太湖藍藻爆發的最主要原因就是水體富營養化。
太湖無錫段的水體富營養化與氣溫、水溫等密切相關,同時還存在著地理特殊性。
上遊湖蕩水質惡化。近年來太湖上遊湖蕩保護力度不夠,湖蕩生態系統退化嚴重,太湖失去了第壹道天然保護屏障,這直接導致從太湖西北部進入的汙染物總量升高,太湖大部分水域藻類含量處於極高的水平。
湖水溫度高於正常年份。太湖年最高水溫出現在7、8月,年最低水溫出現在12月下旬至次年2月上旬,歷年最高水溫達38℃,最低水溫0℃,水溫年變幅介於29.5~38.0℃之間,平均變幅為34℃左右,平均水溫為17.1℃,較陸上氣溫高1.3℃,且各月平均水溫均高於氣溫。2006年的冬季是無錫市有氣象記錄以來最溫暖的冬天,整個冬季的日平均氣溫比往年要高2℃多,這導致藍藻沒有被大面積凍死,為2007年的暴發積聚了條件。繼“暖冬”之後,2007年入春以來氣溫繼續走高,為藍藻的瘋長提供了適宜條件。2007年1~4月太湖水體積溫高於多年平均值,尤其是4月份月平均水溫為近25年中最高,且4月25日以後太湖水溫壹直超過20℃,整個5月份也是歷史上氣溫最高的月份。這些都有利於藻類生長。
太湖水位較低。2007年1~4月,連日幹旱導致太湖的水位大幅下降,而太湖水位本來就很低,所以很快就引起泛浮現象,導致太湖底下的臟東西全都浮了上來。太湖始終處於相對較低的水位,4個月平均水位為2.94米,比近25年水體積溫最高的2002年同期還要低13.4厘米,極低的水位使汙染物濃度提高,從而進壹步導致水質惡化。
東南風的風向集聚效應。梅梁湖是太湖伸向陸地的大湖灣,東南風壹吹,幾乎整個外太湖的藍藻都聚集到了這裏。曾有專家比喻,梅梁湖的100多平方公裏水域像壹個水體相對靜止的“口袋”,偏南風壹吹,便成了整個太湖藍藻的聚集處。其實無錫梅梁湖集中了太湖中江浙滬三地的藍藻,而無錫市位於太湖的取水口就在這裏,所以藍藻的爆發對無錫市民飲用水影響極大。
降水量少。降雨偏少弱化了水體本身的凈化能力,致使水質進壹步惡化。加上太湖生態清淤工程導致水體無法流動,太湖近乎似水,所以加劇了藍藻的災情。
然而,以上種種導致水體富營養化程度加深的現象並非自然形成,藍藻大面積爆發也並非藍藻之過,太湖的汙染,罪魁禍首還是人類。從20世紀80年代末開始,太湖的主要汙染物總氮、總磷就嚴重超標,富營養化明顯,局部汞化物和COD含量也大大超標。這主要是由農業面源汙染、工業點源汙染及生活汙水排入太湖導致的。
而造成太湖富營養化的首要原因就是農村面源汙染。面源汙染是指溶解的和固體的汙染物從非特定的地點,在降水或融雪的沖刷作用下,通過地表徑流而匯入受納水體,包括河流、湖泊、水庫和海灣等,並引起水體的富營養化或其他形式的汙染。面源汙染更多地與農村聯系在壹起。我國農村過量和不合理地使用農藥、化肥,小規模畜禽養殖的畜禽糞便,以及未經處理的農業生產廢棄物、農村生活垃圾和廢水等,都是造成面源汙染的直接因素。
此外,這些年來,無錫等地的太湖地區把化工業作為支柱產業,使得大大小小的化工、電鍍、印染等企業如雨後春筍,分布在這個地區,數以千計的汙染企業沿太湖壹字排開,汙水直接排放到太湖裏。太湖流域內鄉鎮工業相當發達,以不到全國0.4%的國土面積創造著約占全國1/8的國民生產總值。上遊地區壹直未能遏制自己的“GDP情結”,片面追求經濟效益,忽視了太湖周遍的汙染源整治。
由於高效快速的經濟發展模式吸引了大量外來人口,太湖流域人口密度已達每平方公裏1000人左右,是世界上人口密度最高的地區之壹,城市化水平居全國之首。城市化進程加快、外來人口增多使得城市生活汙水量迅速增大,而大量的生活汙水也毫無例外的排入了太湖。
湖泊本來是很大的自然系統,但長期以來人們不加節制地開發利用它,導致了湖泊系統性問題的出現。人與自然的辯證法表明,粗暴地利用自然必然受到自然的報復。人和自然的關系已經嚴重失衡,自然已經開始報復人類的過度使用了。跟河流相比,湖泊更需要“休養生息”。古老的太湖養育了周邊生生不息的兒女,現在該是兒女們舍棄貪婪,讓她休養生息的時候了。
反思我的家鄉武漢,第五次人口普查(2000年)的數據表明,武漢市的平均人口密度是每平方公裏947人,比1990年增加132人。按照這個增長速度,現在武漢的人口密度應該已經超過每平方公裏1000人了,這和太湖流域情況相當。武漢的城市化率為82.86%,也是相當高的,流動人口比例也很大。不過與太湖流域不同的是,武漢市人口密度最高的地方是武昌,達到每平方公裏12020人。而武昌是武漢的教育中心,這裏的高校師生占了人口的壹大部分,就全市來看,人口增長最快的人群也是大學生。但這並不能減輕武漢市的汙染程度。和我壹起在武漢長大的同齡人中,患有上呼吸道疾病的大有人在;雖然大批工廠都搬到了郊區,但這只能導致郊區的汙染程度朝著市區的方向加速演變,對於城區,變化並不大。我也見過綠色的長江水,但卻和太湖的綠色不同,江水下的小魚和蝌蚪都清晰可見;我也喝過苦澀的自來水,加糖也掩蓋不了的苦,但卻是突發事件引起的,不到壹天就又好了。而現在我常常在武漢的大小湖泊中看到水華現象,幾乎所有的湖都有,但從未見過有好轉的跡象;常常聽到湖面大面積翻塘的消息,但幾乎年年都有。和江水裏的小魚玩耍,那些快樂的童年時光已經成了永久的記憶,長大後我也再沒有見過江水下的那些魚。也許擁有這樣記憶的人裏面,我和我的同齡人就是最後壹代了吧!——真是可悲的事實!作為長江和漢江的兒女,守著千湖之省,百湖之縣,我們也早就該警醒了。
有人懷疑太湖藍藻爆發與環湖的水稻田有關,其實不然。稻田是地球上最大的人工濕地生態系統,對區域氣候起著重要的調節作用。研究顯示,在同樣的土壤有機碳水平下,稻田土壤可以保持更多的氮和磷,不僅可以顯著提高土壤肥力,而且可以明顯降低氮磷對周邊環境的汙染,所以,水稻不但不會引發藍藻爆發,反而會限制藍藻的瘋長,應該發揮其顯著的固碳減排降溫效應和大氣的凈化功能。但是,環太湖的傳統種稻觀念需要與時俱進,要在科學規劃稻田布局的基礎上,將“高產更高產”的水稻生產目標更改為“優質安全生產”,切實降低農用化學物質的投入量,進行保護性稻作技術創新,積極開發環境友好的保護性稻作技術,開創經濟效益和環境保護的雙贏局面。
此外,還有壹個早已被人們淡忘的潛在因素——生態系統食物鏈。太湖盛產的魚類有48種,其中以經濟魚類銀魚和白魚聞名。20世紀60年代環湖大堤和閘壩的建設阻隔了太湖和長江間的交通,這讓原本可以遊進太湖的鰱魚數量減少。常見的“四大家魚”(青魚、草魚、鰱魚、鱅魚)中的鰱魚是壹種“食藻魚”,是藍藻天生的“克星”。鰱魚無法進入太湖,食物鏈上掉下壹環,藍藻缺乏生態上的天敵,瘋長只是時間問題。可見,人為的水利工程在多年前就已經埋下今日的禍根。自然界的萬物存續自有其定律,其中有許多微妙的關聯,是我們人類無法看清的,這正是自然界的偉大之處,也正是我們人類渺小的所在。如果人類已經無所不能了,那麽還要上帝做什麽呢?巴別塔的存在是對所有生物的警示——是自然界創造了妳,所以妳永遠不會比大自然更強大。
“水華”是淡水中的壹種自然生態現象。絕大多數的水華僅僅是由藻類引起的,如藍藻(藍細菌)、綠藻、矽藻等;也有部分的水華現象是由浮遊動物——腰鞭毛蟲引起的。水華發生時,淡水壹般呈藍色或綠色。
在自然界生態系統中,氮、磷等營養元素是植物生長的限制因子,即木桶的短板。如果氮、磷含量大量增加,即水體富營養化後,植物的生長就解除了限制,繼而大量繁殖。而處於食物鏈最底端的原生植物(以藻類為主的各種浮遊植物)繁殖得最快,它們迅速占有大量資源,從而限制其它植物的生長,成為優勢種群。在淡水中,導致水華的最常見的生物就是藍藻。由於藻類是以光能為能源的,光合作用會產生氧氣,所以當藻類大量生長時,水體表面的溶解氧呈飽和甚至過飽和狀態;但同時,藍藻也會在水面形成壹層膜,阻斷陽光和空氣進入,而且當藻類大量死亡後,由於腐化和降解的過程要消耗水中大量的溶解氧,導致水體中的溶解氧嚴重不足,呈厭氧狀態,水體嚴重惡臭。此外,為了抑制其它生物生長,藻類會釋放出壹種毒素——湖靛,對魚類有毒殺作用,破壞水體中生物的多樣性,導致水體中的生物屍體和殘體增多,有機負荷大大提高,又產生大量的氮和磷,進壹步加深了微生物厭氧分解的程度,從而形成惡性循環。所以淡水富營養化後,水華會頻繁出現,面積逐年擴散,持續時間逐年延長。
水華造成的最大危害是飲用水水源受到威脅。藻毒素通過食物鏈影響人類的健康,藍藻水華的次生代謝產物MCRST能損害肝臟,具有促癌效應,直接威脅人類的健康和生存。此外,自來水廠的過濾裝置會被藻類填塞,漂浮在水面上的藻類會影響景觀,水體還會有難聞的臭味等等。所以每次發生水華現象都會給人類和自然界帶來巨大的損失或災害。
導致水華發生的最重要的因素就是水體的富營養化。而造成水體富營養化的主要原因還是水域沿線大量施用化肥、居民生活汙水和工業廢水大量排入江河湖泊,致使江河湖泊中氮、磷、鉀等含量上升。此外,水溫、pH值、光照強度等因素均會影響水華的程度。20~30℃是水華現象發生的適宜溫度範圍。壹周內水溫忽然升高大於2℃是水華現象發生的先兆。當營養物質及其他條件適宜時,pH值為8左右可促進水華發生,若發生水華後,即使初始pH值不利於藻類生長,藻類的自適應性使其可通過壹系列生理生化反應調節水體pH值趨向適宜生長的偏堿性範圍。光照強度越強越有利於藻類的光合作用,進而促進藻類繁殖,大大提高藻類的繁殖速度。在水華現象發生時,水域多呈現幹旱少雨,天氣悶熱,水溫偏高,風力較弱,潮流緩慢等特征。
2007年5月6日,太湖開始爆發藍藻,這個無錫市民年年都要受到侵擾的“常客”,這次卻來得更早、更兇。無錫市緊急啟用常熟水利樞紐泵站從長江實施應急調水。16日,梅梁湖水質變黑,22日,小灣裏水廠停止供水,25日,貢湖水廠水質尚能滿足供水要求,28日,貢湖水廠水源地水質嚴重惡化,水源惡臭,水質發黑,溶解氧下降到0mg/L,氨氮指標上升到5mg/L每升,居民自來水臭味嚴重,29日起,自來水水質粘稠,帶有極強的刺鼻的腥臭味。
此後,無錫市民無法飲用自來水,甚至用來洗臉洗澡都不行,市民只能購買純凈水解決飲水問題。在老壹點的城區,市民開始啟用井水救急。日常生活的洗臉、洗澡、刷牙也要強忍著刺鼻的臭味,鼻子都不敢靠近手。部分市民離開無錫避臭。
為保證居民飲上純凈可口的自來水,自來水公司不惜成本,每處理壹噸水就要耗費6分錢的除藻除臭藥劑,而每天需要處理100多萬噸水,僅此壹項,每天就需耗費6萬多元。而且用藥劑很難完全除去臭味,加凈水器、活性碳、強氧化劑都沒有效果。
太湖流域的景觀、漁業、航運產業都將受到沈重打擊,經濟損失巨大。
應急措施
面對突然爆發的太湖藍藻,無錫市政府采取了壹系列應急措施:壹是加大“引江濟太”(引長江水補充太湖水)的供給量,以達到稀釋太湖富營養化水質的狀況,截止6月3日,***引長江水4.3億立方米,其中2.46億立方米引入太湖;二是緊急邀請國內治理藍藻的相關專家會商改善太湖水質的有關對策;三是密切關註自來水水質生化變化情況,以便作出積極應對。此外,連接太湖與無錫市內河的閘口被打通,同時啟用壹批被封閉的深水井,作為應急期間市民的生活用水補充。市政府組織人手打撈藍藻,加強監測,盡快凈水、穩定水價。
為緩解太湖藍藻災情,針對降雨量少的情況,5月31日下午和6月1日淩晨,有關部門在太湖地區實施了火箭人工增雨作業,取得了明顯的增雨效果。針對市民用水難的情況,政府啟用壹批被封閉的深水井,作為應急期間市民的生活用水補充。
5月31日,清華大學教授張曉健和助手來到無錫。專家發現,從太湖取水口到制水廠7公裏長的輸水管線有兩個半小時的流程,若在取水口投放大量的高錳酸鉀氧化劑,在2個多小時的輸水過程中,就能氧化掉大部分致臭物質;再在制水廠投放粉末活性炭,就能去除剩余的致臭物質,同時分解殘留的氧化劑。經歷了17個小時的反復實驗後,6月1日上午7時40分,制水廠出水的臭味被成功消除。這壹關鍵性突破,為破解無錫市飲水危機帶來了希望。6月1日晚,無錫市開始恢復正常供水,但要等水管中的陳水都流光後才能開始用水。6月3日上午,江蘇省和無錫市兩級衛生部門又對出廠水質和居民家中的水質進行監測比較,自來水出廠水質穩定合格,所有水廠出廠水的感官指標、壹般化學指標、毒理學指標、細菌學指標均符合國家GB5749-85水質標準。市民除飲用和做飯仍依賴純凈水外,其他生活用水已經正常。
治理方法
追溯太湖汙染治理的歷史,時間已經很久了,但太湖水質卻每況愈下。其原因之壹就是對可能發生的人為汙染物排放量估計不足。上世紀90年代提出“2000年太湖水變清”的目標,當時估算每年進入河道和湖泊的工業廢水只有5.4億立方米,生活汙水的年排放量也只有3.2億立方米左右。而到了2000年,排放的汙水量卻增加了5倍,監測數據顯示,當年太湖流域點源汙水排放量53.3億立方米。原因之二就是太湖流域水資源保護和水汙染治理,表現為流域特征,涉及到水利、環保、建設、農業、漁業、交通等多個部門,必須以流域為單元進行綜合治理。太湖涉及兩省壹市,環湖城市必須攜起手來***同治理,否則是無法將太湖治理好的。原因之三是藍藻爆發的現狀並不是壹天形成的,要治理好也需要相當長的生態周期。如果要新造自來水廠,那麽選址、取水方案、技術設計、建設等環節,周期也相當長。
從生態學的角度考慮,早在藍藻爆發之前的1月份,就有專家提出在太湖養魚來預防和治理藍藻。據測算,花鰱或者白鰱每增長1千克體重就能“消滅”40千克到50千克藍藻。壹條50克左右的鰱魚苗在太湖中長到1.5千克左右,就要被捕撈上岸,由此推算,從放流魚苗到捕撈上岸,壹條鰱魚壹***能吃掉60千克左右的藍藻。
中科院合肥物質科學研究院離子束生物工程學重點實驗室,研究出壹種有機汙水處理劑,將其均勻加入壹杯汙水中,3~5分鐘即可使氮、磷及藻類絮凝沈澱,再通過磁分離技術,徹底移出汙染物,處理後的水體達到國家二級排放標準。專家介紹,過去壹些水體治理產品只能凝結、沈澱汙染物,不能將其移出,時間長了往往會再次爆發汙染。而他們研制出的這種有機汙水處理劑是以粉煤灰等幾種無毒無害的工業廢料與殼聚糖等材料復配,再加上磁粉等磁性材料,通過物理化學改性,制成粉劑或水劑母料的。試驗表明,這種水處理劑與富營養化湖水混凝,先產生絮凝物,再伸入磁鐵即可吸附移出氮、磷和藻類。這項新成果因為加入了磁分離技術,可實現徹底根治氮、磷及藍藻的目標,彌補過去壹些水體治理產品的不足。
針對已爆發的藍藻,有關專家提出向湖中噴灑稀釋的黏土漿,利用黏土對藻類細胞的凝聚吸附作用使藍藻沈入水底,控制其生長蔓延,同時往原水中添加活性碳也可以吸附、沈澱藍藻。
針對去除水體中的藻毒素,復旦大學化學系副教授鄧春暉開展了壹項名為“磁性納米材料附加銅離子去除藻毒素”的研究。研究證明,銅離子能和藻毒素通過配位作用相結合。而通過將銅離子附加在磁性納米材料上,就可以用磁石將附有藻毒素的磁性納米材料方便地提取出來,從而實現從水體中分離藻毒素的目的。在實驗室階段,此方法的分離率已達90%以上。
針對防止和緩解水體富營養化的問題,復旦大學環境科學與工程系胡歡等三名學生發明的“陸生植物水培治汙法”提供了壹種全新的解決思路。此方法利用佛手蔓綠絨和葉喜林芋兩種常見的景觀植物,栽培在重度富營養化的水體中,以最大限度地吸收水中的富余營養。
水藻是壹種只要有陽光和水便可生長並能轉化為燃料油的生物。科學家開始啟動用水藻轉化燃料油的計劃。從水藻中提取的植物油可以被轉化成生物柴油,這種生物柴油幾乎可以被當作所有柴油機的燃料。因此,有人想到用爆發的藍藻制造生物燃料油。
藍藻含氮量高達10%左右,含磷量也近1%。1立方米藍藻可生產4公斤氮,相當於8公斤尿素,加上生產沼氣的收益,綜合利用1立方米藍藻的總收入可達50元。他們已成功將藍藻制成優質生物肥料,可以很好地取代化肥。目前,這項成果即將在太湖邊進行中試,壹旦項目取得最終成功,可解決太湖周邊40萬畝土地的肥料供應問題。水體富營養化,而周邊農田營養缺乏,這種處理方法本身就反映出我國農業生產的不科學不合理的現狀。
後續處理
實時監測藍藻狀況。江蘇省測繪局和中科院南京地理與湖泊研究所聯合研發“太湖藍藻水華遙感動態監測預警系統”,通過衛星遙感空間、地理信息技術配合湖面實測采樣等高新技術,建立遙感光譜與藍藻生物量關系模型。系統建成後,將可動態監測藍藻水華的發生、發展與空間分布變化,通過不間斷的衛星圖片數據輸出,判斷藍藻的生長態勢,進行預報預警,並為湖區周邊新農村建設及時提供水質資料,為農業、漁業生產,人民生活用水等提供良性管理與技術服務。
治理排汙源頭。緊鄰太湖的無錫周鐵鎮,面積不足73平方公裏,卻聚集了400多家工業企業,其中,高汙染企業就有150多家,多年整治都不見效果。2007年藍藻爆發後,無錫市將在2008年底前關閉全市772家高消耗、高汙染、高危險、低效益的企業。在江蘇宜興,凡是有氮、磷排放的新項目全部被叫停,還有近十家這類老企業,雖然符合以往排放標準,但按照新的環保門檻,也被關停轉產。江蘇將於2008年底前依法關閉2150家小化工企業。
現狀
今年(2008)4月初,太湖藍藻又大規模爆發,比2007年又提前了壹個月,而且湖水就像綠色油漆壹樣,可以寫字;太湖就像大染缸壹樣,東西掉下去再撈上來就全都染成綠色了。不可否認,水華的現象不但沒有好轉,而且還更加嚴重了。但由於各方面都做好了準備,所以居民生活用水沒有受到影響。
藻水分離工程可望規模化運作。無錫太湖水藻分離站示範工程項目位於太湖梅梁灣北端,是無錫實施藍藻無害化處理與資源化綜合利用的重點示範工程之壹。該項目引進水藻分離集成技術,采用機械方式治理藍藻,工藝成熟,低耗高效,安全實用,日處理能力可達5000噸富藻水。項目實施後,可解決水藻高效快速分離、藻漿脫水、藻渣制取有機肥等三個難題,對藍藻暴發形成的大面積水華可迅速有效應急清除,除藻率達95%以上,並可大量帶走氮磷,減輕水體中營養負荷,改善水質。經過太湖水藻分離站處理的去藻水可直接回送湖體實施再利用,能提高水體透明度,改善水體景觀,為湖泊的生態修復創造條件。
感想
搜集了很多資料,也查閱了壹些相關知識,但始終沒有找到針對水體富營養化本身的治理措施。都只能等水華發生以後,再在用水的過程中,去處理去凈化。也就是先汙染後治理,而且這種治理也不是根本上的治理。雖然從根本上治理可能需要很長的時間,但現在似乎連解決方案也沒有,讓人覺得泄氣,覺得可悲啊!
水體富營養化同時涉及到環境問題的兩個方面,即環境汙染和生態破壞。在上述的探究中,已經提及這兩個方面,但很明顯,現在社會上對太湖藍藻爆發的反思,更多的只是看到了環境汙染,而對生態破壞的重視不夠,對生態環境的現狀也沒有具體的研究分析。但我想,利用生物的或者是生態學的方法來解決太湖藍藻問題才是更快速更有效的。
另外,武漢和太湖流域的狀況十分相似,作為土生土長的武漢人,我深深地為太湖的故事在武漢重演感到擔憂。