围隔中水华控制实验.pdf

第 卷第 期 年 月 环境科学学报 全 重 研究简报 弓 嘴 围隔中水华控制实验 尹澄清兰智文 金维根 中 国科学 院生态环境研究 中心 北京 关键词 围隔 水 华 除藻剂 徽囊藻 一 前 口 目前我国很多湖泊和水库处 于富营养化状态 其显著表现 之一是微囊藻 在湖泊生态系统中恶性 生长 形成水华 使水体群落结构恶化 湖泊水产品产量降低 糊泊丧失旅游价值 尤其严重的 是影响了自来水厂的正常运行 许多学者对控制微囊藻的生长进行过研究 其中最主 要的方 法是减少营养元素 主要 是磷 氮进人湖泊的控制 对流域的点污染源和面污染源进行控制 这种方法耗资大 就 我国的经济承受能力而言 短期内还很难全面实行 生物控制方法有弓 人 微囊藻致 病微 生物或引人捕食微囊藻的浮游动物和鱼类 但目前仅处在实验室阶段 在以供水为主要 功能的水体 中 用化学方法控制微囊藻生长是使用 比较广泛的方法 近年来 人们虽然 试验了一万余种有机化合物的杀藻作用 但最常用 的化学除藻剂仍是硫酸铜 这些除 藻剂对其它生物有一定毒性 并可能在湖泊中积 累 目前尚未见报道将除藻剂与 增 效剂 复配使用 使其既 可控制藻类 又能减少除藻剂用量 的实验 本文将报道用化学法控制藻 类生长的实验研究 一 实验方法 本实验在华东某湖泊现场进行 实验总水深约 湖底为泥质 周围无河流影 响 实验模拟天然水生物理环境 在若干个高分子薄膜围隔中进行 围隔袋安装在直径 钢筋焊成的铁架上 靠 个 每个浮力约为 聚苯乙烯正方体抱沫塑料 浮在水 面 围隔袋由三层构成 外层用 聚氯乙烯线织成的网袋 中层是尼龙布缝制的圆 柱形袋 里面是用尼龙 卜 厚 一聚乙 烯 叩 厚 复合膜热焊制成的不漏水的柱形袋 在靠近隔 围的底部 从上面 吊着一个直径为 的底泥盆 每个围隔被三块大石头固定 在湖中 围隔之间至 少有 间隔 围隔 在实验点原地装湖水 为了防止被风浪打破 在 容量为 的围 隔中只装人 湖水 化学控制实验在五个围隔进行五个处理 在围隔水体中加硫酸铜 使总铜浓度分 加硫酸铜与氯化铁 使总铜浓度为 总铁浓度为 以 在 围隔 中加氯化铁和硫酸铝 使铁总浓度为 垃即 总铝浓度为 八 加氛化 铁 使总 铁浓度为 控制对照 习 环境科学学报 卷 实验时间为 年 月 日至 月 日 每三天采集水样一次 第一次拍欢七理之前进行 采样位置为水面下 处 采样同时 侧定水温 值 透明度 采样后立即处理分析并用显微镜对浮游生物种群进行 观察和 计数 水样用 五 滤膜过滤后 用过硫酸钾法进行消化处理 然后 用氯化 亚锡法测定磷的含量 藻类生物量用 叶绿素 表 示 本文所提及的量 除特别说明者外 其余均按标准方法分析 二 结果 湖中围 隔实验生态系统可 以容纳较多的 湖水 水的化学组分和其它 环境因 素可 以进行人 为调节 在阳光 温度 水的 上下 流动及生 物群落组成 等方面都可以较好地 模拟天然环境 本实验测定了 围 隔和天然 湖水中的 值 溶解氧 透明度 及藻类 的 种群 组成 发现对照 围 隔与周围湖水没有显著差别 化学法控制藻类的四个处理与对照 的差异非常显著 图 表明了围隔中叶 绿素 的 含量差别 在对照 围隔中 叶绿素含量有所增高 显微镜检查表明 以上的藻类是微 囊藻 说明微囊藻可以在人工控制的条件下以绝对优势种生长繁殖 在处 处理工 处理 处理 处理 处理 流 耐 守 一汉 一 喇 如 月 爷 醛 吉 粉 咬 一 亡 一 么 一 一 器事职 图 化学迫侧圈陌实验中叶绿素 的含 变化过程 五 坦 理 中 硫酸铜控制藻类生 长 效果明显 在处理 中 硫酸铜 是作 为杀藻剂 氯化铁是作为 增效剂投加的 虽然硫酸铜的 浓度只有处理 的二分之一 但叶绿素 的降低程度与处理 对比几乎没有差别 除在加硫 酸铜的两个处理中 叶绿素 大 幅度降低外 加硫酸铝和 氯化 铁及单独加氯化铁的处理中的 叶绿素 亦降低 在显微镜下可观察到 处 理 的水里还有较多的微囊藻 群落 但其绿色大部分已经退 去 说明在 的硫酸铜溶 液中 微囊藻基本上已经失去 活性 在处理 的水里 微囊藻 群落较 少 其绿色绝大部分已 经退去 并且在群落中嵌着较 多矿物小颗粒 在处理 和处 理 中 微囊藻群落在水中个数较少 最初 天仍然保持绿色 群落中嵌着较多矿物小颖拉 天后 嵌着矿物颖拉的微囊藻群落开始退色 对照围隔中微囊藻仍保持原来的形表 期 尹澄清等 围隔中水华控制实验 三 讨论 硫酸铜可作为除藻剂早已有报道 本实验结果进一步证明了氯化铁与 硫酸铜的 复配 能提高硫酸铜的杀藻效果 这可能是由于硫酸铜的水化学原理和该湖特定的环 境因素造 成的 铜盐在水环境中可 以 形成多 种化 艺 尔他名喇镇 组箱 染 合物 由于自然 水体多为重碳酸 盐体 系 且含有一些天然有机化合物 故这 些物质可以与铜离子形成不溶于水的 络合物 从而降低了真正具有杀藻作 用的铜离子浓度 在低碳酸 盐浓度时 铜离子沉淀为 在高碳酸盐 浓度时 沉淀为 或 这些沉淀物和络合物 形成的量主 要受水体中 值的影响 图 表明了铜盐在不 同 值条件下 的存在状态圈 在本实验期间 实验湖区 湖水的 值为 一 铜离子大部分以 不溶于水的状态存在 从而降 低了铜 离子 的杀藻效果 若要达到杀藻的目 的 必须加大浓度 结果导致铜在湖泊 图 图天然水中价铜受 值的影响 今 令 汀 环境中积 累且增加处理的费用 氯化铁和硫酸铝都是可以水解的化合物 水 解的结果形 成铁和铝的多聚物和氢氧化物 放出氢离子 降低水的 值 本实验测定了湖水的碱度 根据湖水原来的 值和计算出的碳酸根离子重碳酸根离子浓度 选用了约 铝盐 铁盐 以使湖水 值保持在 左右 从图 可知 当 值为 时 占总铜含量 的 而 值为8 5时仅 为 5 由于杀藻的有效成分是Cu Z 十 故铁盐 铝盐与硫酸铜 混用时能大大提高其控制效果 实验湖水浊度非常大 常年平均透明度仅为 1s cm 本 实验测得其固体悬浮物为4 0一 1 omg L 其中绝大部分是无机矿物颗拉 湖水中含有较多的胶体物质 胶粒带负电 乙 电位一般为1 8一2 5m V 加入铁盐 铝盐后能增加除藻效果的 另一原因 是其水解产物降低 了胶 粒乙电位 在絮凝过程中 这些矿物颗粒嵌人微囊藻群 落 使原来靠空泡增加浮力 飘在水面的微囊藻比重增 加 沉入水底而逐渐死亡 化学法控制实验中围隔水体透明度 变化 图 3 显示了加人铁盐 铝盐后固体悬浮胶粒 自身絮凝沉降和矿物固体颗粒与微衰 藻群体结合下沉的复合效果 铁盐 铝盐作为除藻剂的增效荆的另一原因是其可以与水中磷酸根离子 形成不溶于 水的磷酸铁 磷酸铝 从 而降低藻类的营养元素磷在水中的浓度 本实验围隔1中溶解态 环境科 学 学报 9卷 处理i 6 扮 理2 处理3 口 处理4 0 处理5 口 产 产 介 丫 济1 J叮 l 旅 J l游 旧 一 洽 I 一 一 一 一一六 口一 一 一一一 一 1 l飞 l 一 1 1 l 哦 己 八 八 二二 泛泛 一二仁 厂2 3洲 亡 1 j l 化学控制围隔水体中透明度变化过程 3Changesinwatertranspareneyin enefosurestreated w ithehem ieals 厂 吕 总磷浓度与围隔5中浓度基 本相同 而围隔 2 3 4 中 溶解态总磷的 浓度大为降低 表1 可见铁盐 铝 盐降 低水中磷即溶解度的作用是 显著的 本实验在水泥池 0 1 2 5 m 3 容积 重 复了 湖内围 隔实 验 最初的结果与湖内围 隔 相似 铁盐 铝盐的 混合施甩 0 27m m ol L 使铜浓度在 0 5 m g L 时就有明显效果 使水池中叶绿素 a 的含量降 到对照水池的3 4 而仅有 铜 smg L的水池中叶绿素 a 的 含量降到对 照的8 8 严重吸附及天气变冷等原因 使实验几天后中止 州图 F i 表1化学处理围隔中溶解态磷浓度 Table1SolubleP eoneentration in enelosurestreatedw ith ehem ieals 溶解态磷 扭 g L 占对照比例 5 对 照 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 3 3 3 0 0 0 011 1 1 注 溶解态磷浓度子处理1 2天 后 测定 为两次重复的平均值 铁盐 铝盐 可以作 为 硫 酸铜除藻的增效剂 铁盐 铝盐 经 絮凝后的水溶液 基 本 上是无毒的 硫酸铜的水溶液对人类饮用有一定毒性 由于我国饮用水标准规定的铜浓 度不超过1 Om g L 因此 在控制局部地区 的水华时 还必 须合理施用除藻剂和增效剂 使之经过与其它湖区 的水混合而不影响饮用水的质量 期 尹澄清等 围隔中水华控制实验 99 d 四 结论 1 湖中围隔 生态系统不仅较好地模 拟 了湖泊天然 环境 还可以人 为调试水的 化学成 分和其它环境因素 为微囊藻的培养和 控制 等研究奠定了良好的基础 2 硫 酸铜 可以控 制藻类 生长 用适量的氯化铁和硫酸铝作为硫酸铜的增 效剂 可 以提 高除藻效果 降低硫 酸铜的用量 3 铁盐 铝盐作为硫酸铜的增效剂 的 原理为 l 降低体系 的pH值 减少铜化 合 物的 沉淀 增加C砂 十 的浓度与活 性 2 降低湖水中胶体的乙电位 使矿物颗 粒与微囊 藻结 合 比重增加 沉降到底层而逐渐死亡 3 与水中溶解态 正磷酸盐结合生成不溶性的 磷酸铝 或铁 减少营养盐磷的浓度 本工作得到刘文娥 饵素萍 沈冬青 吴宪成等同志的帮助 谨志谢意 参考文献 i R ama n RK J A meriea n W ater W orks A ssooiation l gas 77 s 4 1 2 P rows BL e t al DeveloP men tofa oeleetive algioide to o n t r o l n u is a n o e a lg a g r o w比 U SE P A w as 五ingtonD C 19 74 忿 E binaJ etal wat er R es 1 955 17 2 72 2 4 A P H A etal Stan dard m吐hodsforthe exam in ation of w aler and w astewater 16t五ed 1955 6 SylvaRN W ator Res 1976 20 789 1988年1月6日收到 A L G A LB L O O MC O N T R O LS T U D Y NE N C L O S U R E E XPE R ME N TA LE C O S Y S T E MS Y1nC heng qing L an Zh iw en J i n W e i g e n R e e a re h C e o te r f o r E c o 一 E ov 犷ro n二e otal S C e o e e A ea d e m a s云 n1 c a B e fjf n 夕 A B S T R A C T Ch e m ie al m etho d s fo r 右croe少 t 5 b lo om eo ntro lw e re in v e stig atedu sing e n elo su r e so f 2 8m 3 in a ne utrop hielak e T h er e s ultssho w ed thatC u S O 15 a g oo d a lgi e i d ee s p e e ia l ly w h e n i tw or k s tog e th e r withF e Cl sa n d AI 50 一 5 Alg a lb i o m as s in th ee ne lo s uz es t rea