太湖藍藻暴發的治理

朱 喜，李貴寶，王圣瑞

(1.無錫市水利局,江蘇 無錫 214031； 2.中國水利學會事業發展部,北京 100053；3.北京師范大學水科學研究院，北京 100036)

2007年“5·29”太湖發生供水危機后，國家及地方政府出巨資,采取綜合措施全力治理太湖：控源截污，提升污水處理能力，完善污水收集管網，達到一級A處理標準，控制生活、工業、規模集中養殖等點源污染和農業農村面源污染，關停并轉3 000余家重污染企業等；共打撈藻水1 200萬m3，對藍藻進行無害化處置、資源化利用；望虞河“引江濟太”調水入湖93億m3，梅梁湖調水出湖89億m3，帶走大量TN、TP和藍藻；太湖完成清淤3 000萬m3，清除了底泥中大量TN、TP、藍藻種源和有機質等污染物；東太湖修復以蘆葦為主的濕地37 km2，其他水域進行了零星修復[1]。

通過2007—2017年10年的治理，太湖水質得到改善，每年藍藻暴發面積大小有所差異，但總體上藍藻水華暴發(以下簡稱“藍藻暴發”)仍然較嚴重[2]。據太湖流域管理局資料[3]，太湖水功能區達標率從2007年的22.5%提升為2017年的58.3%；同期太湖年平均水質從劣Ⅴ類改善為Ⅴ類。其中TN質量濃度從2.35 mg/L降為1.60 mg/L，削減了31.9%；TP從0.074 mg/L上升為0.083 mg/L，增加了12.2%；貢湖再未發生“湖泛”和產生黑臭水體，保證了無錫供水安全；藍藻仍年年持續暴發，2017年最大暴發面積1 403 km2，超過發生太湖供水危機的2007年最大暴發面積(979 km2)；2017年太湖的藻密度普遍較以往有較大幅度增加，如太湖全湖、梅梁湖(太湖北部的另一個湖灣)年均藻密度分別為1.17億/L和2.4億/L，分別為2009年的5.05倍和3.43倍。太湖仍存在發生藍藻暴發而導致“湖泛”型供水危機[4]的潛在危險。2018年太湖建立了湖長制，國家提出了長江大保護戰略，這是推進太湖水生態環境治理的良好機遇。消除藍藻暴發應是治理太湖不可或缺的重要內容。

1 太湖治理存在的問題

a. 尚未設立消除藍藻暴發目標。國務院《2008年太湖流域水環境綜合治理總體方案》及《2013年太湖流域水環境綜合治理總體方案(修編)》及各級政府文件中均未提出消除藍藻暴發的目標，不能充分調動各級領導和科研人員治理太湖、消除藍藻暴發的積極性。

b. 藍藻暴發程度有所加劇。藍藻的細胞密度存在增加的趨勢，年最大暴發面積存在加大的趨勢。目前太湖的治理停留在治理富營養化階段，尚未進入控制藍藻暴發、深度清除藍藻階段。

c. 河湖水質氮磷濃度居高不下。太湖和入湖河道水質均未達到目標要求，按水環境質量河道標準評價，2017年入太湖河道均消除劣Ⅴ類，但氮磷均超過湖泊Ⅲ類水標準，其中TN均劣于Ⅴ類(現行河道水質評價中不含TN)；太湖水質為Ⅴ類[1]，距離Ⅱ或Ⅲ類的目標[5]還有相當距離，使藍藻生長繁殖、暴發有足夠的營養基礎。

d. 太湖蘆葦濕地大量減少。現流域河道和陸域的生態修復成效較顯著，但太湖水域以蘆葦為主濕地恢復很有限，目前太湖濕地較藍藻暴發前減少150 km2以上[1]，使太湖水體凈化能力、豐富生物多樣性和抑制藍藻生長繁殖作用顯著減弱。

e. 缺乏治理藻暴發的集成技術措施。目前采取的控源、打撈藍藻、調水、清淤和生態修復等5項技術措施，雖然每項措施均有抑制藍藻生長繁殖和一定的除藻作用，但由于未能對其進行有效技術集成，難以發揮其削減直至消除藍藻暴發的較好效果。

2 原因分析

2.1 缺乏消除藍藻暴發的信心

主要表現在對消除藍藻暴發的必要性認識不足，有關部門安于治理富營養化現狀，對消除藍藻暴發的可能性認識不足,認為需等到有了消除藍藻暴發的成熟技術才能提出消除藍藻暴發的目標。此外，我國對湖泊藍藻暴發及其治理情況缺少足夠的研究，如我國大多數的大中型淺水淡水湖泊已富營養化，但只有太湖、巢湖和滇池年年出現藍藻較嚴重暴發現象；富營養化的鄱陽湖、洪澤湖以往僅發生數次非連續性的輕微藍藻暴發，洞庭湖的富營養化程度(曾達到劣Ⅴ類)比鄱陽湖還嚴重，但未發生藍藻暴發現象；無錫蠡湖、南京玄武湖、武漢東湖、杭州西湖以往均數次發生藍藻暴發，經治理一般藍藻不再暴發或輕微暴發[1]。認真總結上述大型湖泊富營養化或水質劣Ⅴ類而沒有藍藻暴發、小湖泊能有效消除藍藻暴發的經驗教訓，創新出一套消除藍藻暴發的治理思路，如把太湖分成大小適宜的若干水域，把小湖泊消除藍藻暴發的技術進行集成創新，用于太湖相宜水域，逐步消除太湖各水域藍藻暴發現象。

2.2 存在“治理富營養化就能消除藍藻暴發”的觀點

“治理富營養化就能消除藍藻暴發”的觀點不妥，國內外專家一般認為藍藻已暴發的大中型淺水湖泊，如僅依靠消除富營養化來消除藍藻暴發，則氮磷質量濃度須分別達到0.1～0.2 mg/L和0.01～0.02 mg/L[6](分別相當于太湖Ⅰ、Ⅰ或Ⅱ類水)，太湖難以達到上述數值，故僅依靠治理富營養化不能消除藍藻暴發。應將治理富營養化與削減藍藻數量結合才能逐步減輕直至消除藍藻暴發[7]。

2.3 內外污染源控制力度不夠

2.3.1外源污染控制力度不夠

2017年環湖河道入湖總負荷量TN為3.94萬t，TP為0.20萬t，分別為2007年4.26萬t、0.19萬t的92.5%和105%[3]，即10年來入太湖的TN僅削減7.5%，TP則增加5%。太湖2017年大部分水域水質已提升為Ⅳ或Ⅴ類，少部分水域如西部沿岸和竺山湖的水質仍為劣Ⅴ類(主要是TN超標)，說明由于流域人口增加、社會經濟持續發展產生的污染負荷持續增加，而控制點源面源污染的力度不夠或僅能趕上污染負荷增加的速度，致使太湖上游特別是西部河道入湖的水質仍然較差，直接影響西部沿岸水域和竺山湖水質，直至影響整個太湖水質。污水處理廠是流域最大點源污染群，現行處理標準太低而不能滿足太湖環境容量的要求。目前城鎮污水處理廠污染物排放標準一級A的TN、TP質量濃度分別為太湖水質Ⅲ類的15倍和10倍，故應提高污水處理標準。至于提高處理標準成本很高的問題，應從流域污染負荷總量控制的高度出發，必須提高污水處理標準，同時不斷改進污水處理工藝和加強管理以逐步降低成本。太湖上游區域應在提升污水處理能力和建設全覆蓋的污水收集管網基礎上，大幅度提高污水處理標準，同時對其他點源面源污染進行全面有效控制，才能滿足太湖環境容量的要求。

2.3.2削減內源污染力度不夠

目前控制內源僅滿足于常規清除底泥，沒有重視藍藻持續暴發對底泥和水體產生的嚴重污染，這是太湖治理水質TN改善而TP未得到改善的主因之一。據測算，目前打撈水面藍藻的數量僅為太湖年生成藍藻數量的2%～4%，所以須創新思路，加大內源污染削減力度，深度打撈清除水面、水體和水底的藍藻，才能消除藍藻的暴發。

2.4 缺少統一修復太湖水域濕地方案

濕地具有固定底泥、減少底泥釋放污染物、凈化水體等減少營養物質和豐富生物多樣性的作用，同時相當多植物具有抑藻除藻的化感物質。但太湖現狀濕地較藍藻暴發以前的20世紀六七十年代減少了150 km2以上[6]，濕地功能受損較大。關于太湖濕地修復問題，應該首先致力于人工改善水域生境，滿足種植濕地植物的要求，而不應該等待自然修復太湖的生境。應統一制定修復太湖水域濕地方案，充分發揮濕地治理富營養化和消除藍藻暴發的作用。

2.5 研究資金不足，研究深度不夠

由于研究資金不足，研究深度不夠，導致相關研究不到位。若利用現有技術進行科學集成創新，則可分水域逐步達到消除藍藻暴發的目標。目前國內研究藍藻和湖泊的機構主要側重于藍藻生長繁殖機理等基礎理論研究，很少進行消除藍藻暴發的應用性技術集成的研究創新，也少有關于綜合治理太湖、巢湖和滇池藍藻暴發的研究成果，治理太湖的研究還基本停留在治理富營養化和打撈水面藍藻層面，研究深度不足以支撐控制、消除太湖藍藻的暴發。

2.6 太湖TP質量濃度升高的原因

太湖治理以來，全湖TP質量濃度反而升高，如東太湖的TP從Ⅲ類下降為Ⅳ類，其原因主要為：①環湖河道入湖TP負荷量增加；②底泥釋放的TP增加。由于連續多年藍藻暴發，藍藻死亡后大量沉積于湖底，底泥中原來的不可溶性磷(包括底泥中原有的磷及死亡藍藻中的磷)在厭氧條件下轉化為可溶性磷[6]，增加水體中TP含量；③水體藻密度增加導致藻源性磷含量升高。

目前，藍藻已逐漸成為太湖的主要內源污染，削減TP負荷的措施有：①削減外源TP的負荷量和速度要大于流域社會經濟發展增加的TP負荷量和速度，有效削減入湖河道TP及其他入湖外源TP負荷量；②深度消除藍藻生物量，降低水體藍藻密度；③削減底泥TP釋放量和降低底泥中藍藻種源春季萌發數量。

3 太湖流域治理目標

流域全面實行湖長制、實施長江大保護戰略是開展新一輪太湖治理的良好開端，特別要以藍藻年年規模暴發的問題為導向，應從目前的治理富營養化階段轉入治理富營養化與消除藍藻暴發并重階段，為此要設立消除藍藻暴發的目標，調動相關部門、科研人員和關心治理太湖人士的積極性，以加快太湖治理速度。

治理目標可為控制藍藻暴發，爭取在2030—2049年前分水域消除藍藻暴發；消除富營養化，2030—2035年水質達到Ⅱ或Ⅲ類[5]。其中2020—2030年消除梅梁湖藍藻暴發，接著或同時消除貢湖、竺山湖、太湖西部等沿岸水域的藍藻暴發，其后或待太湖水質提升至Ⅱ或Ⅲ類時，采用相應技術集成消除湖心水域藍藻暴發。

建議第三次編制(修編)《太湖流域水環境綜合治理規劃方案》，創新思路，把消除藍藻暴發目標及其相應治理技術集成措施列入其中。各級政府及部門通力合作，全力推進消除太湖藍藻暴發。

4 對策措施

消除太湖藍藻暴發的技術可歸納為治理富營養化、清除藍藻、恢復濕地三大類。

4.1 治理富營養化

消除富營養化是太湖治理的基本措施，主要是大幅度削減湖水中氮磷和其他污染物的含量，一定程度削減藍藻生長繁殖的基礎營養物質，減慢藍藻生長繁殖速度。

4.1.1提高污水處理標準，減少尾水入湖污染負荷

生活污水和相當部分工業污水經污水處理廠一級A標準處理后可以削減55%～70%的氮和70%～85%的磷[1]，但污水處理廠尾水排入水體的氮磷負荷量仍超過太湖環境容量[7]，如再加上其他未進行處理的點源污染及眾多的面源污染排入水體的氮磷，則超過環境容量的幅度更大。目前應在建設足量污水處理廠和全覆蓋污水管網的基礎上，大幅度提高污水處理標準，如太湖上游地區污水處理廠(設施)TN排放標準提高至2 mg/L，近期(2030年)可先提至 3～5 mg/L；TP提高至0.025 mg/L，近期可先提至0.1 mg/L；NH3-N提高至0.1～0.5 mg/L。據測算，污水處理廠提高至上述標準，同時大幅度削減其他各類點源面源污染負荷，就可滿足太湖水體環境容量的要求。太湖非上游地區污水處理廠提標幅度可小于此值。

流域各市在總結各地污水處理提標經驗的基礎上，根據人口密度、社會經濟持續發展的特點及河湖環境容量的要求，進行地方立法，制定高于一級A的更嚴格的污水處理廠(企業)污水處理標準。

4.1.2削減其他點面源

采取各類有效措施全力削減未進入污水處理廠(設施)處理的各類點源的污水量，嚴格處置廢棄物，關停并轉重污染企業，工業企業進入工業園區、污水分類處理，規模畜禽養殖污染集中處理；積極有效治理農業污染物、農村生活污水、垃圾、廢棄物、水產養殖、航行等各類面源污染，如農田測土配方，大量削減化肥、農藥用量，推廣使用有機肥，節水灌溉，以減少農田徑流污染。同時嚴格控制洞庭東山、西山由于鄉村旅游業迅速發展而產生的生活污水、垃圾污染，減少太湖東部水域的污染。

4.1.3調水

通過調水可以增加環境容量和水體自凈能力[8]，帶走部分污染物質和藍藻。主要措施是繼續實行望虞河“引江濟太”與梅梁湖泵站聯合調水，增加太湖“引江濟太”第二條新溝河線路和第三條新孟河線路，有效改善竺山湖、太湖西部沿岸水域水質。

4.1.4進一步削減內源污染

a. 清淤。繼續清除藍藻大量聚集水域的底泥，清淤土方作為抬高修復蘆葦濕地基底的回填土，這樣可一舉三得：較常規清淤和淤泥干化可節省64%的投資[7]，減少淤泥的堆場，利于修復蘆葦濕地。清淤的淤土資源可全部資源化利用。

b. 清除藍藻。采用抑藻除藻綜合技術集成措施深度清除水面、水體和水底的藍藻，此類集成技術措施可削減氮磷，特別是大幅度削減TP，這是僅依靠削減陸源和常規清除底泥的技術難以達到的效果。清除藍藻將成為太湖清除內源的主要內容，可利用混凝氣浮、碳納米電子技術、濕地等相關技術在除藻的同時消除有機底泥污染，同時清除過多的水草、水產養殖污染負荷。

4.2 清除藍藻

清除藍藻包括抑制藍藻生長繁殖和直接消除藍藻。其措施除了目前常規打撈水面藍藻外，也包括使用安全的物理、理化、生物、生化等方法抑藻、殺藻。

4.2.1分水域除藻

太湖除藻的基本要求是必須分水域實施。太湖面積大、風浪大，不可能一次性統一清除太湖藍藻。太湖分水域除藻，首先消除梅梁湖、貢湖、竺山湖等湖灣藍藻，這些水域還可分割成適宜大小的水域，采用小型湖泊消除藍藻暴發的治理技術，并對相關技術進行集成創新后用于適宜的水域消除藍藻暴發，其后消除湖心水域藍藻暴發。分水域消除藍藻暴發時，要求各個水域既要相對封閉又與相鄰水域具有一定的水力聯系、水量交換，故要在水域的邊界處建設適宜的阻隔、圍隔系統，如在風浪較大水域可采用鋼絲石籠透水壩(或其水下一定位置采用土壩)、排樁加濾布或其他隔斷，有利于同時改善兩側水域環境；在風浪相對較小水域可采用固定圍隔或軟圍隔。

4.2.2深度除藻

改進目前僅打撈水面藍藻的技術，實行深度分水域打撈清除水面、水中和水底的藍藻，使各個水域保持數年無藍藻暴發，再把其連成為整片無藍藻暴發水域。

a. 改性黏土除藻[7]。使用機械設備快速噴灑改性黏土水溶液，使水面、水體和水底的藍藻均快速沉于水底，繼而實施生態修復如種植沉水植物，以固定底泥和吸收藍藻所含的營養物質，達到除藻目的。另外天然礦物質凈水劑或類似物質[9]均有除藻作用。

b. 高壓除藻[10]。對進入高壓設備的藍藻進行高壓處理，改變藍藻原來的壓力、溫度等生境，使藍藻在相當程度上失去生長繁殖能力，甚至死亡，達到大幅度減慢藍藻生長繁殖速度的效果。高壓除藻包括豎井式和移動式兩類，其他如推流曝氣、超聲波[11]等類似技術均有除藻作用。

c. 混凝氣浮除藻[7]。把目前在巢湖和滇池廣泛使用的德林海的固定式混凝氣浮的藻水分離除藻技術(或其他類似技術)直接應用于太湖水域，但需設計制造移動式除藻船(設備)。用混凝氣浮法使水面、水中和水底的藍藻及水底的有機懸浮物質全部浮于水面，然后將其打撈、分離處置，或設計氣浮、打撈和藻水分離一體化的工作船，此類設備一年四季可運行。此技術設備在除藻同時可直接清除湖底表層的有機底泥，若干年內不必再采用常規方法清淤。

d. 碳納米電子技術除藻[12]。采用金剛石碳納米薄膜電極裝置，加電壓后釋放電子，在陽光下產生光電效應、光催化作用，破壞藍藻的細胞壁和細胞內部物質、消除藍藻。此技術除藻效率高，不添加化學物質，可一年四季運行，同時可削減水體和底泥的氮磷等污染物。

e. 生物種間競爭除藻。采用蘆葦、紫根水葫蘆[7]、沉水植物或植物化感物質制劑[13]除藻，采用鰱鳙魚[14]等動物濾食藍藻。

f. 鎖磷劑。水體噴灑鎖磷劑，使水體磷顆粒沉入水底，致磷濃度大幅度降低，減慢藍藻生長繁殖速度，而沉入水底的磷以后可被沉水植物吸收。

g. 安全高效微生物及制劑抑藻殺藻[15-16]。目前能夠抑制藍藻生長繁殖或直接殺死藍藻的高效微生物很多，關鍵是選擇安全的微生物。可組建治理藍藻技術安全鑒定機構，對各類技術進行安全性科學鑒定，允許安全技術使用，或為技術使用進行安全性指導。

h. 使用常規措施抑藻除藻。如控源截污、調水、清淤等措施在治理富營養化至一定程度后可有效減慢藍藻生長繁殖速度。其中調水可帶走污染物和藍藻，清淤可清除底泥藍藻種源和減慢污染負荷釋放，這些均能在一定程度上降低藻密度或減慢藻密度的增加速度。

4.2.3綜合除藻

綜合除藻即在分水域治理的基礎上采用上述數種除藻技術合理搭配和集成創新，取得降低藻密度的最佳效果，直至消除藍藻暴發。總之，不是等待太湖由藻型湖泊自然轉變為草型湖泊后再去消除藍藻暴發，而是在總結現有諸多治理技術的基礎上，進行技術集成創新，科學治理太湖，使太湖由藻型湖泊轉變為草型湖泊，同時消除藍藻暴發。

4.3 恢復環湖濕地

4.3.1恢復濕地規模

太湖濕地應恢復至20世紀六七十年代藍藻暴發前的規模，即需增加超過150 km2的蘆葦、沉水植物等多種生物系統的濕地[7，17-18]。太湖水域內濕地受到嚴重損毀的主要原因是建設環湖大堤、圍湖造田(魚池)以及嚴重水污染、藍藻大規模暴發和提高冬春季水位，如太湖西部和竺山湖沿岸水域建設太湖大堤時就減少湖濱水域濕地70 km2，貢湖和竺山湖由于水污染及藍藻暴發分別使30 km2、20 km2的沉水植物濕地消失[6]。新增蘆葦濕地應主要安排在太湖西部和北部水域。

4.3.2恢復濕地措施

a. 恢復沿岸水域濕地。恢復太湖沿岸500～1 000 m 或更寬水域濕地。太湖岸線總長436 km[6]，大部分沿岸水域可修復濕地。修復濕地首先要改善生境，使其符合種植相應植物的條件，具體措施包括：①在較寬的水域修復濕地，要先在其外圍設置擋風浪設施，如設置鋼絲石籠壩或圍隔等；②修復蘆葦濕地，主要是減小風浪、控制水深或抬高基底高程至冬春季基本無水；③修復沉水植物濕地可用改性黏土、碳納米電子技術和鎖磷劑等來消除污染和藍藻暴發，采用控制底棲魚類擾動底泥等措施，提高水體透明度至一定程度，再修復以沉水植物為主的濕地；④在適宜的中心水域修復濕地。

b. 恢復被圍墾濕地。主要是拆除西部環太湖大堤、退田還湖，恢復沿岸水域原來被圍墾的30～50 km2的部分濕地，也應該適當恢復太湖其他水域被圍墾的濕地。云南滇池外海已拆除50 km的環湖大堤，恢復了9 km2濕地[1]，其經驗值得借鑒，太湖同樣可拆除部分環湖大堤，恢復原來的濕地。恢復太湖西部濕地，可用適當方式改造大堤，使大堤兩側水體相互流通，如在環湖大堤及相應的入湖河道的河堤上打開若干個缺口(缺口上設置橋涵)與太湖連通而成為濕地，這樣也使污染河水可經由河堤上的口子進入濕地，濕地凈化河水，再通過環湖大堤的缺口入湖，使濕地同時起到減少河道污染物入湖的作用。

c. 降低水位增加濕地。適當降低太湖冬春季水位，如降低50 cm水深，可增加14 km2的濕地面積，同時有利于春季蘆葦等植物發芽生長，有利于人工修復濕地。

4.3.3科學制定太湖修復濕地專項規劃方案

借鑒東太湖修復大片蘆葦濕地的經驗以及太湖東部三山島和西部宜興沿岸等水域小規模修復濕地的經驗，統一制定人工修復各湖灣、水域濕地的專項規劃方案，分期實施。恢復太湖濕地至藍藻暴發以前規模，在實行人工修復濕地的同時促進自然修復。建立專業濕地管理保護隊伍，冬季收獲蘆葦，控制沉水植物瘋長。

4.4 建立示范試驗區

a. 把消除藍藻暴發列入太湖治理重點研究課題。組建多學科聯合研究團隊，研究推廣適用、低價、長效、安全的集成技術，推進消除藍藻暴發科研成果轉化和推廣應用。太湖消除藍藻暴發的科研重點應放在應用性技術研究并兼顧藍藻基礎理論研究，即重點應放在開展藍藻死亡的規律、生境和消除藍藻暴發的綜合集成技術措施的實用性研究上，加強創造不利于藍藻生境的應用技術研究。

b. 進行分水域綜合除藻試驗。把梅梁湖作為分水域綜合除藻的試驗水域。梅梁湖自然地理條件有利于建成相對封閉水域，具有良好的治理基礎條件，且大眾對消除全國著名的梅梁湖風景區藍藻暴發極為關切，故可把梅梁湖作為綜合除藻試驗水域[3]。綜合除藻試驗包括：設置經得起風浪的透水坎或隔斷，阻擋外太湖藍藻進入梅梁湖；沿岸水域修復濕地；湖灣中心進行分水域深度除藻試驗。消除藍藻暴發后可拆除全部圍隔，連成為一整片無藍藻暴發的水域，約用10年時間可完成此項試驗。

c. 加大科研投入，保證資料公開共享。采用國家、地方政府和民營資本等多種形式資金[19-20]，加大科研投入；加強對水質、藍藻及其暴發等項目的監測，監測指標應增加藍藻干物質一項，此指標較藻細胞密度和葉綠素a更能說明藍藻暴發的嚴重程度；鼓勵建立資料公開的一個或多個太湖大數據(研究)中心或公益網站，凡政府出資取得的研究成果和監測資料均應公開。

5 結 語

在實行湖長制過程中開展新一輪的太湖治理工作，以藍藻持續規模暴發問題為導向，調動各級領導、科研人員和廣大民眾的積極性，設立消除藍藻暴發目標，進行分水域消除太湖藍藻暴發的重大基礎科學問題研究和技術集成創新，早日解決太湖藍藻暴發問題，使太湖成為長江流域最先消除藍藻暴發的美麗湖泊。