（环境工程专业论文）含藻原水的生物接触氧化处理效果、机理及其超声强化技术.pdf

东南大学学位论文独创性声明 1 1 1 11 111 1 1 11 11 1 11 1 ii ii 17 610 5 1 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除 了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：兰基盈 日期： 二o l o 一弓一心 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密 期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、 英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生繇立芷导师虢期：三立二 、有机 本文以太湖含藻原水为研究对象，长期监测了水源水的水质变化，分析了水质变化的特点，探讨了水 质变化的机理和规律：在此基础上，系统研究了生物接触氧化技术及超声强化对含藻原水的处理效果与机 理。通过试验得到了以下主要结论： 生物接触氧化反应器( 下文简称反应器) 采用动态培养自然挂膜方式，以氨氮去除率达到6 0 作为挂 膜成熟的标志，各反应器在一周内挂膜成功，处理效果如下：反应器对藻细胞个数的去除率大于9 0 ，c h l a 为6 5 0 0 - - 8 5 。水体中m c - l r 浓度在z s i _ t g l 以下，去除率在5 0 以上。另外，反应器能有效去除嗅味物 质( g s m 和2 - m i b ) 。浊度去除越大，反应器对c o d m 。的去除率也越高，其对d c o d m 。去除率在1 0 0 , - - - 1 5 。 试验取样期间，原水中b i x ) c 占d o c 的比例在l 3 左右，生物接触氧化对d o c 的去除率在1 5 , - - 2 0 。 试验研究了反应器对阿特拉津、多环芳烃和酞酸酯类物质的去除，结果表明其在一定程度上能去除这些微 量有机物。 在由原水中藻类大量腐败引起氨氮浓度发生由低至高的突变时，如不调节工艺参数，反应器对高浓度 氨氮的去除至少有一周的延滞期。进水的氨氮浓度由1 s m g l 增至3 m g l 时，延长水力停留时间的应对效 果不理想，提高气水比可较好应对。但当其浓度由o 5 m l 以下增至3 m g l 时，无论是延长水力停留时间 还是提高气水比，r l 、r 2 与r 3 均不能很好应对( 文中将分别填充有涂粉末活性炭多孔聚酯、毛毡、组合 式填料的反应器记为r l 、r 2 和r 3 ) ，但将反应器r ( 由r l 、r 2 和r 3 串联而成) 各阶的曝气量分别调高 1 0 m l m i n 、8 m l m i n 和5 m l m i n ，可消除出水氨氮浓度对后续工艺的不利影响。 经生物接触氧化处理后，水中z e t a 电势会上升，有助于后续混凝工艺。 对生物接触氧化反应器底泥中微小动物的观察发现，单阶反应器与三阶反应器阶一底泥中的原生动物 种类较为丰富，其次为阶二，阶三底泥中微小动物种类较少。用b i o l o g 方法进行微生物群落结构研究，结 果表明r l 、r 2 和r 3 反应器内微生物群落之间存在差异。氨氮的去除率与反应器内硝化细菌的数量和活 性有关。硝化细菌的数量主要取决于进水氨氮浓度，其受气水比影响很小；而硝化细菌的活性受气水比影 响很大，气水比大硝化细菌的活性高，反之则较低。 超声能提高微生物的1 r c 脱氢酶生物活性，其中影响最大的是功率，其次是超声作用时间和频率。根 据试验确定的超声工作参数为：频率8 w ，功率2 0 k h z ，时间1 5 m i n ，超声周期1 2 h 。在此条件下，试验观 察到超声能破坏微囊藻内气泡结构，使其沉于水底但不破坏其细胞壁的完整性。另外，与生物接触氧化技 术相比，超声强化生物接触氧化技术对原水中的污染物特别是微量有机物有着更高的去除率，对后续混凝 工艺的改善也更显著。 关键词：含藻原水；生物接触氧化技术；氨氮；微量有机物；硝化细菌：超声 a b s t r a e t a b s t r a c t c o n v e n t i o n a lw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sw o u l df a c em a n yc h a l l e n g e sf r o mt h ei n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no f c o n t a m i n a t i o n ss u c ha sa l g a e a l g a lt o x i n sa n do t h e ra l g a em e t a b o l i t e s , a m m o n i an i t r o g e n ，o r g a n i cm a t t e r sa sa r e s u l to fb l u e - g r e e na l g a eb l o o mi nt a i h ul a k e t h u s ，i t si m p o r t a n ta n de m e r g e n tt ot r e a tt h ea l g a e - l a d e ns o u r c e w a t e rw i t hb i o l o g i c a lp r o c e s s i nt h i sp a p e r , t h ew a t e rq u a l i t yc h a r a c t e r i s t i c so fa l g a e - l a d e ns o u r c ew a t e rf r o mt a i h ul a k ew e r ed e t e c t e d f u r t h e r m o r e ，t h ee f f e c ta n dm e c h a n i s mo fb i o - c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s sa n di t su l t r a s o u n d - e n h a n c e dt e c h n o l o g y t ot h et r e a t m e n to f a l g a e 1 a d e ns o u r c ew a t e rw e r es t u d i e d n l ef o l l o w i n gr e s u l t sw e r eo b t a i n e d ： d y n a m i cc u l t u r eo fn a t u r a lb i o f i h na p p r o a c hw a su s e di nb i o - c o n t a c to x i d a t i o nr e a c t o r ( r e a c t o rf o rs h o r t ) i t t o o ka r o u n do n ew e e kf o re a c hr e a c t o rt of o r mm a t u r eb i o f i l mw h i c hw a si n d e x e db yt h a tt h ea m m o n i an i t r o g e n r e m o v a ir a t ei sr e a c h e d6 0 1 1 圮r e m o v a lr a t eo fa l g a ec e l bw a sa b o v e9 0 。w h i l e6 5 - 8 5 f 0 rc h i - a 1 1 抡c o n c e n t r a t i o n so fm c l ri n w a t e rw e r eu n d e r2 5 1 t g ld u r i n gt r i a lp e r i o d , t h er e m o v a lr a t eo f w h i c hw a so v e r5 0 i na d d i t i o n , t h er e a c t o re a r l r e m o v eo d o rs u b s t a n c e ss u c ha sg s ma n d2 一m i be f f e c t i v e l y t h eh i g h e rt h et u r b i d i t yr e m o v a l ，c o d m 。r e m o v a l r a t ew a sh i g h e rw h i l e1 0 - 1 5 f o rd - c o d u , n er e m o v a lr a t eo fd o c ，1 3o fw h i c hw a sb d o c ，w a s 15 2 0 1 1 1 er e m o v a lo fa t r a z i n e ，p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n sa n dp h t h a l a t e ss u b s t a n c e sw e r es t u d i e d ， w h i c hs h o w e dt h a tt h e s em i c r o - o r g a n i cm a t t e r sc a l lb er e m o v e di nac e r t a i ne x t e n t w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fa m m o n i an i t r o g e ni nr a ww a t e ri n c r e a s e da b r u p t l y , t h e r ew o u l db eal a go fa tl e a s t o n ew e e kw i t h o u ta d j u s t i n gt h ep r o c e s sp a r a m e t e r s i nt h ec a s eo f a m m o n i ac o n c e n t r a t i o nm u t a t i o nf r o m1 5 m g l t o3 m g l ，i m p r o v i n ga i r - w a t e rr a t i oc o u l db eb e t t e rt h a ne x t e n d i n gh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew h i c hc o u l dn o tm e e t t h ec h a l l e n g e w h i l ei nt h ee a s et h a tf r o m0 5 m g lt o3 m g l ，n e i t h e re x t e n d i n gt h eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m en o r i m p r o v i n gt h eg a s - w a t e rr a t i oc o u l dg i v eag o o dr e s p o n s ei nr i ，r 2a n dr 3 ( r e a c t o rw i t hp o r o u sp o l y e s t e rf i l l e r s m e a r e dw i t ha c t i v a t e dc a r b o np o w d e r , b l a n k e t sa n dc o m b i n a t i o nf i l l e ri n d e p e n d e n t l ya r ec a l l e dr 1 ，r 2a n dr 3 ) ， h o w e v e r , w h e nt h ea m o u n to fa e r a t i o ni ne a c hc a s c a d eo f t h er e a c t o rr ( c o n s i s t e db yr 1 ，r 2 ，a n dr 3i nt a n d e m ) w a si n c r e a s e db y10 m l m i n , 8 m l m i na n d5 m l m i nr e l a t i v e l y , a d v e r s ee f f e c t so f e f f l u e n ta m m o n i ac o n c e n t r a t i o nt o t h ef o l l o w i n gp r o c e s sc o u l db ea v o i d e d 1 1 1 ev a l u e so fz e t ap o t e n t i a lw e r eh i g h e ra f t e rb i o - c o n t a c to x i d a t i o np r e t r e a t m e n t ，w h i c hw i l lc o n t r i b u t et o t h ei m p r o v e m e n to fc o a g u l a t i o np r o c e s sf o l l o w e d 1 f 1 硷m i c r o s c o p i cl i v i n go r g a n i s m si nt h es e d i m e r i to fb i o - c o n t a c to x i d a t i o nr e a c t o rw a so b s e r v e d , t h e p r o t o z o a ns p e c i e si nt h es i n g l e - s t a g er e a c t o ra n dt h ef i r s tc a s c a d eo ft h e3 - c a s c a d er e a c t o rw e r er i c h e s t , f o l l o w e d b yt h es e c o n dc a s c a d e w h i l er a r e s ti nt h el a s tc a s c a d e 1 1 豫r e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ea r es m a l ld i f f e r e n c e sa m o n g t h em i c r o b i a lc o m m u n i t i e si nr i ，r 2a n dr 3w i t hb i o l o g t h er e m o v a lr a t eo fa m m o n i an i t r o g e nw a sa s s o c i a t e d w i t hq u a n t i t ya n da c t i v i t yo fn i t r o b a c t e r i ai nt h er e a c t o r a n dt h eq u a n t i t yo fn i t r o b a c t e r i ad e p e n d e dp r i m a r i l yo n t h ea m m o n i ac o n c e n t r a t i o no fi n f l u e n t ，w h i c hi sh a r d l ye f f e c t e db ya i r - w a t e rr a t i o ，h o w e v e r , t h ea c t i v i t yo f n i t r o b a c t e r i ai sg r e a t l yi n f l u e n c e db yg a s - w a t e rr a t i o ，t h eh i g h e rg a s - w a t e rr a t i o ，t h em o r ea c t i v ew a s ，c o n t r a r i w i s e l o w e r 1 1 地，r r c d h ao ft h eb a c t e r i ac a nb ei m p r o v e db yu l t r a s o u n d , t ow h i c hp o w e ri st h em o s ti n f l u e n t i a l ， f o l l o w e db yu l t r a s o n i ct i m ea n df r e q u e n c y n eo p e r a t i n gp a r a m e t e r so fu l t r a s o u n dw e r ed e t e r m i n e d ：f r e q u e n c y 8 w , p o w e r2 0 k h z ，t i m e1 5 m i n , u l t r a s o n i cc y c l e1 2 h u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h eb u b b l eo f a l g a e c a nb ed a m a g e d , s ot h a ti ts i n k sb u tw i t hi t sc e l lw a l lc o m p l e t e & c o m p a r e dw i t ht h eb i o - c o n t a c to x i d a t i o nt e c h n o l o g y , t h eo n ew i t h u l t r a s o u n de n h a n c e d 锄r e m o v ec o n t a m i n a n t sm o r ee f f i c i e n t l y , e s p e c i a l l yf o rm i c r o - o r g a n i s m s ，w h i l et h e c o n t r i b u t i o nt ot h ei m p r o v e m e n to f c o a g u l a t i o np r o c e s sw a sm o r ep r o n o u n c e d k e yw o r d s ：a l g a e - l a d e ns o u r c ew a t e r , b i o - c o n t a c to x i d a t i o n , a m m o n i a n i t r o g e n , m i c r o - o r g a n i cm a t t e r , n i t r i f y i n gb a c t e r i a ，u l t r a s o u n d 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论。l 1 1选题背景l 1 1 1 富营养化及其发生机理2 1 1 2 蓝藻水华成因与危害3 1 1 3嗅味物质与藻毒素等蓝藻代谢产物4 1 1 4 饮用水源水中的微量有机物6 1 1 5 含藻水治理研究进展6 1 2 生物接触氧化技术7 1 2 1 生物接触氧化技术原理7 1 2 2 影响生物接触氧化工艺处理效果的主要因素9 1 2 3 生物接触氧化技术发展概况10 1 2 4 生物接触氧化技术存在的问题12 1 3溶藻细菌1 2 1 3 1 溶藻细菌作用方式。1 3 1 3 2 溶藻细菌的研究趋势。二。13 1 4 超声波技术原理及在水处理中的应用现状：二1 4 1 4 1 超声波技术原理1 4 1 4 2 超声波的生物效应1 6 1 4 3 超声波在受污染水生物处理技术中的研究? ：1 8 1 5 研究目的和意义l8 1 6 研究内容和技术路线19 1 6 1研究内容。l9 1 6 2 技术路线二19 参考文献。2l 第二章实验材料及分析项目和方法2 5 2 1 实验材料2 5 2 1 1 实验仪器与设备一2 5 2 1 2 实验材料2 6 2 2 分析项目与方法一2 6 2 2 1 理化分析项目与方法2 6 2 2 2 微生物学分析项目与方法。3l 参考文献3 7 第三章试验期间太湖原水水质。3 9 3 1 水温z i l 3 2 浊度4 l 3 3 藻与叶绿素a 4 2 3 z i p l - i1 1 直z l ：1 3 5 氨氮与亚硝酸盐氮4 3 3 6 i r 、，2 5 4 4 3 3 7 高锰酸盐指数与可溶性高锰酸盐指数一4 4 3 8 本章小结4 4 i i l 东南大学硕士学位论文 第四章 生物接触氧化技术对含藻原水的预处理效果4 5 4 1 试验装置j 一。4 5 4 1 1反应器4 5 4 1 2填料4 6 4 2 充氧性能实验4 6 4 2 1 实验结果4 7 4 2 2 分析与讨论4 7 4 3 反应器流态特性测试。5 0 4 3 1 实验结果。5 0 4 3 2 分析与讨论5 0 4 4 反应器挂膜启动试验5 0 4 4 1 反应器挂膜启动试验5l 4 4 2 分析与讨论。5l 4 5 反应器对藻类及其代谢物的去除效果5 2 4 5 1 单阶反应器5 3 4 5 2 三阶反应器5 9 4 5 3分析与讨论6 0 4 6反应器对有机物的去除效果6 l 4 6 1 单阶反应器6i 4 6 2 三阶反应器7 2 4 6 3 分析与讨论7 5 4 7氨氮浓度突变的应急处理试验7 5 4 7 1单阶反应器7 6 4 7 2 三阶反应器。7 8 4 7 3 分析与讨论一8 0 4 8生物接触氧化预处理对后续混凝工艺的影响。8 0 4 9本章小结。8 2 参考文献一8 3 第五章微生物富集特性及其对水质的净化机理8 5 5 1 反应器中微小动物的观察8 5 5 2 生物量、生物活性与微生物群落研究。8 8 5 2 1生物量、生物活性8 8 5 2 2微生物群落9 2 5 3 溶藻菌9 4 5 3 1 溶藻菌的生理生化鉴定9 s 5 3 2 溶藻菌的溶藻能力9 6 5 4亚硝酸菌与硝酸菌。9 7 5 5 本章小结9 9 参考文献1 0 0 第六章生物接触氧化预处理含藻原水的超声强化技术1 0 1 6 1 超声场的分布1 0 1 6 2超声对生物膜的影响1 0 3 6 2 1 因素比选。1 0 3 6 2 2 周期确定1 0 5 6 3 超声对水质的影响1 0 7 6 4 超声在生物接触氧化技术中的应用1 0 8 目录 6 4 1 超声强化生物接触氧化技术对藻的去除效果1 0 8 6 4 2 超声强化生物接触氧化技术对有机物的去除效果1 0 9 6 4 3超声强化生物接触氧化技术处理对后续混凝工艺的影响1 1 2 6 5 本章小结ll3 参考文献l l3 第七章结论与展望ll5 7 1 研究结论l l5 7 2 研究展望1 l6 致 射1 1 7 作者在硕士期间发表论文情况l l8 v 第一章绪论 1 选题背景 第一章绪论 湖泊水体是人类重要的水环境，它与工农业生产、人类生活等息息相关。在自然状态下，湖泊本身的 营养化过程非常缓慢，然而随着工农业的高速发展，大量污水排入水体，加速湖泊富营养化，导致藻类 异常增殖，“水华”( w a t e rb l o o m s ) 频繁出现，其中以蓝藻水华最为常见。根据中华人民共和国环境保护 部发布的( 2 0 0 8 年中国环境状况公报，2 8 个国控霞点湖( 库) 中，满足i i 类水质的4 个，占1 4 3 ： 类的2 个，占7 1 ；i v 类的6 个，占2 1 4 ；v 类的5 个，占1 7 9 0 0 ；劣v 类的1 1 个，占3 9 3 ，见表 1 1 。主要污染指标为总氮和总磷。在监测营养状态的2 6 个湖( 库) 中，重度富营养的1 个，占3 8 ；中 度富营养的5 个，占1 9 2 ；轻度富营养的6 个，占2 3 o 。 表1 1 重点湖( 库) 水质类别 太湖地跨江苏、浙江两省，：t l ：l l 临无锡，东近苏州，现有水域面积2 3 3 8 平方公里，是我国第三大淡水 湖泊。( 2 0 0 8 年中国环境状况公报显示太湖水质总体为劣v 类，湖体2 1 个国控监测点位中，类、v 类 和劣v 类水质的点位比例分别为1 4 3 、2 3 8 和6 1 9 0 , 6 。与2 0 0 7 年相比，太湖水质无明显变化，湖体处 于中度富营养状态，主要污染指标为总氮和总磷。根据1 9 9 7 , - 一2 0 0 8 年中华人民共和国环境保护部公布的 太湖富营养化监测结果，2 0 0 1 年后太湖整体由轻度富营养化升至中度富营养化并持续至今，见图1 1 。 r - - - 3 中度富营养圆轻度富营养 1 0 0 8 0 长 墨 丑 薯 称 粗 俩 o l 鋈嚣 鬻溪塞奏嚣囊薅 19 9 719 9 819 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 2 2 0 0 32 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 62 0 0 7 2 0 0 8 年份 图1 1 1 9 9 7 - 2 0 0 8 年太湖富营养化比例年际变化 根据中华人民共和国行业标准含藻水给水处理设计规范( g j j 3 2 9 8 ) ，含藻水的定义是：藻的含量大于 1 0 0 万个l 或含藻量足以妨碍有混凝沉淀和过滤所组成的常规水处理工艺的正常运行，或足以使出厂水水 l 东南大学硕士学位论文 质降低的水源水。在我国，水资源相对贫乏，富营养化湖泊、水库往往是重要饮用水水源地，对其处理不 当将给给水带来很大负担，如2 0 0 7 年5 月太湖蓝藻水华超出了当地水厂的处理能力从而引发了无锡市的 饮水危机。 1 1 1 富营养化及其发生机理 1 1 1 1 水体富营养化 富营养化是水体衰老的一种现象，它通常是指池塘、湖泊、水库、河流乃至海洋等封闭的或开放的水 体内的氮、磷等营养物质含量过多所引起的水质污染现象。由于水体中氮、磷等营养物质的富集，引起某 些特征性藻类( 淡水中主要是蓝藻) 及其它浮游生物的迅速繁殖，水体生产能力提高，系统发生变化，水 体溶解氧含量下降，造成鱼类等水生生物种群消退的水质恶化现象。图1 2 是2 0 0 7 年5 月太湖蓝藻暴发后 的照片1 1 埘 图1 22 0 0 7 年太湖蓝藻暴发 1 1 1 2 富营养化发生机理 富营养化过程是自养性生物( 浮游藻类、水生高等植物) 在水体中建立优势的过程。它包含着一系列 生物、化学和物理变化的过程，与水体地理特性、自然气候条件、水体理化性状、湖盆形态、底质特征、 污染特性以及水体周边人类的社会经济活动等众多因素有关。湖泊富营养化的实质是由于营养物质输入输 出的失衡，或者说生源要素的生物地球化学循环失衡而造成湖泊生态系统中物种分布的平衡被打破，导致 物种多样性减少，单一物种( 如藻类) 的无序增殖，从而进一步破坏了系统的能量流动和物质流动，致使 整个生态系统逐步走向消亡1 3 j 。 1 )营养物质氮、磷与水体富营养化 根据对藻类化学成分进行的分析研究，s t u m n 提出了藻类的“经验分子式”c 1 0 6 h 2 6 3 0 i l o n l 6 1 。同时， 利贝格最小值定律( l e i b i 西a wo f t h em i m m u m ) 指出：植物生长取决于外界提供给它的所需养料中数量最 少的一种。由此认为，磷是控制湖泊藻类生长的主要因素。此外，由于水体中有一些藻类具有固氮能力， 能够把大气中的氮转化为能被水生植物吸收和利用的硝酸盐形式，因而使得藻类能够获得充足的氮营养物 质4 羽。 2 1 湖泊热分层与水体富营养化 在温带气候地区的湖泊，特别是深水湖泊，水温受季节变化影响引起湖水分层和对流，使湖泊水体的 表层水在夏季光照充足，温度较高。若这时供给水体的营养物质充分、藻类光合作用便随之加强，生长旺 盛。同时，水体的底层往往处于缺氧状态，很容易加速底泥磷的释放，从而导致湖水磷浓度的增高。到了 秋季，内源性磷对流到了湖表层，提高了湖表层水中的磷浓度。为第二年藻类的大量繁殖提供了充足的营 养物质，使得湖泊继续保持富营养状态1 6 】 3 1水化学平衡与水体富营养化 湖泊水体中p h 、溶解氧和碳的平衡是维持湖泊生态系统良性循环的保障。大量污染物进入湖泊后造 成湖水p h 值上升，如长江中下游湖水p h 值已从过去6 8 8 3 之间上升为6 9 - 8 9 之间。p h 上升有利于水 华藻类的生长，而藻类大量繁殖又进一步提高湖水的p h 值，进而为水华藻类如微囊藻等的疯长提供了适 2 第一章绪论 宜的生长环境【_ 7 1 。根据湖水中光合作用产氧和污染物氧化降解的耗氧过程可知，水体溶解氧下降有利于蓝 藻的生长，而对其它藻类生长不利嗍。 4 1铁、钼等微量元素与水体富营养化 虽然氮、磷是限制藻类增长的两个主要元素，但许多研究证明：像铁、钼等微量元素也可以单独，或 是与氮或磷共同限制藻类的增长，尤其是在以蓝藻为主导的湖泊水体 9 1 。1 9 6 0 年，g o l d m a n 在c a l i f o r n i a 州l a k ec a s t l e 的整湖试验中首次发现钼在一年内的某些时段限制藻类的增长，从而开创了微量元素对藻类 增长限制影响的研究和应用。铁是藻类增长( 主要是在光合作用和固氮过程中) 必不可少的营养元素。有 研究表明：当铁浓度在0 1 1 0m g l 时，藻类群落开始从绿藻向蓝藻演替。 1 1 2 蓝藻水华成因与危害 1 1 2 1 蓝藻水华的成因 蓝藻，又称蓝细菌( c y a n o b a c t e r i a ) 或蓝绿藻，是一类进化历史悠久、全球存在广泛、革兰氏染色阴 性、无鞭毛、含叶绿素a ( 但不形成叶绿体) 、无性繁殖并能进行产氧性光合作用的大型原核微生物 1 0 - i i l 。 蓝藻水华的发生有明显的季节性、连续性，温度、光照、营养物质、气候条件等都有可能成为水华暴 发的制约因素。蓝藻能在较短的时间内形成大规模水华的原因还不是很清楚。一般认为水华暴发可归纳为 两个原因陋1 5 】： 1 )非生物学方面的原因：影响或控制蓝藻水华形成的外在的物理化学因素 虽然影响或控制水华暴发的理化因子很多，并且他们之间相互作用的关系非常复杂，但目前已知以下 理化因子在控制或决定哪一种藻类占优势中起到关键作用：如水体的面积和体积，水的滞留时间，水体的 垂直混合程度，光的衰减特性。由于多数蓝藻的生长相对较慢( 世代时间大于2 0 小时) ，故较长时间的物 理稳定态( 如稳定的气候和水文条件) 往往是水华种群发育的先决条件。除此之外，温度( 2 0 ) 和营 养物的供应以及n ：p 比也是重要的先决条件。 2 )生物学方面的原因：蓝藻本身在水华的形成和扩散过程中的生理生态策略 “ 固氮机制：形成水华的蓝藻，主要包括微囊藻( m i c r o c y s t i s ) 、鱼腥藻( a n a b a e n a ) 、束丝藻 ( a p h a n i z o m e n o n ) 和颤藻( o s c i l l a t o r i a ) ，它们特有的异形胞能够将大气氮固定为可利用的氮源，因此在 环境中外来氮源不足而水体磷充足时，它们比其它生物更具有竞争优势，容易周期性地大量生长形成水华。 浮力调节机制：水华蓝藻都具有一种调节细胞升浮的结构体一伪空胞( g a sv e s i c l e ) ，通过动态调节 伪空胞的气囊数，蓝藻细胞能够控制它的浮力。在高光强条件下，足够多的气囊破裂，浮力下降；低光强 条件下，气囊数增多，浮力增加，从而有利于快速光合作用。 o 二氧化碳浓缩机制：水华蓝藻具有高效吸收利用外源无机碳的功能。在低浓度的c 0 2 介质中，蓝藻 可以通过高效地主动吸收浓缩外源无机碳，在细胞内积累比介质高几百到几千倍地c o ：浓度，由此能够在 其所栖息的环境中最大限度地竞争利用有限的无机碳源，保持持续稳定的生长。蓝藻二氧化碳浓缩机制的 有效运转，还极大地抑制了细胞的光呼吸现象，有效地减低了不必要的生物量耗损。 低光补偿机制：蓝藻具有特殊的三套色素系统，除了叶绿素类色素系统和类胡萝卜色素系统外，蓝 藻还具有藻胆色素系统，能在弱光下更有效的捕获光能，使蓝藻在低光环境下也能很好的生长。蓝藻光合 作用的饱和光强比其它藻类低，种群在生长过程中还能产生光适应，从而使饱和光强进一步降低。蓝藻适 应低光环境的策略使之存储更多的光合作用的碳代谢产物，以驱动暗代谢反应，同时具有降低代谢率的功 能，这种能力有利于蓝藻在黑暗的湖底淤泥中长期存活。 o 奢侈消费机制：许多蓝藻都具有奢侈消费的特性，能储存多余的磷、氮等营养，一旦周围环境满足 不了其营养需求时，体内储存的营养仍能供给个体的增长和种群的繁殖，从而度过不良的环境。 蓝藻毒素：蓝藻产生营养效率低的毒素，减少了其被其它生物捕食的可能性；毒素对其它藻类和水 生植物产生它感作用，抑制其它藻类和水生植物的生长，从而使自己在种群竞争中处于有利地位。 休眠机制：水华蓝藻都有一套休眠机制，虽然表现的形式不一样，有的形成厚壁孢子，有的形成藻 殖段，有的只是简单的形成非专性结构的休眠体，但是都能在条件不利时利用这种休眠机制沉入底泥，以 度过难关；环境条件适宜时，这些休眠体就复苏，萌动，繁殖，上浮乃至形成水华 3 东南大学硕士学位论文 铁载体( s i d e r o p h o r e ) 铁载体是一种对三价铁离子具有超强螯合能力的有机化合物，能螯合铁并输 送到细胞内部。许多蓝藻，如鱼腥藻( a n a b a e n a ) 、微囊藻( m i c r o c y s t i s ) 等，在缺铁的环境中会向外界分 泌铁载体来获得铁源以便能维持正常的代谢活动。 1 1 2 2 蓝藻水华的危害 1 )蓝藻水华对水体生态系统的破坏 水体是一种生物与环境、生物与生物之间相互依存和相互制约的复杂生态系统。系统中的物质循环、 能量流动，是处于稳定和动态平衡状态的。当富营养化发生时，这种平衡遭到干扰和破坏。富足的营养使 藻类过度繁殖，死亡后藻类有机体被异养微生物分解，消耗了水中的大量溶解氧，使水中溶解的氧含量急 剧下降。同时，由于水面被藻类覆盖，影响大气的复氧作用，使水中缺氧，甚至造成厌氧状态。此外，水 体中藻类大量繁殖，也会阻塞鱼鳃和贝类的进出水孔，使之不能进行呼吸而死亡，严重影响了水生生物的 生存，破坏了原有的生态平衡，最终导致整个水体生态系统的崩测1 7 】 2 )蓝藻水华对水产养殖业的损害 藻类水华发生时，主要通过以下几种方式危害水生生物：藻类生物分泌粘液或死亡分解后产生粘液，