要是农田退水、畜牧养殖、化肥、农药污染，此外还有农村分散的生活污水，垃圾、秸秆等污染。事实上这些污染源都是可利用的资源，除了农田退水外，这些污染物质可利用发展生态环保产业，如利用垃圾、牲畜粪便、秸秆制沼气、制肥料，利用垃圾，秸秆发电、供热，这些都有很多成功应用的例子。
2.2 湖泊环保生态产业开发
以人工湿地植物综合利用，污染物直接间接产业化开发利用为主。
2.2.1 生物材料(原料)开发
生物材料(原料)开发以人工、自然湿地大型植物利用为主。芦苇可以造纸，每吨干苇可代替4M3木材，造0.4吨凸版印刷纸，还可作纤维板材材料，速生柳等湿生林木年干物质亩生产量可达1吨以上，也是造纸的原料。在洞庭湖流域湿地，近几年已发展意大利黑杨100多万亩，开创了一条利用湿地建原料基地的林纸一体化的路子。黄河三角洲的东营市河口区，立足当地的盐碱湿地资源优势，因地制宜发展芦苇生产，建成了40万亩芦苇高效生态区，从而为华泰集团提供了大量的造纸原料。河口区发展芦苇生产采取“谁开发，谁受益；谁投资，谁收获”的方法，鼓励农民开发荒滩植苇致富。有集体开发、联系开发，也有大户承包、个人投资。在全区承包苇田1000亩以上的大户达200多家，芦苇专业村发展到23个，过去白茫茫的盐碱滩变成一望无际的芦苇荡。华泰集团大部分草浆造纸原料换成优质芦苇纤维，改善了产品质量，同时也为企业找到了一条可持续发展之路。
水葫芦等，可作为食用菌培养原料，制取饮料，在国外也有开发作为造纸原料。
2.2.2 生物能源开发
生物能源开发是最具发展前景的生态产业，因为富营养化湖泊是许多高产水生植物如水葫芦、水花生、芦苇等的良好生长环境，可以获得高额产量，并具有作为生物能源规模化开发的条件。这方面，我们开发利用做得很不够，水葫芦被当作一种严重的入侵生物，并作为一种需清除的水生植物，而生物质能源产业则可化腐朽为神奇。这方面成功例子不少，在浙江海宁市斜桥镇的水塘坝港里，满港的水葫芦经打捞船打捞并传送到船舱，送到同仁沼气发电站，和畜禽粪便一起进入沼气发酵池，发酵制沼气。日产沼气5000 m3，用于发电，每年可发电34万度。发电采取沼气和柴油输入的油气混合方式，每发一度电仅用柴油60克，用沼气0.5m3，发电成本每度电不到0.4元，若单独用柴油发电，每度电就需要柴油200克。水葫芦制沼气后的沼渣，每年还可生产有机肥1000余吨，每年两项收益可达60多万元。这种利用水葫芦制沼气技术，受到前来考察的联合国粮农组织总部技术官员罗伯特的好评。利用水葫芦生产沼气，每公顷可产气（折纯甲烷气体）为12000m3，相当于9.23吨液化石油气，若太湖、巢池、滇池用于发展沼气生产，基本上可满足三湖流域城乡居民燃气用量,可见其潜力之大。
2.2.3 饲料、肥料开发
以太湖为例，水葫芦每年生产的干物质可达到5.4kg/m2，适当经营的水葫芦湿地，每公顷干物质产量可达5.4万公斤，利用茎叶可制饲料2.0万公斤，价值2.4万元，根茎仍可用于制有机肥或作沼气发酵的原料。
2.2.4 生态旅游产业开发
生态旅游产业是水污染环境改造成优美湿地环境后可大力发展的产业，它和相关土地开发相结合，能产生巨大的经济效益。2002年以来，在太湖的五里湖地区，通过水环境整治改善了周边的土地投资环境，吸引了大批海内外客商。五里湖周边的地价，由每亩30万元增高到245万元，凸现出生态环境改善所带来的巨大经济效益。结合太湖富营养化治理的生态旅游产业开发的方式很多，一种模式是清淤造地，淤泥回填造陆和建沼泽湿地和浅滩，用于土地开发。生态旅游可大力发展沼泽森林，如垂柳、枫杨、水杉、池杉、水紫树、落羽杉等，建木本植物水上花园。水紫树，美国紫树，秋季叶色金黄，落羽杉老树干茎部产生膨大如膝状的呼吸，立于水中，景观奇特。还有芦苇荡飞絮，莲池、藕塘绿叶红花、水中里金鳞辉映，水葫芦叶子和娇艳的花朵滴翠，美人蕉水中亭亭玉立，都将成为一道道美丽的风景线。而小桥流水，曲院风荷苏杭园林式别墅，商住房、写字楼、度假村旅游新景点开发，将使太湖周边土地成为五里湖，仅以清淤回填造地10万亩计，其经济效益就达上千亿元。
3．治理富营养化，发展湖泊循环经济
湖泊富营养化通过全流域治理，在陆域、水域大力发展环保生态产业，使污染源大部分得到转化和利用，湖泊富营养化得到根本改善，湖泊也将实现从富营养化治理到湖泊生态管理方面的转换。湖泊将成为流域重要的循环经济的生产环节，一方面从面源农业污染物质汇集到湖泊后，通过湖泊发展生物能源、肥料、饲料等产业，将有机物质和一大部分营养源物质返回到陆域农业生态系统中；另一方面湖泊的自身生产生态功能（如养殖、水运、旅游、供水）也将得到有效强化，以人工湿地建设为基础的湖泊“生产——污染治理-----再生产的循环经济模式，可大幅度提高湖泊的生态经济效益。而这一转变的关键在于建立起一个高效的环保生态产业，以水葫芦利用为转化基础，将湖泊富营养化治理纳入循环经济的轨道，这样才能使我国江河湖泊污染治理走出困境。

参考文献
1、王焕校 生态生态学基础 昆明：云南大学出版社，1990
2、金相灿 湖泊富营养化控制和管理技术 北京：化学工业出版社，2001
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5、冯忠民:" 江河湖泊水污染治理新理念" <中国环境水力学 2004 >北京：中国水利水电出版社，2004
6、冯忠民 太湖富营养化水体的生物—生态修复 当代生态农业 ，2001（3-4），P142