受污染湖泊的生态修复

2006年2月　　　　　　　　　　　电　力　环　境　保　护　　　　　　　　　　　第22卷　第1期

受污染湖泊的生态修复

The ecosystem restoration of polluted lakes

李大成, 吕锡武, 纪荣平

(东南大学环境工程系, 江苏南京　210096)

摘要:分析我国湖泊水体的水质现状及其污染成因, 从外源性污染物质和内源性污染物质两个方面, 详细阐述具体的生态修复措施, 结合工程实例, 介绍其应用效果及优缺点。关键词:生态修复; 富营养化; 湖泊

Abstract :Thepre sent condition and the cause of pollution s are mea sure s of eco system re storation are elaborated a of the inside source. Com 2bining the project , are , its merit and shortcoming are pointed out in con 2cise.

K ey words re ; eutrophication ; lake s

中图分类号:TV213. 4　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:1009-4032(2006) 01-0047-03

　　我国人均水资源相对短缺, 只相当于世界人均的1/4。湖泊作为我国最大的淡水供应源, 更凸现了其重要地位。由于我国高投入、低产出的粗放型经济增长方式以及人们薄弱的环保意识, 大量污染物直接排入湖泊, 导致湖泊水体功能退化, 进入富营养化状态, 进而加剧了我国水质性缺水的局面, 严重影响了经济发展和居民的饮水安全。其生态修复关系着国计民生, 刻不容缓。

要排放204. 51亿m 3的污废水, 处理率仅为34%, 农村生活污水的处理率更低。以巢湖为例; 每年接纳工业废水1. 4亿t , 生活污水0. 35亿t , 污水处理率仅为2. 5%, 远远超过水体自净能力, 湖体内部生态系统产生“多米诺”效应, 水质急剧恶化。1. 2　围湖造田

基于我国地少人多的国情, 围湖造田的确解决了部分人的温饱问题, 但却严重破坏了湖滨带的生态系统, 使湖泊生态资源的再循环受到严重影响。据不完全统计:云南滇池造田的面积达2180hm 2, 滇池水面减少了21. 8km 2。围湖造田不仅降低了湖泊水体的净化能力, 还增加了水体污染负荷。1. 3　渔业异常发展

1　我国湖泊水体的水质现状及其污染成因

　　据初步统计:我国约有大小湖泊24880个, 总面

积83400km 2, 约占国土总面积的0. 8%。但我国湖泊污染现状触目惊心, 据对131个主要湖泊的调查表明:已达富营养化程度的湖泊有67个, 占调查湖泊总数的51. 2%; 五大淡水湖的太湖、洪泽湖、巢湖等均已达到富营养化程度, 鄱阳湖、洞庭湖的磷、氮含量偏高, 正处于向富营养化的过渡阶段。水质恶化直接危害到滨湖城镇的供水。20世纪90年代初, 太湖北部紧邻无锡市的梅梁湾因水华大暴发, 无锡市多处自来水厂过滤池堵塞, 造成116家工厂停产, 直接经济损失1. 3亿元。死鱼达4. 45×104kg 。1. 1　点、面源污染

我国湖泊鱼类资源极为丰富, 具有经济价值的

鱼类占相当一部分。很多湖泊出现过度捕捞、围网养殖以及人工放流经济鱼类来实现经济创收的现象。太湖1998年的最高捕捞量为26118t , 而1952年捕捞量仅为4060t ; 人工放流草食性鱼类破坏了湖泊的水草资源, 而滤食性鱼类则直接摄食浮游动物, 加快了湖体营养元素的循环。上述种种不符合自然规律的做法, 致使湖中营养盐升高, 草型化向藻型化过渡, 加快了湖泊的富营养化进程。1. 4　旅游业的过渡膨胀

改革开放以来, 各湖泊流域的厂矿企业急速增

加, 大量污染物排入湖体。目前我国城市每年大约

基金项目:科技部“十五”重大科技专项(2002AA 601011-03)

许多湖泊景色优美, 湖滨带具有丰富的旅游资

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源。在开发过程中, 没有重视生态环境, 破坏了固有的生态植被。大量度假村、湖鲜馆傍湖而建, 过度的旅游开发所产生的大量生活垃圾及生活污水, 不经处理直接排入湖体, 增加了水体的富营养化程度。

2　湖泊水体生态修复措施

　　为了加速已被破坏的水生态系统的恢复, 除了依靠水生态系统本身的自适应、自组织、自调节能力以外, 还可采取人工方法恢复, 这被称为生态修复, 这种方法就是充分认识和利用自然规律, 以自然演化为主, 通过人工强化, 。2. 1　, 输入, 是湖泊水体生态修复的重要前提。2. 1. 1　流域内污废水的集中处理

实现流域内污废水的达标排放, 从根本上截断外部输入源, 使水体失去营养物质富集的可能性。但由于我国污水管网铺设率较低, 广大农村的面源污染尤为严重, 见表1。

表1　太湖流域水体污染负荷

污染来源点源面源合计

废水量

861. 92×1062325. 05×1063186. 97×106

T N 32. 49×10347. 05×10379. 55×103

TP 5. 97×1032. 05×1038. 02×103

t/a

用湿地系统, 最大程度地发挥湖滨带的净化能力。

湖滨带对水质的净化是理化生物综合效应的结果。它通过截留、沉淀、吸附、吸收, 使污染物质得以有效去除, 同时又能营造怡人的景观效果。2. 2　内源性营养物质的控制措施2. 2. 1　工程性措施2. 2. 1. 1　引水稀释

, 短时间内、水生植物的生Bufflo P ound , 大大改善了湖体的水质。但引水稀释导致交换水体的生态体系发生变化, 也会产生一定的负面影响。2. 2. 1. 2　底泥清淤由于常年自然沉积, 湖泊底部聚积了大量淤泥, 富含可观的营养盐类, 其释放也可能形成湖泊富营养化和水华暴发。将底泥从湖体中移出, 是减少内源的直接有效措施。在工程施工时, 要密闭机械工作面, 对淤泥要安全处置, 防止二次污染。但湖泊清淤的成功范例还鲜有报道, 目前日本等发达国家, 对是否清淤及清淤厚度正进行细致而周密的论证。2. 2. 1. 3　底泥覆盖

通过在底泥表面敷设浸透性小的塑料膜或卵石, 消减波浪扰动时的底泥翻滚, 有效抑制底泥营养盐的释放, 提高湖水透明度, 促进了沉水植物的生长。美国E ola 湖用卵石覆盖湖底, 大大改善了湖水的透明度, 同时还防止了硫化氢气体的产生。但若大面积敷设不透水材料, 则会严重影响湖体固有的生态环境, 目前这方面的争议也比较大。2. 2. 2　化学方法

由表1可见, 相对于点源来讲, 面源污染不仅量

大, 而且更难控制。因此必须加强市政建设, 增强流域内居民的环保意识, 严格控制湖滨带度假村、湖鲜馆的数量与规模, 规范渔业养殖及捕捞, 必要时采用行政干预, 退田还湖, 恢复植被生态, 坚决走“逆开发”的路子。2. 1. 2　湖滨带湿地的构建

湖滨带湿地是水陆生态系统间的一个过渡和缓冲区域, 具有保持物种多样性, 调节和稳定相邻生态系统, 净化水体, 减少污染等功能, 尤其在面源污染的控制方面更具有明显的优势。Prancisco 等研究表明:湿地可有效控制农田径流, 水生植物可累积N 10～20mg/(m 2・d ) , 占进水可溶性无机氮的66%～100%;Paul 等研究发现:湿地通过植物吸收可使磷降至0. 1mg/L 以下。湖滨带生态修复就是构建水陆间的过渡带, 维持栖息其间的动植物群落, 合理利48

化学方法就是针对湖体的污染特征投加相应的化学药剂, 强制去除污染物质。美国长湖通过投加铝盐, 使湖中磷由原来的65μg/L 下降到30μg/L , 湖泊水质明显改善。该方法操作简单, 但费用较高, 易造成二次污染。2. 2. 3　生物强化法2. 2. 3. 1　深水曝气技术

营养盐类的大量注入, 致使藻类及浮游生物异常繁殖, 水体溶解氧急速下降, 在水与底泥的交界面甚至出现厌氧现象。在深水进行人工曝气, 可有效改善这一状况。北京什刹海采用曝气充氧后, 不仅

2006年　　　　　　　　　　　　　李大成等:受污染湖泊的生态修复　　　　　　　　　　　　第1期

提高了水体的溶解氧, 还使得藻类的数量明显减少, 水华程度大大减轻。2. 2. 3. 2　水生植物修复技术

利用适合相应湖体环境的水生植物及其共生的微环境, 来去除水体中的污染物质。水生植物和浮游藻类在营养物质和水能的利用上是竞争者, 它能有效抑制浮游藻类生长。人为创造一定的条件, 构建适合水体特征的水生植物群落, 能有效降低悬浮物浓度, 提高水体透明度及溶解氧, 为其他生物提供良好的生存环境, 改善水生生态系统的生物多样性。但是水生植物有一定的生命周期, 调控, , 2. 2. 3. 3　在湖中放置适当的水生动物可以有效地去除水体中富余的营养物质。如蚌类可以滤食悬浮的藻类及有机碎屑, 提高湖水的透明度; 螺蛳摄食固着藻类, 同时分泌促絮凝物质, 使湖水变清; 放养鲢、鳙则可以直接除藻。谢平等研究发现鲢、鳙养殖密度的上升是导致东湖水华消失的根本原因, 并提出了通过放养食浮游生物的鲢、鳙来直接控制蓝藻水华。唐洪玉等通过长刺汊和鲢鱼对藻类牧食力的对比研究发现:单位重量的长刺汊比鲢鱼对藻的摄食效果好, 而且长刺汊的生长繁殖速度也远远大于鲢鱼。但在实际应用中, 应注重自然规律, 选择合适的水生动物, 使其能形成合理的生物链循环。2. 2. 3. 4　生物膜技术

以比表面积较大的天然材料或人工介质为载体, 利用其表面形成的粘液状生物膜, 对污染水体进行净化。载体上富集的大量微生物能有效拦截、吸附、降解污染物质。纪荣平等通过人工介质富集微生物,T N 、TP 的去除率分别达到22. 1%、60. 7%。2. 2. 3. 5　生物浮床技术

人工构建生物浮床为水生植物、水生动物提供生存环境, 按照自然界本身规律, 消减水体中污染物质, 从而达到净化水质的效果。太湖梅梁湾水源地水质改善项目的初步研究表明:通过构建水芹、河蚬、人工介质三位一体的生物浮床, 可有效净化水质, 而且水体透明度大大改善, 为沉水植物的恢复及物种多样性提供了重要条件。

3　结语

　　湖泊水体的生态修复具有重要的社会和经济意义。生态修复, 任重道远, 不可急功近利。要坚持基础领域的研究, 采用必要的行政手段切断点、面源污染, 还应加强流域内居民的环保意识。与此同时, 采用最为合理的生态修复措施, 力求费省效宏, 为水生植物、, 重建生态, , 。

[1, 1中国主要湖泊水库的水环境问题与防

治建议[J]1湖泊科学,1998,10(3) :83-881

[2]舒金华, 黄文钰, 吴延根1中国湖泊营养类型的分类研究[J]1湖

泊科学1996,8(3) :193-2001

[3]田伟君, 王超, 李勇, 等1城市污染水体强化净化技术研究进展

[J]1河海大学学报(自然科学版) ,2004,32(2) :136-1391[4]王大齐, 胡思金1巢湖生态系统之优化[J]1中国环境科学,1994,

14(3) :177-1811

[5]田军1滇池湿地生态恢复研究[J]1云南环境科学,2000,19(4) :

27-291

[6]陈立侨, 刘影, 杨再福, 等1太湖生态系统的演变与可持续发展

[J]1华东师范大学学报(自然科学版) ,2003, (4) :99-1061[7]许朋柱, 秦伯强1太湖湖滨带生态系统退化原因以及恢复与重

建设想[J]1水资源保护,2002, (3) :31-361

[8]朱继业, 方红松, 窦贻伶1太湖地区水资源保护和利用现状与对

策[J]1上海环境科学,1998,17(11) :25-271

[9]Prancisco A C om in. Nitrog oen rem oval and cycing in restored wetlands

used as filters of nutrients for agricultural runoff [J]1W at Sci T ech , 1997,35(5) :255-2611

[10]Paul R Adler. Evaluation of a wetland system designed to meet stringent

phosphorus discharge requirements[J]1W ater Envir Res , 1996,68(4) :836-8401

[11]金岚1环境生态学[M]1北京:高等教育出版社,19921[12]屠清瑛, 章永泰, 杨贤智1北京什刹海生态修复试验工程[J]1

湖泊科学,2004,16(1) :61-671

[13]朱斌, 陈飞星, 陈增奇1利用水生植物净化富营养化水体的研

究进展[J]1上海环境科学,2002,21(9) :564-5671

[14]谢平1鲢、鳙与藻类水华控制[M]1北京:科学出版社,20031[15]唐洪玉, 周小河, 姚维志1长刺汊对两种单细胞藻类牧食力研

究[J]1西南农业大学学报,2001,23(4) :329-3321

[16]纪荣平, 吕锡武, 李先宁, 等1三种人工介质对太湖水质的改善

效果[J]1中国给水排水,2005,21(6) :4-71收稿日期:2005207212; 修回日期:2005212209

作者简介:李大成(19802) , 男, 安徽毫州人, 在读研究生, 研究方向为水处理理论及工程技术。

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受污染湖泊的生态修复

The ecosystem restoration of polluted lakes

李大成, 吕锡武, 纪荣平

(东南大学环境工程系, 江苏南京　210096)

摘要:分析我国湖泊水体的水质现状及其污染成因, 从外源性污染物质和内源性污染物质两个方面, 详细阐述具体的生态修复措施, 结合工程实例, 介绍其应用效果及优缺点。关键词:生态修复; 富营养化; 湖泊

Abstract :Thepre sent condition and the cause of pollution s are mea sure s of eco system re storation are elaborated a of the inside source. Com 2bining the project , are , its merit and shortcoming are pointed out in con 2cise.

K ey words re ; eutrophication ; lake s

中图分类号:TV213. 4　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:1009-4032(2006) 01-0047-03

　　我国人均水资源相对短缺, 只相当于世界人均的1/4。湖泊作为我国最大的淡水供应源, 更凸现了其重要地位。由于我国高投入、低产出的粗放型经济增长方式以及人们薄弱的环保意识, 大量污染物直接排入湖泊, 导致湖泊水体功能退化, 进入富营养化状态, 进而加剧了我国水质性缺水的局面, 严重影响了经济发展和居民的饮水安全。其生态修复关系着国计民生, 刻不容缓。

要排放204. 51亿m 3的污废水, 处理率仅为34%, 农村生活污水的处理率更低。以巢湖为例; 每年接纳工业废水1. 4亿t , 生活污水0. 35亿t , 污水处理率仅为2. 5%, 远远超过水体自净能力, 湖体内部生态系统产生“多米诺”效应, 水质急剧恶化。1. 2　围湖造田

基于我国地少人多的国情, 围湖造田的确解决了部分人的温饱问题, 但却严重破坏了湖滨带的生态系统, 使湖泊生态资源的再循环受到严重影响。据不完全统计:云南滇池造田的面积达2180hm 2, 滇池水面减少了21. 8km 2。围湖造田不仅降低了湖泊水体的净化能力, 还增加了水体污染负荷。1. 3　渔业异常发展

1　我国湖泊水体的水质现状及其污染成因

　　据初步统计:我国约有大小湖泊24880个, 总面

积83400km 2, 约占国土总面积的0. 8%。但我国湖泊污染现状触目惊心, 据对131个主要湖泊的调查表明:已达富营养化程度的湖泊有67个, 占调查湖泊总数的51. 2%; 五大淡水湖的太湖、洪泽湖、巢湖等均已达到富营养化程度, 鄱阳湖、洞庭湖的磷、氮含量偏高, 正处于向富营养化的过渡阶段。水质恶化直接危害到滨湖城镇的供水。20世纪90年代初, 太湖北部紧邻无锡市的梅梁湾因水华大暴发, 无锡市多处自来水厂过滤池堵塞, 造成116家工厂停产, 直接经济损失1. 3亿元。死鱼达4. 45×104kg 。1. 1　点、面源污染

我国湖泊鱼类资源极为丰富, 具有经济价值的

鱼类占相当一部分。很多湖泊出现过度捕捞、围网养殖以及人工放流经济鱼类来实现经济创收的现象。太湖1998年的最高捕捞量为26118t , 而1952年捕捞量仅为4060t ; 人工放流草食性鱼类破坏了湖泊的水草资源, 而滤食性鱼类则直接摄食浮游动物, 加快了湖体营养元素的循环。上述种种不符合自然规律的做法, 致使湖中营养盐升高, 草型化向藻型化过渡, 加快了湖泊的富营养化进程。1. 4　旅游业的过渡膨胀

改革开放以来, 各湖泊流域的厂矿企业急速增

加, 大量污染物排入湖体。目前我国城市每年大约

基金项目:科技部“十五”重大科技专项(2002AA 601011-03)

许多湖泊景色优美, 湖滨带具有丰富的旅游资

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2006年2月　　　　　　　　　　　电　力　环　境　保　护　　　　　　　　　　　第22卷　第1期

源。在开发过程中, 没有重视生态环境, 破坏了固有的生态植被。大量度假村、湖鲜馆傍湖而建, 过度的旅游开发所产生的大量生活垃圾及生活污水, 不经处理直接排入湖体, 增加了水体的富营养化程度。

2　湖泊水体生态修复措施

　　为了加速已被破坏的水生态系统的恢复, 除了依靠水生态系统本身的自适应、自组织、自调节能力以外, 还可采取人工方法恢复, 这被称为生态修复, 这种方法就是充分认识和利用自然规律, 以自然演化为主, 通过人工强化, 。2. 1　, 输入, 是湖泊水体生态修复的重要前提。2. 1. 1　流域内污废水的集中处理

实现流域内污废水的达标排放, 从根本上截断外部输入源, 使水体失去营养物质富集的可能性。但由于我国污水管网铺设率较低, 广大农村的面源污染尤为严重, 见表1。

表1　太湖流域水体污染负荷

污染来源点源面源合计

废水量

861. 92×1062325. 05×1063186. 97×106

T N 32. 49×10347. 05×10379. 55×103

TP 5. 97×1032. 05×1038. 02×103

t/a

用湿地系统, 最大程度地发挥湖滨带的净化能力。

湖滨带对水质的净化是理化生物综合效应的结果。它通过截留、沉淀、吸附、吸收, 使污染物质得以有效去除, 同时又能营造怡人的景观效果。2. 2　内源性营养物质的控制措施2. 2. 1　工程性措施2. 2. 1. 1　引水稀释

, 短时间内、水生植物的生Bufflo P ound , 大大改善了湖体的水质。但引水稀释导致交换水体的生态体系发生变化, 也会产生一定的负面影响。2. 2. 1. 2　底泥清淤由于常年自然沉积, 湖泊底部聚积了大量淤泥, 富含可观的营养盐类, 其释放也可能形成湖泊富营养化和水华暴发。将底泥从湖体中移出, 是减少内源的直接有效措施。在工程施工时, 要密闭机械工作面, 对淤泥要安全处置, 防止二次污染。但湖泊清淤的成功范例还鲜有报道, 目前日本等发达国家, 对是否清淤及清淤厚度正进行细致而周密的论证。2. 2. 1. 3　底泥覆盖

通过在底泥表面敷设浸透性小的塑料膜或卵石, 消减波浪扰动时的底泥翻滚, 有效抑制底泥营养盐的释放, 提高湖水透明度, 促进了沉水植物的生长。美国E ola 湖用卵石覆盖湖底, 大大改善了湖水的透明度, 同时还防止了硫化氢气体的产生。但若大面积敷设不透水材料, 则会严重影响湖体固有的生态环境, 目前这方面的争议也比较大。2. 2. 2　化学方法

由表1可见, 相对于点源来讲, 面源污染不仅量

大, 而且更难控制。因此必须加强市政建设, 增强流域内居民的环保意识, 严格控制湖滨带度假村、湖鲜馆的数量与规模, 规范渔业养殖及捕捞, 必要时采用行政干预, 退田还湖, 恢复植被生态, 坚决走“逆开发”的路子。2. 1. 2　湖滨带湿地的构建

湖滨带湿地是水陆生态系统间的一个过渡和缓冲区域, 具有保持物种多样性, 调节和稳定相邻生态系统, 净化水体, 减少污染等功能, 尤其在面源污染的控制方面更具有明显的优势。Prancisco 等研究表明:湿地可有效控制农田径流, 水生植物可累积N 10～20mg/(m 2・d ) , 占进水可溶性无机氮的66%～100%;Paul 等研究发现:湿地通过植物吸收可使磷降至0. 1mg/L 以下。湖滨带生态修复就是构建水陆间的过渡带, 维持栖息其间的动植物群落, 合理利48

化学方法就是针对湖体的污染特征投加相应的化学药剂, 强制去除污染物质。美国长湖通过投加铝盐, 使湖中磷由原来的65μg/L 下降到30μg/L , 湖泊水质明显改善。该方法操作简单, 但费用较高, 易造成二次污染。2. 2. 3　生物强化法2. 2. 3. 1　深水曝气技术

营养盐类的大量注入, 致使藻类及浮游生物异常繁殖, 水体溶解氧急速下降, 在水与底泥的交界面甚至出现厌氧现象。在深水进行人工曝气, 可有效改善这一状况。北京什刹海采用曝气充氧后, 不仅

2006年　　　　　　　　　　　　　李大成等:受污染湖泊的生态修复　　　　　　　　　　　　第1期

提高了水体的溶解氧, 还使得藻类的数量明显减少, 水华程度大大减轻。2. 2. 3. 2　水生植物修复技术

利用适合相应湖体环境的水生植物及其共生的微环境, 来去除水体中的污染物质。水生植物和浮游藻类在营养物质和水能的利用上是竞争者, 它能有效抑制浮游藻类生长。人为创造一定的条件, 构建适合水体特征的水生植物群落, 能有效降低悬浮物浓度, 提高水体透明度及溶解氧, 为其他生物提供良好的生存环境, 改善水生生态系统的生物多样性。但是水生植物有一定的生命周期, 调控, , 2. 2. 3. 3　在湖中放置适当的水生动物可以有效地去除水体中富余的营养物质。如蚌类可以滤食悬浮的藻类及有机碎屑, 提高湖水的透明度; 螺蛳摄食固着藻类, 同时分泌促絮凝物质, 使湖水变清; 放养鲢、鳙则可以直接除藻。谢平等研究发现鲢、鳙养殖密度的上升是导致东湖水华消失的根本原因, 并提出了通过放养食浮游生物的鲢、鳙来直接控制蓝藻水华。唐洪玉等通过长刺汊和鲢鱼对藻类牧食力的对比研究发现:单位重量的长刺汊比鲢鱼对藻的摄食效果好, 而且长刺汊的生长繁殖速度也远远大于鲢鱼。但在实际应用中, 应注重自然规律, 选择合适的水生动物, 使其能形成合理的生物链循环。2. 2. 3. 4　生物膜技术

以比表面积较大的天然材料或人工介质为载体, 利用其表面形成的粘液状生物膜, 对污染水体进行净化。载体上富集的大量微生物能有效拦截、吸附、降解污染物质。纪荣平等通过人工介质富集微生物,T N 、TP 的去除率分别达到22. 1%、60. 7%。2. 2. 3. 5　生物浮床技术

人工构建生物浮床为水生植物、水生动物提供生存环境, 按照自然界本身规律, 消减水体中污染物质, 从而达到净化水质的效果。太湖梅梁湾水源地水质改善项目的初步研究表明:通过构建水芹、河蚬、人工介质三位一体的生物浮床, 可有效净化水质, 而且水体透明度大大改善, 为沉水植物的恢复及物种多样性提供了重要条件。

3　结语

　　湖泊水体的生态修复具有重要的社会和经济意义。生态修复, 任重道远, 不可急功近利。要坚持基础领域的研究, 采用必要的行政手段切断点、面源污染, 还应加强流域内居民的环保意识。与此同时, 采用最为合理的生态修复措施, 力求费省效宏, 为水生植物、, 重建生态, , 。

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建设想[J]1水资源保护,2002, (3) :31-361

[8]朱继业, 方红松, 窦贻伶1太湖地区水资源保护和利用现状与对

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[16]纪荣平, 吕锡武, 李先宁, 等1三种人工介质对太湖水质的改善

效果[J]1中国给水排水,2005,21(6) :4-71收稿日期:2005207212; 修回日期:2005212209

作者简介:李大成(19802) , 男, 安徽毫州人, 在读研究生, 研究方向为水处理理论及工程技术。

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