背景知識
湖泊是地球上重要的淡水蓄積庫, 地表上可利用的淡水資源90%都蓄積在湖泊里。因此湖泊與人類的生產、生活密切相關, 具有很重要的社會、生態功能, 如調水防洪, 生產、生活水源地, 水產養殖, 觀光旅遊等。同時, 一些湖泊還是生物多樣性最為豐富的濕地生態系統的一部分, 為各種生物提供了寶貴的棲息地。湖泊可分為自然湖泊、人工湖泊( 水庫) 。由於湖泊特定的水文條件, 如流速緩慢、水面開闊等, 使湖泊在水環境性質、物質循環、生物作用等方面與河流等水環境有不同的特徵。
污染現狀
近20 年來, 隨著我國經濟的快速發展, 對湖泊資源的開發、利用規模和速度都大大加強, 影響了湖泊的自然進化過程, 對湖泊生態系統造成嚴重的破壞。隨著我國社會經濟和城市化進程的快速發展, 湖泊水環境污染問題日益突出。根據全國水資源綜合規劃評價成果, 全國84 個代表性湖泊營養狀況評價結果表明: 全年有44 個湖泊呈富營養化狀態, 占評價湖泊總數的52.4%, 其餘湖泊均為中營養狀態。湖泊保護與污染治理已成為我國環境保護的重點, 加大污染源控制在一定程度上遏制了污染和生態環境惡化的勢頭,但根據國家的經濟發展和未來規劃, 湖泊污染和退化的形勢不容樂觀。
2006年我國環境狀況公報顯示，七大水系（遼河、海河、淮河、黃河、松花江、珠江、長江）國控網監測的197條河流408個監測斷面中，I～III類水質占46%，Ⅳ、Ⅴ類水質占28%，劣V類水質占26%。水體污染特徵多為有機型，主要污染指標為高錳酸鹽指數、石油類和氨氮等。另外，27個國控重點湖（庫）中，滿足Ⅱ類水質的湖（庫）2個（占7%），Ⅲ類水質的湖（庫）6個（占22%），Ⅳ類水質的湖（庫）1個（占4%），Ⅴ類水質的湖（庫）5個（占19%），劣Ⅴ類水質的湖（庫）13個（占48%）。
主要特徵
湖泊的主要污染問題及特徵如下：
富營養化
湖泊污染導致湖泊富營養化的污染源、途徑非常多, 包括城市生活污水、工業廢水、污水處理廠排放物、地表徑流、農業生產排水、大氣乾濕沉降等。湖泊富營養化是湖泊污染最常出現的一種狀況。富營養化是湖泊水體由於接納過多的氮、磷等植物營養鹽物質、使湖泊生產力水平異常提高的過程, 表現為藻類及其他生物異常繁殖, 水體透明度和溶解氧含量下降, 導致水質惡化, 影響了湖泊的供水、養殖和娛樂等功能。水生植物的大量繁殖, 還加速湖泊的淤積、沼澤化過程。
湖泊有毒有機物污染
工業污染源是目前最大的有機物污染來源, 包括工業“三廢”排放、農業中各種農藥的大量使用、生活廢水的直接排放。這些有機物通過地表徑流、大氣—水體交換、大氣乾濕沉降和地下水滲入而進入湖泊。進入湖泊的有機物由於物理、化學及生物過程而遷移、轉化。生物遷移和轉化是湖泊系統中有毒有機污染物產生環境危害的重要方式, 這些物質具有疏水性, 可以在生物脂肪中富集。因此, 即使湖泊中含量很低, 也可以通過水生食物鏈, 造成持續性的毒性作用, 甚至通過食物鏈為害人體健康。
重金屬污染
重金屬通過工業廢水、農業排水等污染源, 進入到湖泊水體中。湖泊中的一些重要過程控制著重金屬的遷移轉化和環境毒性效應, 如顆粒物的沉積作用、沉積物再懸浮、泥—水界面反應等。水環境中的重金屬傾向於從溶解相轉移到固相。湖泊的靜水環境加強了湖泊懸浮顆粒物的沉積。湖泊中的懸浮顆粒物吸附重金屬而沉積到底泥中, 這個作用可降低重金屬的生物有效性。對於擾動強烈的湖泊, 沉積物的再懸浮使重金屬回到上覆水體, 增加了水體中重金屬的生物有效毒性, 成為污染內源。
湖泊酸化
工業生產和生活中各種能源使用產生的SO、氮氧化合物被氧化後產生的酸性物質, 通過大氣乾濕沉降進入水體,當湖泊水體的pH 值小於5.6 時, 水體呈酸化狀態。水體酸化, 主要對水生生物造成危害, 當pH 值小於5.5時, 魚類生長會受阻, 甚至造成魚類生殖功能失調, 繁殖停止。同時, 還會引起沉積物中有毒重金屬元素的活化, 導致湖泊水環境中重金屬濃度升高和生物活性增強。
修復技術
湖泊污染源可分為外源和內源。從一開始, 湖泊外源污染的控制和治理就引起人們的重視。經過多年的研究和實踐, 外源控制技術已取得了一定實效。但外源控制並沒有實質性改變湖泊受污染的狀況, 很多研究表明, 這是由於湖泊沉積物中污染物的釋放造成的, 特別是內源磷釋放造成的湖泊富營養化問題。因此, 內源控制技術逐漸引起人們的重視。
不同污染物內源釋放機制不同, 如沉積物中氮釋放主要與沉積物中有機氮化合物的分解程度、速率以及隨後細菌參與的無機形態氮的相互轉化有關; 沉積物中磷、重金屬元素與沉積環境的氧化———還原條件有關; 生產力高的富營養化湖泊表層有機質分解的磷釋放可能是沉積磷活化更新的主要機制; 而沉積物中的持久性有毒有機污染物則與底棲生物毒性暴露和食物鏈傳遞有關。不同類型湖泊中, 污染物的影響方式和程度也不同, 淺水湖泊中風浪引起的懸浮作用是沉積物中污染物釋放的主要過程, 而深水湖泊中污染物的釋放主要與物質形態、湖泊季節性分層和理化性質有關。因此, 不同類型、主要污染因子不同的湖泊, 其內源控制技術及污染恢復技術也不同。
根據近年來的研究和實踐, 主要有以下幾種污染恢復技術：
湖泊沉積物疏浚
湖泊沉積物疏浚被認為是降低湖泊污染物負荷最有效、直接的措施。瑞典Trummen 湖通過疏浚工程降低90%總磷負荷, 而美國的Lilly 湖疏浚後總磷的消減率達到55%。但是, 並不是所有的疏浚都能達到理想的效果, 1998 年南京玄武湖清淤, 採取沿湖污水停止輸入、抽乾水清淤的方法,清淤後半年內湖水的透明度、COD 和總磷基本不變。疏浚底泥的環境效果與疏浚方法有關, 疏浚主要考慮降低沉積物中的污染負荷。因此, 要對沉積物中的污染物種類、含量分布、剖面特徵、沉積速率、化學及生態效應有詳細的調查和分析, 確定疏浚的範圍和深度。
沉積物覆蓋技術
在污染沉積物表面覆蓋一層物質, 把沉積物和水體隔開, 達到控制污染物釋放的目的。覆蓋物可以是低污染的沉積物、沙礫, 或各種材料組成的複合層。起作用的機制主要是顆粒物對污染物的吸附作用, 減少水動力或生物擾動,覆蓋層造成的無氧環境利於某些厭氧細菌對有機污染物的降解。覆蓋技術相比別的控制技術, 花費低, 適用於有機、無機處理, 對環境潛在的危害小; 但其工作量大, 需要大量的清潔泥沙, 來源困難。同時覆蓋會增加底泥的量, 使湖泊庫容變小, 因而該技術不太適用於湖泊底泥污染的治理。
湖泊理化性質改善
湖泊的理化性質影響著湖泊中各種物理、化學及生物過程, 進而影響各種污染物的內源釋放。通過投加一些化學試劑以改善湖泊的理化性質, 如酸鹼度和溶解氧含量, 以達到控制內源釋放的目的。向湖泊投加鐵鹽、鋁鹽, 可以通過吸附或絮凝作用與水體中的無機磷酸鹽共沉澱; 但沉澱的鐵磷化合物在還原條件下有可能重新活化再次釋放。而鋁鹽與磷酸鹽結合相對牢固, 可在變化範圍較大的水環境中穩定存在, 甚至在完全氧化的環境中也較穩定。如果鋁的加入量足夠大, Al(OH) 3 可在沉積物表層形成“薄層”, 從而阻止磷釋放。
污染湖泊的生態恢復
（1）湖濱帶生態恢復
湖濱帶是湖泊水域與流域陸地生態系統間的過渡帶, 是湖泊重要的天然屏障, 不僅可以有效滯留陸源輸入的污染物, 還有淨化湖水水質的功能。湖濱帶生態恢復的目的是恢復湖泊的完整性, 包括湖濱帶物理環境的修復、挺水植被的快速組建和水生群落的最佳化三大方面。
（2）水生生態恢復
湖泊水生植被是由生長在湖泊淺水區和湖周灘地上的沉水植物群落、浮葉植物群落、漂浮植物群落、挺水植物群落及濕生植物群落共同組成。水生植被的演化隨湖泊環境的變遷而演化, 同時也能反作用於湖泊環境, 在一定程度上影響湖泊環境的演化方向和速度。因此,湖泊水生植被恢復是根據湖泊生態環境條件和需要, 在生態系統受損的湖泊環境基礎上重構良性的水生生態, 包括湖泊環境的工程改造和水生植物恢復兩方面內容。
