Phoslock®锁磷剂工程应用二十周年特辑——文献解读（9）
Phoslock®锁磷剂自2000s首次参与工程应用以来，一直受到国内外广大科研工作者及水环境工作者的关注，并在国内外学术期刊发表了逾百篇学术论文。目前学者们对该技术产品的研究已经涉及除磷效果、沉积物修复、影响因素、生态安全、深度开发等多个领域。
2022年，在该技术产品全球应用20周年之际，PET中国团队将针对热点关注话题，甄选文献加以解读分享，以便于广大科研工作者和水环境工作者深入了解Phoslock®锁磷剂的学术背景及差异化特性。
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本期针对“絮凝+锁磷(Flock & Lock)组合工艺在湖库富营养化治理中的应用”，向大家分享文献如下：
文章题目：应用“絮凝+锁磷”组合工艺对荷兰De Kuil湖进行富营养化治理
发表期刊：Water Research
2021年影响因子/JCR分区：11.236/Q1
研究亮点：
一、从水质变化、沉积物磷释放通量变化、水生植被盖度变化、鱼类生物量变化等多个方面综合评估了“絮凝+锁磷”组合工艺对De Kuil湖富营养化治理的贡献。
二、以短期（实施1周后）、长期（实施5年后）两个时间尺度评估了“絮凝+锁磷”组合工艺对De Kuil湖富营养化治理的贡献。
三、通过将Phoslock®锁磷剂浆液注入深水层的方式强化其对沉积物磷释放通量的钝化效果。
图1 De Kuil湖“絮凝+锁磷”组合工艺的实施流程
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研究背景：
外源输入和内源释放会导致水体富营养化，进而引发藻类水华。因此，水环境修复和富营养化治理的首要问题是如何有效控制外源及内源污染。虽然藻类的生长和繁殖与数类营养元素相关，但在治理层面，更多的重点是控磷。正如淡水生态学家Golterman所言：“关于磷酸盐是否是藻类水华限制因素的讨论并不重要，因为磷酸盐是唯一可以很容易得到控制进而限制藻类生长的基本营养元素”。
对于人工开挖的湖泊而言，内源磷释放往往是藻类生长的主要诱因(本文研究对象De Kuil湖的内源磷释放通量是外源磷输入的20倍)。清淤、疏浚等异位治理措施是治理内源污染的常用方法，但并不总是奏效。且其治理成本较高，污泥脱水及处置的成本也是如此。因此，原位治理方法得到了越来越多的青睐。
此前同是荷兰的Rauwbraken湖在2008年进行的富营养化治理过程中首次采用了“絮凝+锁磷”的原位治理组合工艺，并取得了显著成效（参考链接：PHOSLOCK｜工程应用二十周年特辑—文献解读（1） (qq.com)）。本研究采用相似的组合工艺，在De Kuil湖进行了工程应用，以求验证“絮凝+锁磷”组合工艺是否能够快速有效地絮凝沉降蓝藻、降低沉积物磷释放通量、并长期抑制蓝藻生物量。
研究对象：
De Kuil湖位于荷兰西南部，地理位置坐标为北纬51°37′22″，东经4°42′23″。湖泊水面面积6.7ha，总水量约268,000m3，水深约9m。该湖为掏挖取沙而后形成的人工湖，湖底地形不规则，同时具备浅水型湖泊和深水型湖泊的特性。
自1992年起，De Kuil湖反复爆发藻类水华，截至本次治理（2009年）前的几年中，该湖因藻类水华屡次被迫关闭。湖泊管理部门在1997至2005年间曾试图通过局部换水缓解藻类水华，但效果不佳，随后将治理的重点放在了控制内源磷释放，因Rauwbraken湖在2008年的治理取得了显著成效，De Kuil湖的富营养化治理方案＊终确定为“絮凝+锁磷”。
图2 De Kuil湖的相对位置示意图
主要结果：
1. 水质变化
工程实施一周后，De Kuil湖水体透明度由1.5m增加至5m；叶绿素a从13±8.4μg/L下降至1.9±0.9μg/L；总磷浓度从0.15±0.19mg/L下降至0.03±0.02mg/L；正磷酸盐浓度从113±147μg/L下降至15±1μg/L。
图3 “絮凝+锁磷”组合工艺实施前后的水质变化（短期监测）
工程实施后的跟踪监测期长达5年，据统计，在藻类水华易发的夏季，De Kuil湖水体透明度从2.31m(1992至2009年)增加到3.12m(2009至2014年)；叶绿素a从16μg/L(1992至2008年)下降至6μg/L(2009至2014年)；总磷平均浓度从0.05mg/L(1992至2008年)下降至0.02mg/L(2009至2014年)；1m水深内的正磷酸盐平均浓度从18μg/L(1992至2009年)下降至6μg/L(2009至2014年)。
图4 “絮凝+锁磷”组合工艺实施前后的水质变化（长期监测）
2.沉积物磷释放通量变化
工程实施后，沉积物磷释放通量从5.2±2.6mg/m2/d下降至0.4mg±0.0/m2/d；但该数值在后续年份中有所回升，其原因是低估了表层沉积物中有效磷的负荷，从而导致Phoslock®锁磷剂投加量不足。
图5 “絮凝+锁磷”组合工艺实施前后沉积物磷释放通量的变化（长期监测）
3.水生植被盖度变化
在“絮凝+锁磷”工艺组合实施后的第一个生长季内，水生植被的覆盖面积从1185m2(2009年7月)增加到了2346m2(2009年10月)。至2020及2021年生长季结束，水生植被的覆盖面积分别增加至6292m2和7589m2。De Kuil湖完成了从以浮游藻类为优势物种的浊水型生态系统到以沉水植被为优势物种的清水型生态系统的转变。
表1 “絮凝+锁磷”组合工艺实施前后水生植被覆盖面积的变化
研究结论：
1. 通过工程实施及长期监测，论证了“絮凝+锁磷”组合工艺可有效治理水体富营养化。为水体富营养化治理提供了新的解决思路。
2. 絮凝剂与Phoslock®锁磷剂的联合应用，有效抑制了De Kuil湖蓝藻水华，将该湖从富营养状态转变为中营养状态，并通过拦截沉积物磷的释放通量将该状态稳定维持了至少6年。
图6 湖体由富营养状态转变为中营养状态并维持了至少6年
3. 经过治理后，De Kuil湖水质得到明显改善，蓝藻生物量大幅减少，湖泊管理部门此后未因湖泊水质问题发布禁令，“絮凝+锁磷”组合工艺发挥了卓越的社会效益。
4.低估了表层沉积物中潜在有效磷的负荷是后期沉积物磷释放通量随时间逐渐增加的主要原因。
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编外语：
1、 虽然絮凝剂与Phoslock®锁磷剂的组合工艺在国内湖库水环境修复中也有较多工程案例，但对其长期监测和效果评估的科学研究较少。本文从多个尺度评估了“絮凝+锁磷”的应用效果，为以后的工程应用提供了客观、科学的理论与实践依据。
2、Phoslock®锁磷剂作为内源原位修复技术的领创者，能够在显著降低上覆水磷浓度的同时，有效抑制沉积物磷的释放通量，达到“泥水共治”的效果。但科学定量是达到期望效果的重要前提，我们拥有专业的技术团队和专家学者为客户提供方案与建议。
更多内容后续我们会一一分享，敬请期待
