湖泊富营养化及技术动向 孔海南-第1章
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主讲人简介孔海南：上海交通大学园林环境科学系主任。
研究方向：水体污染控制及生态修复；水体污染模拟及遥测简历：1945年生，江苏省张家港人，中共党员，1968年毕业于北京农业大学，1981年毕业于浙江农业大学，获农药学硕士学位。现任上海交通大学园林环境科学系主任、农业环境生态研究所所长、博士生导师。曾任浙江省环境科学学会理事，浙江省生态学会副理事长，现任中国农业生态环境保护协会理事，中国自然科学核心期刊ㄍ环境污染与防治》杂志编委，上海市学位委员会环境科学与工程学科评议组成员。1992年被 农业部授予〃全国农业环保先进工作者〃称号。主要从事农药学、农药残留量分析、农药环境毒理学课程教学，主要科研方向为农药环境毒理学、农业生态环境污染与防治，在科研项目上有国家自然科学基金项目〃红壤退化过程中Niche演化的生物学特征及其评价〃，上海市科委重点攻关项目〃蔬菜中农药残留快速测定技术研究〃， 农业部重点科研项目〃环境异物对农业可持续发展的影响与调控〃， 国际合作项目〃土壤微生物增肥剂SC27应用技术〃，浙江省科委项目〃核技术农业应用研究〃，上海市教委科技发展基金项目〃家畜粪便无害化处理及综合利用研究〃。内容简介富营养化问题是当今世界面临的最主要水污染问题之一，我国在经济持续高速增长的同时，所带来的最大负效应就是环境污染日益严重，大江大河及湖库水环境质量日趋恶化。国家环保总局在〃八五〃期间把我国的水污染治理重点放在三江、三湖，尤其是对两大淡水湖泊太湖和滇池的富营养化治理过程中，从地方到中央极其重视，投入大量人力物力进行污染治理。但是，湖泊富营养化的治理成效不是十分理想。
湖泊富营养化化的发生、发展是多因素共同作用的结果，本讲座通过分析富营养化发生机理，提出富营养化防治的主要可调控指标，通过介绍湖泊富营养化机理及防治技术研究的成果：太湖入湖河道污染物总量控制研究、太湖生态除藻工程等。以期通过开展对湖泊富营养化的深入研究，为富营养化综合、有效防治措施的制定提供科学依据。
该讲座以丰富的案例揭示了湖泊富营养化的进程和演化规律，并对其技术动向进行了颇有价值的探讨。为国家治理湖泊富营养化提供了有力的依据。
全文
关心环境的同学可能都知道，第九个五年计划，中国的国家级的重点环境治理项目是什么呢？简称为“33211工程”。第一个3什么意思？三个湖泊；第二个3，三条河流；第三个2，是一个大气污染控制器，叫Sox 硫化物和Nox氮氧化物；第四个1是北京市的大气环境；最后一个1是渤海的赤潮问题。那么第一个3里边，三个湖泊分别是哪些呢？太湖、滇池、巢湖。刚才有的同学说，对！就这三个湖。但是这三个湖经过九五那么五年，国家重点工程实施之后，现状怎么样呢？
我给大家看几张片子，这张片子呢是太湖。1998年的11月份我在太湖拍的，这张片子它是在太湖的湖心，你能看到周围像汪洋一片。那么湖心，湖心现在能看到什么呢？能看到一片蓝绿藻，而且在强风的作用下，这个蓝绿藻随风成风纹状。这张片子非常珍贵，因为风纹状的蓝绿藻是很多教科书提到的，拍这个片子的人不多。那么一般情况下的富营养化是看不到这样状况的，那这张片子是一个非常严重富营养化的一个象征。接着往下看，第二张片子是滇池，可能有云南的同学，这张片子怎么拍来的，在滇池旁边有那么一个西山，我到西山上从西山上往下拍，拍下来这张片子。这张片子说明什么事呢？也就是说，一般地讲湖泊富营养化、蓝绿藻爆发，它是随风飘到它的下风向在湖岸上形成一个堆积带。这时候看到的是营养化的藻。而这张片子看起来的话呢，滇池的湖心、湖外全是一层蓝绿藻，厚度有多厚呢？大约一公分厚，那么这张片子也是非常稀罕的，非常稀罕的一张片子。它表明我们的湖泊富营养化的蓝绿藻，从湖心开始堆积。那么第三张是咱们的巢湖，这样咱们的三湖就全了，看看巢湖的状况。
从湖岸上看到的，也是蓝绿藻堆积的状况。那么有些同学可能没有到过发生富营养化湖泊的周围，我接着给大家看几张片子，这张片子老远的同学能不能看见，不知道。附近的同学们能看到蓝绿藻堆积，这个时候两公分以上的厚度，这么厚，两公分以上。那么除了蓝绿藻以外，就是什么呢？鱼，这条鱼大概有一公斤左右重，吃掉了，而且腐烂发臭。接着我们往下看，这张片子可能和人的，我立起来拍的，和人的角度差不多了。这张片子能看到什么呢？水的颜色有一片，如果你细看在哪一片呢？这一片是水的颜色，其他全是一片蓝绿藻，看不到水。那么接着咱们往下看，能看到什么风光呢？这是我的自己的手，如果你一触摸起来以后，蓝绿藻就像浆糊一样地堆积起来。那么下一张是我自己的鞋，你在岸边走一走，你看看鞋下面全是蓝绿藻。那么在九五之后，大约是这么一个状况。九五之前呢什么状况呢？这张片子是八五之前的状况，题目叫做《太湖蓝藻爆发》。1990年8月因为片子放反了，转过来，我倒过来给大家看。这张片子你看，跟刚才有什么区别呢？没有颜色是吗？灰色、白色、泡沫，像泥一样的东西。什么东西？仍旧是蓝绿藻。蓝绿藻大爆发之后，接着是蓝绿藻死亡，死亡以后厌氧发酵。这个时候厚度有多少呢？十公分。1990年的8月盛夏的时候，无锡市所有的自来水厂停工，为什么？因为这些蓝绿藻把自来水厂的进口堵死了，没水进到自来水厂，停水半个月。那么那个时候所谓水是多少呢？几百万，当然那个时候几百万合现在几百万，可能说几千万了。半个月时间里边没有吃的水，没有生产用水。那么咱们再看一张九五之前的状况。这张片子是1996年的片子，题目也叫《太湖蓝藻爆发》。这张片子什么特点呢？这张片子除了刚才说，死亡的蓝绿藻发酵以外，带来了大量的什么呢？沉水植物，沉水植物死掉了。那么植物嘛当然是高级植物，就是说生物体里面的高级体。植物也死掉，这个地方是什么呢？是一个闸口，是防洪的一个闸口。那么这个厚度有多厚呢？十五公尺厚，以至于这个闸门不能上下移动。那么大家能看到，咱们的富营养化现象从七五八五九五来始终没有什么改善，一直是威胁到咱们湖泊的最大的环境问题。
蓝绿藻是什么样的东西呢？给大家看一张片子，这张片子是我1998年从太湖采样，然后带到我当时所在的研究所。日本国家环境研究所拍的片子，那么蓝绿藻有什么危害呢？你说三个五年计划以来没有改善。有什么危害？简单地和大家介绍一下，如果蓝绿藻异常爆发，那么蓝绿藻它除了本身的同化作用以外，它将发生异化作用。这个时候呢分泌出一种代谢产物成为藻毒素。这张片子是在英国，在一个牧场周围的一个湖发生蓝绿藻爆发。这个时候的奶牛喝了这个湖水，奶牛死亡的照片。这张照片是很稀罕的，因为蓝绿藻导致急性爆发这样的状况，在世界上的例子并不多。那么现在我们的太湖的蓝绿藻，它的化学分子结构是什么呢？这个是我们在太湖采样之后，在经过分析之后，拿到了它的藻毒素的分子结构。太湖的蓝绿藻，它的分子结构来看是藻毒素中作用最强的一种。那么藻毒素这种生物毒素它的毒性有多大呢？我给大家简单介绍一下藻毒素的生物毒素毒性，是自然界自然合成的毒素里边第二位，仅次于二恶英。刚才谁说的就是仅次于二恶英它的毒性作用。如果急性作用是纯砒霜的数百倍，那么如果说有我指头这么大一丁点藻毒素将能毒死一万人。
现在可以说，中国的城市湖泊已经全部处于重富营养化状态。全部，无一例外。那么绝大部分的大中型湖泊均已具有富营养化发生的状态、条件，或者是已经处于富营养化状态。最后一句话是我国是世界上湖泊富营养化最严重的国家之一。咱们的湖泊的问题没有解决，在九五里边又出来另外一个问题，水资源告缺 北京紧急磋商。什么问题？北京的同学们知道北京的水源地是两个，一个是官厅水库，一个是密云水库。官厅水库严重富营养化，已经超过了国家水源地水质标准，不能作为水源地使用了。那么北京的市民供应水，水源地资源不够了。当然这个报道仅仅是北京，天津的余桥水库是天津的水袋子，富营养化了。曾经是引滦入津，把滦河水调到天津，解决了天津吃苦咸水的问题。可是这个水调进去之后富营养化了，又超过了国家饮用水源地标准。这股水也不能喝了，天津第二招是什么？引黄济津甚至南水北调，可是国务院可有一个批示，叫先治污、后调水，如果不能解决余桥水库的问题，调来长江水，一千多公里以外，照样富营养化了。
那么还有一个例子，香港六百万人，一天要从深圳的深圳水库取六百万吨水。香港政府是每取一吨源水支付三块八毛人民币，一天支付高达两千多万人民币。但是深圳水库富富氧化了，九五的问题湖泊富营养化并没有解决，水库的问题又冒出来了。我们来看一看国外的例子，这张片子同样是1998年我拍的，在日本经过二十七年治理之后，它照样有和我们太湖富营养化同样的风光。藻，厚积10公分，像浆糊一样的湖水。那么这张片子呢，你看它的湖水一旦富营养化情况下，有水的颜色吗？照样没有，灰黑色的。和我们的风光不一样就是什么呢？它们的经济水平比较高，个人的游艇比较多，那么生活水平相对比我们高，仅此而已，那么它们的报纸怎么报道呢，这张片子来看，可能第一排第二排的同学能看清，1999年1月26号，那么它也和我们一样。我刚才显示的中国的富营养化爆发差不多时间情况来看，它们是湖泊海域水质恶化总体达标率上升，同样是苦于湖泊富营养化。一个湖泊一旦富营养化，它的恢复周期有多长？
这个是我们从2000年1月开始，国内的环境管理层到学者包括研究人员和有关的大学老师争论的焦点，争论了一年半之久，到底需要多长？那么我给大家从三个层面简单地介绍一下，这个湖一旦富营养化的湖泊治理周期，从科学的角度来讲有多长？一个湖泊一旦富营养化之后，从它的治理工程来看它远远比一个河流它的治理工作复杂得多。可以说我们现在苏州河上海苏州河大家能看到，修了一个闸，修了一个调水工程。从上引水往下冲，修了一套截污工程。那么河流和湖泊是不一样的，河流因为在流动过程中，它的自净能力，比一个闭塞性的湖泊，要大数量级。而且你看，如果一个富营养化的湖泊，它的治理工作包括那一些呢，我这里大约列了接近二十项，哪一项你达不到总量符合的要求，它的富营养化都是难以控制的。那么可以说，我们简单地提一提城市污水里边，它除了要解决一般污水治理以外，它需要解决一些涉及到市民生活的一些范畴。你比如说禁止含磷洗衣粉这一项工作，在日本花了八年到十年，在中国这项法律定下来之后，到现在已经三五年时间了，还没有看到什么效果。那么这样的涉及到市民生活问题的这么一些措施尚且如此，那么这么一些城镇工业废水处理的费用以及面源污水。刚才我们提到滇池之所以投了四十亿还效果不大。当然从技术上有各种各样的原因，其中不可否认的一个原因就是从农村的生活废水，农田废水以及养殖废水。这些污水的治理工作我们没有跟上，除此以外，强侵蚀区自然状态下的流入以及雨水的表面径流这些都是自然状态下面的污染源控制。同时在湖内里边，如果你不做生态工程学的工程措施加以处理的话，湖泊的富营养化治理是难以取得眼睛看得见成果。我们的富营养化这么严重，我们需要借鉴一下国外的治理技术路线。
大家能看到这张片子是1997年3月23日，日本制定第三个国家的五年湖泊防治规划。这个时候它们提出什么呢，它们提出的一个关键词是利用生态学技术。也就是说 像日本这样一个所谓的经济先进国家，它们在湖泊富营养化治理中，也觉得经济实力不够。也必须要考虑采用类似于，生态工程学技术来解决问题。从另一个角度来看，那么也就是说湖泊富营养化治理工作中，仅仅靠修污水修理厂这样的措施，从技术层面看也是不够的。那么咱们再看一张片子，这张片子是1999年5月25日，它们在制定第五个水质改善计划，国家计划中提到的第五次水质总的规划，就是第五次全国的水质改善计划。它的观念是什么呢？这上面写的是日语，是氮。第二个是繁写磷，我们是石字旁他们是火字旁，是不一样。原因都一样脱氮脱磷。那么日本大约比我们现在的，湖泊富营养化治理工作，大约在我们前20年左右它们提出来的技术路线是什么呢？也是三个关键字，一个是生态工程学技术，一个是深度处理技术、脱氮脱磷。这张片子是湖泊蓝绿藻以及海洋赤潮的合成机理。大家看看这张片子，你很可能很快能看懂，这个很简单嘛。就是地球上第一次出现，有机物的化学方程式的，就是一个最基本的，有机合成的一个方程式，如果在水体中只要有了，有机氮和有机磷，它将从大气中融进二氧化碳做碳源，那么有了碳氮磷，只要在阳光的作用下就能合成出有机物，你把有机碳，变成二氧化碳排到大气中。你仅仅做了这么一项工作。也就是说咱们像类似于苏州河，它发黑发臭是由于有机碳在缺氧的状态下，厌氧发酵导致的发黑发臭。那么你把碳，你二氧化碳排到大气中，那当然经过污水处理厂，处理的废水，处理水，你排到苏州河中，将不会发黑发臭，是能消除黑臭的。可是你注意，如果在湖泊的领域来看，你的碳排到大气中，氮和磷排到水体中，可是无机碳、无机磷，在无机氮、无机磷合成藻的时候，大气中的二氧化碳将再次融入湖泊中，而且大气中的二氧化碳，碳源是无限的。所以说在湖泊富营养化防治领域来看，如果你像对苏州河消除黑臭同样的政策来对待的话，将会出现什么情况呢？下边两个结论：第一你将加速藻类的异常繁殖、加速。第二句话是什么呢？促进富营养化大面积发生，当然这个结论呢是有争议的。我是极力主张这个观点，因为中国的湖泊富营养化里边，它是一个比较复杂的过程，你并没有明显地区别出来，中国的湖泊富营养化是处在水污染阶段还是富营养化阶段，但表征是明确的。也就是说中国虽然湖泊富营养化里边有水污染。这种现象只是一个部分，但是表征看起来，但主要矛盾是富营养化。所以说我提出来如果继续按照消除河流黑臭的办法来解决富营养化，那你是做无用功。
或者是说，你起相反的作用，我给大家讲这么一个经历，因为我是1949年生的，1957、1958年的时候，中国那个时候有一个三年自然灾害，这个时候粮食不够吃，当时提出来一个以菜带粮，这么一个说法，因为我住在一个城市里边，没有地可种，没有地可种蔬菜。这个时候呢，我父亲的单位里边就发来两包很小的小包，要求我们做什么呢？把家的脸盆放到窗台上�
