朱喜:太湖治理四阶段成效

由于太湖水污染、富营养化和蓝藻爆发,破坏了太湖生态系统的良性平衡,逐渐显现严重的不良后果,甚至产生2007年蓝藻爆发“湖泛”型5·29供水危机。各级政府一直高度重视治理太湖,实施了30年的坎坷治理,由于人类对于自然界奥秘的认识是逐步提高的,所以在治理太湖过程中取得相当成绩的同时难免存在一定问题,需要总结分析,提出进一步的治理意见。太湖治理总体上分为四阶段:

第一阶段治理(1970-1989年):太湖局部水污染、富营养化和后期蓝藻小范围爆发,此阶段没有治理。

第二阶段治理(1990-1997年):太湖全面水污染、富营养化和蓝藻年年规模爆发。采取了一些治理工业点源的零星措施,基本没有效果,以后蓝藻爆发规模增大、程度日益严重。

第三阶段治理(1998~2007半上半年):太湖全面水污染、富营养化程度加重,蓝藻年年规模持续爆发,越来越严重,以致发生2007年蓝藻爆发“湖泛”型5·29供水危机。1998年12月31日国家实施“零点行动”,提高和完善了治理标准,采取了同时治理点源面源措施,使污染的发展速度得以减慢。蓝藻爆发程度未得到减轻。

第四阶段治理(2007年下半年-2020年):太湖仍处于全面水污染、富营养化阶段,但富营养化程度有相当减轻,蓝藻仍年年规模持续爆发。采取了有计划的全面治理措施,全面治理污水厂、生活、工业、规模集中养殖业4类点源和众多的面源,使TN削减了37%,确保太湖二个达标:确保年年供水安全、确保不发生大规模“湖泛”。但TP下降缓慢或有些年份反而升高,藻密度和蓝藻爆发总体年年持续在高位波动运行,其中2020年藻密度开始有所下降。

认真总结过去30余年的治理经验,加快治理太湖的进程,落实总书记绿水青山就是金山银山的指示,建设看不见蓝藻爆发的美丽太湖。

第一阶段治理(1970-1989年)

1蓝藻爆发状况

此阶段太湖开始水污染,营养程度一般为中营养,后期局部水域发展为轻度富营养。1987年太湖平均值达到TP0.035mg/L(Ⅱ类),TN1.54mg/L(Ⅴ类),此后若干年均大于此值,其中梅梁湖污染较太湖为重,于是1987年开始在梅梁湖水域发生小规模蓝藻聚集或爆发。此阶段开始零星治理污染,尚未认识到要治理蓝藻。

2治理措施

70年代初停止大规模围湖造田,使太湖水面积不再缩小,相对稳定太湖水环境容量;80年代主要开展对工业重金属污染的治理,使工业污染的增速放慢;80年代建设太湖大堤,使整个太湖岸线稳定。

3治理效果

此阶段治理没有减轻水污染,没有减轻1987年开始的小规模蓝藻聚集或爆发。建设太湖大堤减少了太湖沿岸相当数量湿地,减少植物净化水体和抑制蓝藻生长繁殖及固定底泥的作用。

第二阶段治理(1990~1997年)

1990年太湖P、N平均值分别达到0.058mg/L(Ⅳ类)、2.35mg/L(劣Ⅴ类),此年起在梅梁湖等水域蓝藻年年持续爆发,随之太湖相当部分水域相继发生蓝藻爆发,此阶段蓝藻爆发面积总体呈持续增加之势。其蓝藻年最大爆发面积一般在100~200km2。

此阶段治理以有计划治理工业污染为主。1990年太湖蓝藻第一次规模爆发,造成梅园水厂的无锡第一次供水危机,敲响了太湖水污染和蓝藻爆发的警钟,使人们认识了治理太湖水污染的重要性和必要性,开始有计划治理污染,主要是治理工业有毒有害物质的污染和削减COD;逐渐把防治工业污染与社会经济发展相结合;开始建设具有规模的城镇污水处理厂(下简称污水厂),集中处理生活污水和部分工业污水;实施保护饮用水水源地措施。

该阶段减少了原有污染源的污染负荷,但由于流域社会经济迅速发展,新增大量工业污染源,由于治理标准偏低,其结果是治理水污染速度赶不上流域污染发展速度,太湖PN浓度仍持续上升。太湖蓝藻爆发程度持续加重。

第三阶段治理(1998~2007半上半年)

此阶段太湖年均值TP0.074-0.13mg/L(Ⅳ-Ⅴ类)、TN2.35-2.85mg/L(均劣Ⅴ类),蓝藻持续爆发,爆发程度日益严重:2004年前蓝藻年最大爆发面积一般在100km2~200km2,2004年爆发面积则急剧增加,爆发水域几乎占据太湖西半部的全部和太湖东半部的南部水域。2005年达到317km2,2006年发展到806km2,2007年为此阶段最高纪录达到1140km2。2003~2007年蓝藻爆发的累积面积也呈增加趋势,从3617km2增加到28926km2,增加7倍。

此阶段为综合治理初级阶段。由于第二阶段治理不理想,太湖PN浓度仍大幅上升,即开始第三阶段治理。1998年12月31日国家实施“零点行动”。国家法规《地面水环境质量标准》(GB3838—83)经1988年、1999年二次修订后,在2002年修订为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),提高和完善了治理标准;采取了同时治理点源面源措施:有计划治理工业点源;建设了一批规模城镇污水厂;全面实施以清淤为主的河道整治工程;实行太湖中游入湖河道直湖港、梁溪河、大溪港、小溪港等河道的建闸控污工程,使河道污水不入湖或少入湖;实施望虞河“引江济太”;进行多次水体生态修复的试验和示范。禁止日常生活使用有磷洗衣粉(剂)等,此阶段投入较多资金和人力、物力,控制和防治污染物入湖,但治理标准总体不高。

此阶段以国家1998年12月31日实施的“零点行动”为代表,使太湖水污染恶化的总体趋势得到暂时扼制,但由于流域社会经济发展快,新增污染源面广量大,此阶段治理仅使太湖污染发展速度减慢,局部水域如五里湖、梅梁湖的水环境有所改善,但总体上治理速度赶不上污染发展速度,太湖水环境总体上没有得到有效改善,NP浓度在高位波动;太湖蓝藻年年持续爆发的情况没有得到改变,爆发程度日益严重,太湖富营养程度继续升高,直至发生太湖2007年5·29蓝藻爆发“湖泛”型供水危机。

第四阶段治理(2007年下半年-2020年)

此阶段蓝藻爆发分为二段:

1.12007年下半年至2014年

1.22015-2020年

其中2015-2019年TP0.079-0.082mg/L(Ⅳ类),均高于2007年的0.074mg/L,2020年为0.073mg/L(Ⅳ类)基本与2007年持平;2015-2020年TN从1.85mg/L(Ⅴ类)持续下降至1.48mg/L(Ⅳ类)。蓝藻爆发程度持续加重,表现为蓝藻爆发最大面积和藻密度在高位波动。如年最大爆发面积,2010-2012年为900-1000km2,2013年超过1000km2,2017年达到历史最大值1403km2;太湖藻密度均值,2020年达到9200万个/L为2009年的6.36倍,同期2020与2009年比值:湖心、贡湖、梅梁湖分别为10.79倍、3.54倍、19.18倍;2020年蓝藻密度最大水域:梅梁湖和西部沿岸水域均为1.4亿个/L(均全湖第3位)、湖心1.55亿个/L(全湖第2位)、竺山湖1.67亿个/L(全湖第1位)。

⑴建立治理体制

以往治理河湖为零星治理,此阶段在实行“河长制、湖长制”后,有了统一的治理、管理、监督机构、体系,由采用单一技术措施的突击治理转向科学长效的综合治理,由单一治理COD发展为治理COD与TPTN并重,加大力度全面治理点源、面源,提高水体自净能力和增加环境容量。

⑵全面制定治理规划

国务院2008年制订《太湖流域水环境综合治理总体方案》,又根据2008-2012年共5年的治理太湖情况,2013年修订《“太湖流域水环境综合治理总体方案(2013年修编)》。其中把2020年的TN目标由1.2mg/L(Ⅳ类)调整为2.0mg/L(Ⅴ类),TP目标保持为0.05mg/L(Ⅲ类),有关省、市各级政府制订了配套的实施方案,全流域开始积极治水、加大投入、制订系列法规。

⑶提高治理标准

如污水处理标准均由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级B提高到一级A;江苏省2007年专门制定了《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072—2007),后2018年修订提升为(DB32/1072—2018),其中污水厂NP排放标准的限值均高于一级A。

⑷控源截污

严控污染企业污染、封闭排污口,全面控制生活、工业、规模集中养殖等点源和农业农村等面源,关停并转沿湖区域3000余家重污染企业,封闭大量排污口。

⑸全面建设污水处理系统

提高污水处理能力,环湖上中游城市污水处理能力已达到700余万t/d,建设全覆盖的污水收集管网,标准排放由一级B提高为一级A。但污染处理能力不足,如宜兴现有污水处理能力仅为应处理污水的1/2。

⑹河道综合整治

采用综合措施,基本消除黑臭河道,提高河道水体质量,河道水质大部分达到Ⅲ-Ⅴ类。其中宜兴等入湖河道在2016年已消除劣Ⅴ类(河道标准)。

⑺废弃物综合利用

对生活垃圾,工业、农业、畜禽养殖、蓝藻、水草等废弃物进行无害化处理和资源化利用。

⑻加强内源治理清淤和打捞蓝藻

太湖实施环保型清淤,2007年以来清淤4200万m3、清淤面积168km2。相当于分别清除P、N、有机质33637t、58862t、72.5万t,清除相应数量的底泥上层的蓝藻。

2007年以后采取应急措施打捞蓝藻水。2007-2020年打捞2002万m3,其中无锡市打捞藻水1660万m3、产出藻泥76.8万t,占全太湖打捞蓝藻量的90%。流域打捞蓝藻水相当于清除P1024t、N10085t、有机质11.84万t。另外打捞水草也清除了一定的PN和有机质。并对蓝藻、淤泥均进行无害化处置和资源化利用。

⑼大规模调水

2007年-2020年“引江济太”望虞河调水入湖106亿m3,梅梁湖泵站(含大渲河泵站)调太湖水出湖109亿m3,二者合计直接带走污染物:TP1498t、TN37492t和相当数量的蓝藻。

自2007年6月起梅梁湖泵站和大渲河泵站相继实施轮流调水,使梅梁湖水质日益好转,由原来大幅差于湖心,改善为优于湖心,如TP2020年与2007年的改善幅度:梅梁湖、湖心分别为16.4%、-8.8%;TN,2007年二者分别为3.4mg/L、2.15mg/L(均Ⅴ类),2020年分别为1.41mg/L、1.47mg/L(均Ⅳ类),2020年梅梁湖优于湖心。

⑽实施水体生态修复

东太湖水域修复芦苇湿地37km2,其他水域零星修复湿地11km2。如宜兴周铁镇等沿岸水域修复2km2,贡湖北部修复2km2,西山修复3km2,梅粱湖康山湾等水域修复了部分湿地,湖周围陆域的河道和洼地修复大量湿地,增加了净化水体和抑制蓝藻的能力。另外太湖的自我修复能力修复了部分湿地。

2007年供水危机后采取综合措施治理太湖,取得良好的阶段性效果。

①入湖河道水质得到明显改善。2016年起入太湖河道消除劣Ⅴ类水(不含TN),其中NH3-N达到Ⅲ-Ⅳ类,入湖污染负荷减少。

②太湖营养程度由中富-重富改善为中富。太湖平均水质从劣Ⅴ类提升至Ⅳ类,太湖TN浓度持续下降,从2007年2.35mg/L降低为2020年1.48mg/L、降低37%;

③消除“湖泛”。消除太湖大面积“湖泛”,消除贡湖水源地“湖泛”,实现自来水双水源(太湖、长江)双向供水的全覆盖格局,确保供水安全。

④消除水面蓝藻堆积现象。明显改善蓝藻爆发堆积区域不良的视觉和嗅觉效果。

⑤完成总体目标双确保。每年完成江苏省政府治理太湖的总体目标双确保:确保不发生大面积“湖泛”,确保供水安全。

4存在问题

治理取得阶段性效果的同时也存在蓝藻爆发、藻密度持续升高等问题,极需尽快解决。

①太湖水质TP改善迟缓甚至升高。2015-2019年的5年期间太湖TP浓度均较2007年升高,如2019年TP浓度0.087mg/L较2007年升高17.6%;东太湖TP升高,2007-2012年均为Ⅲ类,2017-2018年减退为Ⅳ类。

②太湖水质改善不均匀。近年太湖水质总评均为Ⅳ类,但2020年竺山湖为劣Ⅴ类、西部宜兴沿岸为Ⅴ类(主要均是TN超标)。

③太湖蓝藻仍年年持续规模爆发。蓝藻爆发规模持续在高位波动运行,冬季亦有规模爆发。如2017年蓝藻爆发最大面积1403km2超过2007年,2016年12月底蓝藻爆发面积尚有720km2,2013.12.10爆发面积有982km2,2020.5.24爆发面积达到1071km2,2018.1.19.爆发面积有390km2。

④太湖藻密度普遍升高。2020年为2009年的年均藻密度倍数:全湖6.36倍、湖心19.18倍、梅梁湖3.54倍、贡湖10.79倍。2020年年均藻密度达到上亿的有:湖心1.55亿个/L、梅梁湖1.4亿个/L,竺山湖1.4亿个/L、西部沿岸1.4亿个/L;2011年后太湖叶绿素a明显升高,如2020年为2009年叶绿素a的倍数:湖心2.89倍、贡湖2.05倍、竺山湖2.37倍。客观上造成“蓝藻越打捞越多”的怪现象。

⑤局部水域DO下降。经调查,2020年5月贡湖北部水源地附近的DO急剧下降至2mg/L,已接近发生“湖泛”指标DO的临界值,贡湖存在蓝藻爆发“湖泛”型供水危机的潜在危险。竺山湖年年存在小型“湖泛”。

⑥入湖河道污染仍严重、环境容量超标。太湖西部18条主要入湖河道虽消除劣Ⅴ类(河道标准),但TN均劣Ⅴ类、TP在Ⅳ-劣Ⅴ类(均湖泊标准);2017年河道入湖负荷TN3.94万t为2007年的92.5%,削减7.5%;TP0.20万t为2007年的105%,反而增加5%;2016年入湖污染负荷量TN7.44万t为水质目标Ⅲ类水时环境容量1.82万t的4.2倍,TP0.25万t为环境容量0.124万t的2.02倍。

⑦太湖水域湿地面积大幅减少。现实施的生态修复大部分在沿岸陆地和河道周围实施,在太湖水域实施的不多,湖内还需要恢复200km2湿地。

⑧太湖治理的应用性研究较薄弱。现研究机构主要研究太湖治理的基础理论,研究蓝藻的生长繁殖规律、生境,很少研究蓝藻的死亡规律、生境,极少研究消除蓝藻爆发实用的技术或技术集成。

5问题原因分析

每年,太湖水体PN等营养元素在一定范围内波动,只要温度和光照等自然条件满足蓝藻爆发的基本要求,水体存在的蓝藻种源种群就会快速生长增殖达到一定密度而发生一波一波的程度不等的爆发。造成太湖年年蓝藻持续爆发问题的原因分析如下:

⑴缺乏消除蓝藻爆发的信心决心

①对消除蓝藻爆发的必要性认识有限,安于治理富营养化现状。

②对消除蓝藻爆发的可能性认识不足,认为需等到有了消除蓝藻爆发的成熟技术才能提出消除蓝藻爆发的目标。

③对于我国湖泊蓝藻爆发及其治理情况不清楚,如我国大多数的大中型浅水淡水湖泊已富营养化,但只有“三湖”年年持续蓝藻爆发;富营养化的鄱阳湖、洞庭湖、洪泽湖以往仅发生数次非连续性的轻微蓝藻爆发;无锡蠡湖、南京玄武湖、武汉东湖、杭州西湖以往均数次发生蓝藻爆发,经治理一般蓝藻不再爆发或仅轻微爆发。

⑤目前有些人对已经创新的能够有效治理蓝藻、消除蓝藻爆发的技术不了解。应认真总结经验教训,创新出一套消除蓝藻爆发的治理思路和技术集成。

⑵存在“治理富营养化就能消除蓝藻爆发”的片面认识

人的认知是在实践中不断完善、逐步接近客观规律的。“治理富营养化就能消除蓝藻爆发”的认识是片面的。生态环境部发布的中东部湖区营养盐基准TP、TN、叶绿素a分别为0029mg/L、0.58mg/L、3.4μg/L,此三者缺一不可,太湖是无法达到此标准的;国内外专家一般认为蓝藻已爆发的大中型浅水湖泊,如仅依靠消除富营养化来消除蓝藻爆发,则TP、TN浓度须分别达到0.01~0.02mg/L和0.1~0.2mg/L(相当于太湖Ⅰ-Ⅱ类水),根据太湖的历史和现状分析,太湖不可能达到上述标准,故只有治理富营养化与削减蓝藻数量密切结合才能分水域治理直至消除蓝藻爆发。

⑶外源污染控制力度不够

流域是社会经济发达地区,其中环太湖5城市,2007-2020年人口增加31%,GDP增加244%,污染负荷有相当幅度增加;城镇化率不断提高,进入水体的污染物日益增多。致使削减污染负荷速度赶不上增加速度,致使入湖污染TP、TN负荷量均明显大于环境容量。

污水厂是流域最大点源群,现行处理标准太低而不能满足太湖环境容量要求。目前城镇污水厂污染物排放标准一级A的TP、TN浓度(0.5mg/L、15mg/L)分别为地表水环境质量标准太湖水质Ⅲ类的10、15倍,故应提高污水处理标准。有人认为提高处理标准成本很高而不宜提标。考虑问题应从流域污染负荷总量控制的高度出发,故必须提高污水处理标准,实际上已有相当好的提标技术,提标成本和运行费用也不高。同时还应相应增加污水处理能力。

⑷削减蓝藻、内源污染力度不够

目前控制内源仅实施常规清淤和打捞水面蓝藻,没有注意到10多年来蓝藻密度持续升高导致蓝藻连年持续爆发的问题,导致对底泥和水体持续产生严重污染使藻源性P大幅增加的问题,这也是治理太湖10多年来水质TN明显得到改善而TP未得到改善或有相当年份甚至上升的主因之一。据测算,目前打捞水面蓝藻的数量仅为太湖年生成量的2-4%。所以须创新思路,加大削减内源污染力度,深度打捞、清除水面、水体和水底的蓝藻,才能有效降低藻密度,才能有效降低水体和底泥的污染特别是P污染。必须清楚的认识到只有大幅度降低藻密度至相当低的程度才能消除蓝藻爆发。

⑸缺少统一修复太湖水域湿地方案

湿地具有固定底泥、减少底泥释放污染物、吸收PN、净化水体等减少营养物质和丰富生物多样性的作用,同时湿地中相当多植物含有的化感物质具有抑藻除藻作用。太湖现状湿地较蓝藻爆发前的20世纪60-70年代减少面积超过200km2,2007年来比较注重恢复太湖周围河网地区的湿地,而恢复太湖水域湿地的面积非常有限,使湿地功能受损严重。有些人认为太湖只有达到适合的生境才能实施大规模修复湿地,此想法表面上是对的,实际上欠妥,应首先致力于人工改善水域生境,满足种植植物的生境要求,修复湿地,不应等待太湖自然修复生境后再去修复湿地,同时人工修复要结合自然修复。并统一制定修复太湖水域湿地方案。

⑹研究资金和技术集成研究不足

结束语。2020年后,治理太湖将进入第五阶段,掀开治理太湖的新篇章。其中,“十四五”将是过度期,从治理、消除水面蓝藻过度至治理、消除水面水体水底蓝藻的阶段,过度期中将对创新型的水土蓝藻三合一治理专用(组合)技术进行较大规模的试验,总结经验教训。估计“十五五”开始将进入实质性的治理太湖、消除蓝藻爆发的阶段。遵照总书记的指示精神,以对人民高度负责的精神,真正下决心把太湖污染治理好、解决蓝藻爆发这个太湖最大的生态问题,解决大型浅水湖泊蓝藻爆发这个世界性难题,为人民创造良好生产生活环境。我们必须建立消除蓝藻爆发的目标,选择科学合适的能够大面积消除蓝藻爆发的技术及其综合集成,充分发挥我国能够集中力量办大事的社会主义体制优势、财力优势、人才优势、技术优势,在2030-2049年建国百周年之前必定能够分水域消除太湖蓝藻爆发,建设一个真正美丽的太湖。

THE END
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5.佛罗里达理工学院XiangHe综述:MOF电化学水应用的研究进展作者简介 Xiang He 本文通讯作者 佛罗里达理工学院 助理教授 ▍主要研究领域 金属有机框架、纳米技术、气体吸附和转化、水修复、资源回收。 ▍主要研究成果 2019年在弗吉尼亚联邦大学(VCU)获得了机械与核工程博士学位,之后在阿贡国家实验室开展博士后工作,IF>8。 https://www.nmsci.cn/nmsci/12219