中国湖泊水体磷的赋存形态及污染治理措施进展

廖佳林

葛洲坝中固科技股份有限公司

摘要：湖泊是地球上重要的淡水资源，与人类生产密切相关，在流域自然物质循环以及社会经济和社会发展方面发挥着重要作用。湖泊提供了多种功能，例如防洪、清洁水、气候调节、生物多样性养护、提供生物、水、航运和休闲旅行。它们也是生态环境的重要组成部分，有助于平衡含水量、减少洪峰、地下水供应、气候调节等。为维护区域生态安全作出贡献。在过去50年里，湖泊的发展随着人类活动的增加和社会经济发展的增加而增加，湖泊生态系统的健康状况也在下降。面对一系列环境问题，例如湖泊营养丰富、蓝藻的出现、大型水生植物的生物多样性、水生物多样性的减少和食物结构的简化，从而对区域的生态安全以及经济和社会发展产生重大影响．

关键词：湖泊水体；磷污染；治理措施；

引言

随着社会经济的飞速发展和城市化进程的不断推进，湖泊富营养化问题尤为突出。磷元素是导致湖泊富营养化的关键因子，去除湖泊中磷元素的主要形态-磷酸盐对于湖泊富营养化治理意义重大。目前常用的除磷技术有化学沉淀法、生物处理法和吸附法。化学沉淀法是通过药剂与磷酸盐形成沉淀达到除磷的目的，除磷效果容易受到水体pH的影响且药剂费用较高；生物处理法容易受到水体中COD影响；吸附法是通过吸附、离子交换等过程将水体中的磷转移到固体材料中达到除磷功效，其工艺操作简单，处理效果较好。改性粘土、改性生物炭等在国内外除磷案例中应用较为广泛。天然膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土矿物，因其具有较大的比表面积和较强的吸附能力而被广泛用于废水处理、土壤修复等领域。

1湖泊水体磷的赋存形态

水中磷的存在形态影响其生物活性和在水环境中的迁移和转化。深入了解磷的形态和含量分布有助于探讨磷在水中的迁移转化机制，制定相应的管理措施。水体的磷浓度不是简单的输入、输出、沉淀、自净过程，而是受湖泊内外磷收支平衡、湖泊沉积物交换平衡、水体生物吸收、分解平衡等多种因素的控制。水中磷的存在形式可以从物理和化学两个方面区分。(1)物理上可以将0.45 μm微孔膜分为溶解磷(DP)和颗粒磷(PP)。溶解磷仍可分为溶解活性(DRP)和溶解活性磷(DPP)。前者包括正磷酸盐、不稳定的有机磷化合物(核酸、卵磷脂、肌醇、磷酰胺、磷酸酯、糖磷酸盐、磷杀虫剂等)。不稳定的无机磷酸盐(无机物、聚磷酸盐、偏磷酸盐等)。后者包括胶体磷和稳定磷。一般来说，根据藻类吸收能力，正磷酸盐包括活性正磷酸盐(SRP)和表面可溶性磷(颗粒大小包括沉积物、碎屑和粘土)，吸附在表面或共存于内部(矿物磷)。(2)化学上可分为正磷酸盐(PO43、HPO4、H2PO4)、聚磷酸盐(P2O74、P3O105、(PO3)nn)和有机磷酸盐。水中磷酸根离子(例如PO43、HPO4、H2PO4、P2O74)可以以自由状态、络合状态或化学状态存在。

2湖泊水体磷污染的治理措施

2.1湖泊水生态系统修复

修复水生态系统意味着通过一系列措施恢复或再生退化的水生态系统会提高生态复原力。恢复水生态系统的最终目标是通过在其所在地区模拟自然、自我调节和完全一体化的系统，尽量减少对水生态系统的影响，并恢复或恢复可接受、长期自我维持和稳定的状态。尽管水生态系统偶尔可以在自然条件下再生，但再生通常是通过人工干预进行的，通常涉及以下主要过程:恢复干扰物理条件；适应水和土壤环境的化学条件；减少生态系统的环境压力(减少营养物质或污染物的负担)；以及处置(进行生物或生物控制，包括重新启动)，实际上，水生态系统的真正修复是一项长期的系统工程，可能需要比预期的时间更长才能实现修复的最终目标。这不仅取决于修复水中的水停留时间，而且取决于所使用的修复方法。

2.2消毒

生态建设前期，为营造适宜水生动植物生长的环境条件，需要预处理地质。处理方式包括地质改良和底质消毒等。通过消毒，可以将有害病原菌和藻类孢子杀死。通过改良，可以改善地质的pH值。通过有效预处理地质，能够快速降解地质中的硫化氢、亚硝酸盐、氨氮等有害物质，显著降低有机质含量，让地质的氧化性快速提升，有效降低NH4+－N、NO2－N等有害物质浓度，有效去除有机物形成的有机酸，让湖底的pH值得以稳定。采用底质消毒剂对土壤有害病原体进行消杀，消毒剂主要为次氯酸钠、次氯酸钙等。选择在连续晴天，将消毒剂倒入50L大桶中，稀释到使用浓度，均匀泼洒于整个湖底。

2.3构建湖泊流域绿色发展体系

以湖泊承载力为基础，确定湖泊保护重点。不断改善水文地理和水生态系统健康的目标是查明关键因素，例如污染物的时空分布特征、经济发展的总体和结构影响以及社会和经济发展的总体和效率；根据负荷能力保护湖泊；建设绿地；协调经济发展和海洋保护；协调经济整体、经济发展速度和工业结构；协调人口增长；以及严格使用水资源和利用道路红线；提高水利用效率根据每个流域的功能区控制要求，建立流域环境协议，明确规定每个行政边界线断面流域的水质要求，并根据水质确定补偿或补偿金额，以确定流域的生态补偿政策。

2.4生物促生剂的协同降解机理

很多水体环境中，一些土著微生物会进行自然水体的净化，但这个净化的过程在自然条件下非常缓慢，原因有2个：一是缺少溶解氧或其他电子受体、营养盐，二是有效微生物的生长速度通常很慢。曝气充氧对生物促生剂产生刺激作用，能加快土著微生物与污染物进行生物反应，激发土著微生物的活性，让微生物可以更快地生长、繁殖，而且不会对浮游生物及环境产生不良影响，加快受污染水体转变为良性生态系统，恢复水体中的DO，降低COD、BOD5、N3H-N等污染指标，并解决水体黑臭异味问题。

2.5水质检测

对总磷偏高的入湖口及周边区域开展多频次水质监测。搭建湖泊周边水系实时监测网络，精准分析污染源。利用水质自动监测站、入湖口监测点及上下游关联监测点，建立河湖水系预警监测网。

2.6沉水植物种植

在基底环境改良的基础上，构建清水型生态系统，其中，沉水植物是关键，沉水植物覆盖率越高，越能形成净化能力较强的清水型生态系统。大型水生植物可以有效促进湖泊生态系统的能量流动和物质循环，尤其是被沉水植物覆盖的重要界面，是两大营养库结合的关键区域，包括水体和底泥两部分。沉水植物是使湖泊从浮游植物为优势的混水态转换为以大型植物为优势的清水态的关键。沉水植物是水中唯一与藻类竞争的生产者，其在增加水中溶解氧浓度、抑制藻类生长、净化水质等方面均起到非常重要的作用。沉水植物首选是苦草，配合穗花狐尾藻、轮藻、黑藻、小茨藻、马来眼子菜、微齿眼子菜进行搭配种植，构建“水下森林”景象，丰富植物种类。

结束语

磷是自然界存在的多种形式的不可再生资源。由于我国积极的工农业活动和水体磷形态的影响，磷已成为制约水质，尤其是湖泊水质的主要因素之一。随着检测技术的发展，湖泊水中磷的存在形式从水溶性和颗粒两种增加到气态PH3三种。但是，目前正在生成少量的PH3，相关的生成和转换机制仍不清楚。湖泊中最常见的形式是无机磷，有机磷需要进一步明确沉积物和水之间的过渡机制。未来水体中磷的处理技术可以关注湖泊水体中有机磷的形态转化机理、水生植物与微生物的相互作用机理、PH3的形成和转化机理。将物理、化学、生物方法结合起来，形成双赢的科技四位一体，为建设资源节约型社会和美好的中国服务。

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