李辰，汪炎，王本洋

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

位于長(zhǎng)江中下游的巢湖是我國(guó)的五大淡水湖之一，巢湖湖泊面積825平方公里，流域內(nèi)包含了合肥、安慶、蕪湖、馬鞍山、六安5市16縣，流域面積13 486平方公里。受自然條件和人類活動(dòng)雙重影響，歷史上巢湖藍(lán)藻水華經(jīng)常爆發(fā)。伴隨著“十二五”“十三五”巢湖水專項(xiàng)的實(shí)施，政府近年來不斷加大巢湖生態(tài)環(huán)境整治。從2020年合肥政府工作報(bào)告中可以看出，巢湖水質(zhì)穩(wěn)定在Ⅳ類以上，15個(gè)國(guó)考斷面水質(zhì)全部達(dá)標(biāo)，幾條主要河道水質(zhì)穩(wěn)定改善。但是湖區(qū)氮磷等污染物濃度依然處于藍(lán)藻易發(fā)區(qū)間，每年湖區(qū)均需要啟動(dòng)藍(lán)藻應(yīng)急防控，水體富營(yíng)養(yǎng)化依舊是巢湖面臨的主要問題之一。

圖1 2019年巢湖流域水質(zhì)分布示意圖

為加快推進(jìn)新一輪巢湖治理，在對(duì)巢湖現(xiàn)狀污染問題分析的基礎(chǔ)上，亟需尋找解決水體富營(yíng)養(yǎng)化問題的方向。

研究數(shù)據(jù)顯示：雖然整體上巢湖水質(zhì)有所改善，2018年巢湖平均為V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，TN=1.44 mg/L，TP=0.102 mg/L，較1995年以來，水質(zhì)總體呈向好的趨勢(shì)，TP削減了75.1%。但是2016～2018年總磷變化不大，分別為0.092 mg/L，0.108 mg/L和0.102 mg/L。有研究指出，對(duì)于湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的治理，只控磷就可使湖泊貧營(yíng)養(yǎng)化，而脫氮會(huì)導(dǎo)致固氮藍(lán)藻大量繁殖，反而有助于浮游藻類生長(zhǎng)。初步確定只有當(dāng)氨氮和總氮濃度大于5 mg/L時(shí)，水生植物生長(zhǎng)才會(huì)受負(fù)面影響，同時(shí)促進(jìn)沉積物的磷釋放。

2019年《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》指出：巢湖為輕度污染，主要污染指標(biāo)為總磷，其中東半湖為輕度污染，西半湖為中度污染。西半湖和東半湖均為輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，平均全湖為輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

因此，解決巢湖富營(yíng)養(yǎng)化問題的關(guān)鍵可以考慮從總磷的削減入手。

1 磷循環(huán)原理

磷的循環(huán)主要包括自然循環(huán)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)循環(huán)。其中自然循環(huán)是指磷的生物化學(xué)循環(huán)，即磷元素在巖石、土壤、水、大氣、生物之間發(fā)生的物化與生物轉(zhuǎn)移過程。磷礦石首先受物理風(fēng)化作用進(jìn)入土壤，然后經(jīng)過雨水沖刷進(jìn)入河湖，最終進(jìn)入海洋，深海中的磷元素經(jīng)過復(fù)雜的物化和生化過程后累積成磷礦，最終回歸自然，從而形成完整的自然循環(huán)。磷的自然循環(huán)過程通常比較緩慢，但這一循環(huán)過程基本能夠保持生態(tài)圈所持磷的含量基本恒定，物料平衡。

與之相對(duì)應(yīng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)循環(huán)指的是由于人類活動(dòng)導(dǎo)致磷的物質(zhì)流動(dòng)，磷礦石經(jīng)人類開采后加工制造，生產(chǎn)成磷產(chǎn)品，供給消費(fèi)者使用，其中的廢棄物回收或處理。黎斯思對(duì)磷進(jìn)行物質(zhì)流分析表明，按照磷的存在形式，在循環(huán)過程中磷礦中的磷主要以PO形式存在。磷礦被開采后，85%～90%的磷用于制取無(wú)機(jī)磷化肥，其他作為飼料添加劑（3.3%）、生產(chǎn)洗滌劑（4%）、藥品、工業(yè)用途等?；手械臒o(wú)機(jī)磷進(jìn)入土壤后，被植物根系吸收，從而進(jìn)入植物體內(nèi)周轉(zhuǎn)，其中植物液泡中包含90%的無(wú)機(jī)磷，細(xì)胞質(zhì)中包含10%的無(wú)機(jī)磷和ATP、G-6-P等有機(jī)磷。畜禽養(yǎng)殖過程中飼料被攝入之后，飼料中所含的磷與動(dòng)物體內(nèi)的磷元素一并在腸道內(nèi)發(fā)生作用，形成復(fù)合物，一部分被動(dòng)物吸收，主要以羥磷灰石Ca（PO）形式存在于動(dòng)物骨骼和牙齒中（85%～90%），另一部分不能被吸收的磷隨著糞便排出體外。居民消費(fèi)過程中磷的代謝與畜禽養(yǎng)殖類似，人體的腸道主要吸收無(wú)機(jī)磷，消化液中的磷酸酯可以將攝入的有機(jī)磷水解轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)磷，其中約85%的磷以羥磷灰石Ca（PO）形式存在于骨骼和牙齒中，剩余的磷隨糞便排出體外。金屬加工主要應(yīng)用于鋼鐵表面磷化，是指在金屬表面形成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，目的是為了給金屬提供保護(hù)，防止金屬腐蝕。磷礦開采以及磷產(chǎn)品加工時(shí)均會(huì)產(chǎn)生廢棄物，其中工業(yè)廢棄物以選礦廢物、磷石膏、有機(jī)磷農(nóng)藥為主；磷產(chǎn)品消費(fèi)過程中產(chǎn)生的廢棄物主要是含磷污水與生活垃圾。除上述廢棄物在處理過程中將部分磷進(jìn)行收集或轉(zhuǎn)化，絕大多數(shù)的磷進(jìn)入自然環(huán)境，尤其是地表水體，從而加快了磷循環(huán)的進(jìn)程，導(dǎo)致磷在自然水體中含量增加。圖2是磷的社會(huì)經(jīng)濟(jì)循環(huán)過程。

圖2 磷的社會(huì)經(jīng)濟(jì)循環(huán)過程

2 磷污染分析

2.1 點(diǎn)源磷污染

點(diǎn)源污染是指由固定或集中排放口排出的污染，與非點(diǎn)源污染源相對(duì)應(yīng)，主要包括污水處理廠排口、污水收集裝置排口、污水管網(wǎng)直排口等。從點(diǎn)源污染的特性可以看出，污染物類型相對(duì)固定，排放濃度、頻次可追溯，受外界環(huán)境影響較小，可人為控制或干預(yù)的程度較高。

《巢湖綜合治理綠色發(fā)展總體規(guī)劃》（2018～2035）指出近年的入湖污染物結(jié)構(gòu)中，城鎮(zhèn)生活污染貢獻(xiàn)占50%以上，并呈上升趨勢(shì)；工業(yè)生產(chǎn)貢獻(xiàn)15%左右，已呈下降跡象；流域面源（含城區(qū)雨水、農(nóng)業(yè)農(nóng)村排放等）貢獻(xiàn)35%左右，并隨降水呈現(xiàn)波動(dòng)。

依據(jù)國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)污水處理廠出水TP均執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，即不大于0.5 mg/L。為了提高水環(huán)境質(zhì)量，各地相繼出臺(tái)了更嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。安徽省要求巢湖流域TP排放指標(biāo)不大于0.3 mg/L。目前環(huán)巢湖流域并未出臺(tái)更嚴(yán)格的規(guī)定。而為了推進(jìn)滇池流域的治理，昆明市要求TP排放指標(biāo)執(zhí)行地表Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)（湖庫(kù)），即0.05 mg/L。

資料顯示，截至2018年，合肥市污水處理總規(guī)模為197萬(wàn)m/d，其中91.45%的城市生活污水得到集中處理，70%的省級(jí)及以上工業(yè)園區(qū)污水得到集中處理。因此削減點(diǎn)源總磷污染是治理巢湖富營(yíng)養(yǎng)化的重要手段。

2.2 面源磷污染

面源污染是指固態(tài)或溶解態(tài)的污染物，隨機(jī)性地被降雨（融雪）沖刷，經(jīng)地表或地下徑流作用后進(jìn)入河道、水庫(kù)、湖泊等自然水體造成的污染。巢湖流域的面源污染主要是雨水或沖洗導(dǎo)致的地表徑流通過河道匯入或直接流入巢湖的污染物，主要包含：①城市面源污染；②農(nóng)村面源污染；③礦山面源污染；④大氣沉降面源污染。該類污染物通常受氣候、環(huán)境、空間變化等因素影響，隨機(jī)性和變化性較大，不易進(jìn)行人工控制或干預(yù)。

城市面源污染主要包括雨水徑流、交通運(yùn)輸、道路沖刷、生活垃圾堆放等過程進(jìn)入雨水管網(wǎng)的污染物，因此污染物濃度及種類受不同地區(qū)下墊面的類型影響很大。徐微等人調(diào)查合肥市城區(qū)初期雨水地表徑流污染顯著，COD平均值高達(dá)609 mg/L，且以難降解成分為主；SS平均值為545 mg/L；氨氮、TN、TP均超過城鎮(zhèn)污水廠排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。竇月芹等對(duì)合肥不同下墊面的降雨徑流進(jìn)行分析，結(jié)果表明，生活區(qū)的徑流營(yíng)養(yǎng)鹽污染最嚴(yán)重，其次是道路，草地污染最輕。

農(nóng)業(yè)面源污染主要包括農(nóng)田里的農(nóng)藥、重金屬、氮磷、土壤、生活垃圾以及牲畜糞便等無(wú)機(jī)或有機(jī)物，通過徑流進(jìn)入受納水體導(dǎo)致的污染。對(duì)巢湖流域種植最多的麥稻輪作農(nóng)田進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，徑流的總磷流失量為0.302～0.612 kg/hm，稻季會(huì)流失89%以上的總磷，其中約37%的總磷以可溶性磷形式流失，磷肥的利用率在30%～40%。

礦山面源污染主要包括礦區(qū)的泥沙、礦渣、副產(chǎn)物、添加劑等無(wú)機(jī)或有機(jī)物，受地理或氣候作用影響，隨降雨或地表徑流沖刷進(jìn)入臨近受納水體。調(diào)查顯示：由于古老的含磷變質(zhì)巖系在巢湖北岸廣泛分布，巢湖北岸的磷本底值偏高。富磷巖層長(zhǎng)期裸露，經(jīng)陽(yáng)光和雨水侵蝕，同時(shí)流域內(nèi)水系眾多，其中有店埠河、炯煬河、柘皋河等均起源于磷礦和含磷地層，都為磷的遷移提供了便利，每天大量的磷通過物理、化學(xué)和生物作用后進(jìn)入巢湖。特別是近幾十年來磷礦大量開采，導(dǎo)致入湖磷素的量也不斷累積。首先入湖口會(huì)沉積大量的磷素，所以通常北岸入湖口的總磷含量要高于南岸入湖口。孫喆通過對(duì)巢湖周邊龜山-馬鞍山一代富磷區(qū)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，富磷地區(qū)河流中顆粒態(tài)磷是TP的主要存在形式，占60%以上，如此高的百分比反映巖源磷風(fēng)化隨水體遷移進(jìn)入河流。此外，磷化工企業(yè)排放的污染物以及磷石膏堆場(chǎng)防滲不到位，均有可能造成污染。

2.3 內(nèi)源磷污染

內(nèi)源污染主要指的是沉積或懸浮在湖泊中的沉積物造成的污染。該沉積物中攜帶的污染物在本體與水體中不斷釋放與吸附，在一系列物化和生化作用下，處于動(dòng)態(tài)平衡。在某些環(huán)境下，沉積物可作為“源”，向水體釋放磷，造成二次污染；在另一些環(huán)境下，未飽和的沉積物又可以吸附水體中的磷，降低水體中污染物的濃度。

潘成榮等對(duì)于巢湖東西半湖取樣研究表明：無(wú)機(jī)磷是巢湖底泥中磷的主要存在形式；在東西半湖中，各種賦存形態(tài)的磷含量不同，但都以鐵結(jié)合態(tài)為主；其中易溶性磷在西半湖中明顯高于東半湖，可推測(cè)西半湖水生生物更容易獲取營(yíng)養(yǎng)物；陸地是巢湖有機(jī)質(zhì)的主要來源，其占湖泊中總有機(jī)質(zhì)含量的80%。李運(yùn)奔等對(duì)東巢湖近城市湖灣沉積物的研究表明，東巢湖近城市湖灣沉積物中氮、磷污染物蓄積量較高，內(nèi)源沉積物明顯釋放磷酸鹽、氨氮，平均釋放速率分別為1.25 mg/(m·d)和32.44 mg/(m·d)。陳航通過采集西半湖區(qū)的沉積物進(jìn)行模擬動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明：上覆水中磷的初始濃度為0.05 mg/L時(shí)，沉積物表現(xiàn)為“源”；上覆水磷初始濃度為0.5 mg/L時(shí)，沉積物表現(xiàn)為“匯”。

3 措施建議

針對(duì)巢湖流域不同的污染物類型，建議措施如下：

3.1 針對(duì)點(diǎn)源磷污染

當(dāng)前巢湖流域的市政污水除磷工藝均采用生物除磷+輔助化學(xué)除磷的方式來控制出水TP達(dá)標(biāo)。其中生物法是通過排放剩余污泥來降低磷含量，通常二沉池出水TP還保持在2～3 mg/L；而化學(xué)除磷通常采用混凝沉淀的技術(shù)，一般出水TP＜0.5 mg/L，進(jìn)一步去除TP難度較大。

崔朋等利用昆明某大型污水廠出水進(jìn)行中試試驗(yàn)表明：投加PAC和PAM，采用溶氣氣浮的方式，可將出水總磷從0.47 m/L降至0.08 mg/L，砂濾后可進(jìn)一步處理至0.03 mg/L，其中正磷酸鹽幾乎全部去除。除氣浮技術(shù)以外，夾砂沉淀或磁混凝技術(shù)均可以使出水TP穩(wěn)定在0.3 mg/L以下。

3.2 針對(duì)面源磷污染

針對(duì)面源污染應(yīng)當(dāng)采用非工程手段與工程手段相結(jié)合。對(duì)巢湖地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染，從治理思路上，通?？紤]源頭控制。改變施肥方式，分批次施肥或施加緩釋肥，不同類型農(nóng)田分區(qū)施肥，改變植物種植方式。根據(jù)合肥市政府工作報(bào)告，合肥市將很快實(shí)現(xiàn)環(huán)湖一公里農(nóng)藥化肥零增長(zhǎng)。

采用工程手段處理面源污染的方式有很多，針對(duì)面源污染大多分散的特點(diǎn)，可因地制宜地采用各種生態(tài)處理技術(shù)，如人工濕地。該技術(shù)具有投資低、污染物去除效果好、運(yùn)行費(fèi)用低、耐污染能力強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單和生態(tài)景觀性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)。盧少勇等發(fā)現(xiàn)人工濕地對(duì)磷去除機(jī)理主要是物理化學(xué)作用，即通過沉淀去除。植物對(duì)于磷的去除作用與收割頻率、進(jìn)水負(fù)荷、植物物種以及氣候條件有關(guān)。其余諸多實(shí)驗(yàn)表明，人工濕地中TP的去除基本都是靠地下部分，植物吸收量非常少。但張迎穎在滇池的氣候條件下使用鳳眼蓮進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水體總磷初始濃度較低，80%的TP均由鳳眼蓮吸收作用去除；6%～8%由根系吸附去除。

除此以外，還可以考慮從沉水植物的種植入手，降低湖泊中的總磷含量。沉水植物通過光合作用可以提高水體的透明度和溶解氧，有利于水體中的磷與底基中的金屬沉淀。任艷芹等在2010年對(duì)巢湖中的沉水植物進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)：巢湖沉水植物總計(jì)觀測(cè)到4科5屬6種，分布面積僅占全湖面積的1.54%，總生物量約為8 077.8 t，其中馬來眼子菜在巢湖沉水植物種屬中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其分布面積占沉水植物分布總面積的90.7%；輪葉黑藻、穗花狐尾藻和金魚藻等沉水植物稀少，已瀕臨消失。試驗(yàn)檢測(cè)表明：沉水植物群落分布與巢湖的水深、透明度、化學(xué)需氧量、正磷酸鹽、總磷等相關(guān)性極為顯著，而與水體中的總氮并沒有達(dá)到顯著水平，說明巢湖流域沉水植物的群落分布受氮的限制要小于磷。

3.3 針對(duì)內(nèi)源磷污染

治理內(nèi)源污染主要有異位和原位修復(fù)兩種。異位修復(fù)主要是通過清淤或抽吸的方式去除污染嚴(yán)重的底泥。該方法可顯著減少底泥中氮磷的釋放，清淤土回填可修復(fù)巢湖濕地底基。該方法在修復(fù)蘆葦濕地的同時(shí)，也減少外運(yùn)淤泥量，一舉兩得，近幾年在南淝河左湖岸已有一些清淤工程實(shí)施。

原位修復(fù)技術(shù)有：鈍化法，即投加化學(xué)藥劑固定總磷，通常是鋁、鐵和鈣的化合物，鋁劑鈍化法在歐美得到長(zhǎng)期廣泛的應(yīng)用；覆蓋法，即通過將碎石、泥沙、吸附劑等投入污染水體，使得原本底泥中的磷固化，釋放速率降低，但該方法可能引起水體容積減少，當(dāng)前在海洋中應(yīng)用較多；氧化法，即投加氧化劑，但因?yàn)樯婕暗缴鷳B(tài)問題，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）治理巢湖富營(yíng)養(yǎng)化問題要從源頭管控開始，科學(xué)的調(diào)查手段、合理的處理技術(shù)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋O(jiān)督體制多管齊下，方能達(dá)到“一湖清水”的目的。

（2）通過各種措施控制水體總磷含量，是解決富營(yíng)養(yǎng)化問題的有效途徑。污水廠提標(biāo)是解決點(diǎn)源污染的有效措施；開展全流域面源污染狀況調(diào)查，掌握重點(diǎn)區(qū)域面源污染狀況，確定污染產(chǎn)生的主要原因，是緩解面源污染的基礎(chǔ)。

（3）水體富營(yíng)養(yǎng)化與底泥密切相關(guān)。目前各種底泥處理方式均存在各自的優(yōu)勢(shì)和不足，單一技術(shù)很難達(dá)到理想的效果。在考慮生態(tài)安全的前提下，采用成本低、見效快、無(wú)二次污染的底泥處理處置方式是巢湖底泥治理的重點(diǎn)研究方向。