湖库蓝藻水华防治及应急处置技术的新进展

湖库蓝藻水华防治及应急处置技术的新进展边归国【摘要】根据国内外近来有关蓝藻水华防治及应急处置的研究报道，从湖库外源污染控制、湖库内源污染控制和应急处置水华等方面进行评述.【期刊名称】《能源与环境》【年(卷)，期】2011(000)001【总页数】4页(P8-11)【关键词】蓝藻水华;防治;应急处置;新进展【作者】边归国【作者单位】福建省环保厅福建福州,350003【正文语种】中文【中图分类】X524我国目前66%以上的湖泊、水库处于富营养化的状态，其中重富营养和超富营养的占22%。近年来，全国各地湖库等富营养化湖泊相继出现大面积的蓝藻水华暴发，以产毒的微囊藻水华最为常见，造成严重环境污染、健康危害和经济损失。因此，加强蓝藻水华防治是当前迫切需要应对的重要的任务。本文根据近年来国内外蓝藻水华防治的研究报道，从湖库外源污染控制、湖库内源污染控制和应急处置水华等技术层面，评述蓝藻水华防治及应急处置技术的新进展。夕卜源污染控制主要是点源污染和非点源污染的控制。夕卜源污染主要是外来的营养物质进入水体，从而使藻类得到足够的营养而变成水华。因此需要密切监控城市生活污水和农业地表径流，前者是点源污染，而后者是非点源污染。严格控制含N、P等工业污染物的排放量，合理施用化肥、农药。妥善处理养殖场畜禽粪便，减少农业面源对湖库的冲击，有效控制生活和其它污染物质的排放。只有坚持预防优先于治理的原则，防污治污工作才会达到标本兼治的目的。通过建立植被过滤带和生态缓冲区可以阻止农业面源污染，减少湖库周边污水及N、P入库量。采取溪沟整治和营造林草等措施，减少水土流失。刘军等在原有混凝土衬砌护岸基础上，通过金属网格将生态多孔介质固定于河道两岸，其上种植沉水植物、挺水植物等，在河岸形成由植物、微型动物、微生物和鱼类等组成的复杂水生生态系统。多孔介质具有优异的吸氮聚磷功能，能将水体中的N、P等富集于植物根区供其吸收。由于其具有良好的促生功能，可促进微生物的附着和生长，提高对污染物的降解能力。而且多孔介质能不间断渗出植物生长所需的微量元素，促进植物生长。在湖库沿水流的缓冲阶地建立人工湿地，发挥人工湿地的缓冲作用。水生植物一方面可以吸收水中的氮、磷等营养物质，还可以释放出能够抑制藻类生长的化感物质。孙游云等用裹泥插入法、播种法、绳栽法、空心砖悬吊法和袋栽等水生植物栽培技术种植伊乐藻、移植蕹菜、苦草、黄花莺尾、菖蒲、菹草等以沉水为主的暖、寒季自然交替的植物群落，其中蕹菜生长极为迅速，伊乐藻占实验区80%，使小城市河道的水生态系统从藻型浊水状态，修复到以沉水植物为主的草型清水状态。用水芹菜、狐尾藻和黑麦草对滇池入河道污水进行沉积物、植物及水体N、P净化实验。种植3种植物的沉积相对P的富集率分别为187.2%、144.6%和130%（对照样为31.2%），对N的富集率分别为64.7%、19.12%和5.88%。植物相中狐尾藻对N、P的富集率分别为4.15%和9.6%，水芹菜的富集率分别为0.5%和3.8%,黑麦草则为负值。水相中黑麦草对N、P的富集率分别为95.11%和88.17%（对照样为11.67%和14.83%），狐尾藻富集率分别为71.42%、79.58%，水芹菜的富集率分别为83.08%、73.09%。在35d的实验周期中，叶绿素a浓度下降了76.79%~80.58%。四湖湿地6种水生植物进行野外原位的实验表明，对磷素吸收总量和利用有效性按大小顺序排列为：香蒲〉（芦苇、芦竹、水葱）〉茭草〉喜旱莲子草。香蒲的净化效率高是因为其根系生物量大，吸收并在体内储存了较多的磷素磷素，实现了较高的磷素转移率。而芦竹的根际酸化加速了根际土壤磷素向土壤溶液的释放，促进了根系对磷素的吸收。刘军等［1］采用草坪和菖蒲构成的自流式复合生态滤床并配以光催化杀藻和河道生态护岸对水体中NH3-N的去除率〉60%,TP的去除率〉55%,COD的去除率＞50%。生态滤床的处理水量为2000m3/d,绿素a由15pg/L降至10pg/L以下。内源污染治理目的是杀灭藻类和消除水华，主要治理措施有底泥疏浚、合理引排水、生物技术等方法。库底泥疏浚是最彻底的去除内源营养物质的方法。在瑞典的Trummen湖，清除表层1m厚的底泥后，水深增加1.1~1.7m，总磷浓度迅速下降，且这种状态维持了18a。美国马萨诸塞州的NewBedfold港，疏浚有效地消除了沉积物中多环芳烃（PAHs）和重金属释放。我国也在多处湖泊开展了底泥疏浚工程，如太湖、杭州西湖、滇池、安徽巢湖、南京玄武湖、长春南湖、南昌八一湖、广州东山湖和麓湖等，在一定程度上缓解水质污染状况。但底泥疏浚工程浩大，费用高。国外的研究表明，对于底泥污染严重的湖泊，底泥疏浚能引起沉积物的再悬浮和扩散，导致沉积物中重金属离子及氮、磷营养盐向水体释放，使水体环境质量面临二次污染的风险。水文情势对藻类生物量程有重要的影响，可通过改变水库水文条件防治水华。生态调水是通过缩短水体水力停留时间，增大水体冲刷率及稀释营养盐浓度，达到防治水体发生水华的富营养化防治手段。因此，水库径流量越低，其出现水华的概率越高。富春江水库日均径流量达600m3/s之后，就能很好地抑制水库中藻类的大规模生长和达到造成水华死亡的目的；换水周期＜3d，可抑制藻类生长。水库深层和表层排水的合理调度已成为改善水质的特有办法。在夏季水库形成水温分层，底层排水可大量放走水底层的营养盐，水华期间表层放水可直接放走水华藻类，达到功能水体的要求。生物技术方法不会产生二次污染，又可降低水体富营养化、防治和控制水华的成本。种植水生植物。选择和当地水体和观赏相适应的水生植物，包括沉水植物、挺水植物、浮水植物和观赏性植物，如香蒲、芦苇、芦竹、水葱、茭草、喜旱莲子草、水芹菜、狐尾藻、黑麦草、伊乐藻、蕹菜、苦草、黄花莺尾、菖蒲、菹草等。水生植物的作用是综合性的，也是其它手段不可替代的。投加食藻水生生物。放养鱼虾要注意食草性、食杂性、食肉性之间的搭配，放养数量要与水体面积相适应，还要控制鱼虾的生长繁殖。蚌主要以浮游植物为食，从水中过滤获取浮游植物和悬浮物能力较强，通过人工养殖蚌可实现对水体浮游植物的控制。食藻虫是一种低等咸淡水甲壳浮游动物，身长仅5mm,生存周期为45d，既可吞食蓝绿藻，还可转化蓝藻毒素。梁晓霞等［2］研究表明，白鲢鱼平均体重约200g/条，在养殖密度为64.35g/m3时可有效地降低水体中的营养盐负荷(总磷)和有机物质(化学需氧量)，在—定程度上改善了水质，可抑制水体中浮游藻类的生物量。当养殖密度为150.95g/m3时，对颤藻有一定的抑制作用。在蠡湖围网内暂养的鲢鳙鱼肠道的食物团进行了显微镜检查，鲢鳙鱼主要摄食的藻类包括蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻和隐藻，说明鲢鳙鱼对于微囊藻和颤藻的治理有一定的作用。在于桥水库中放养1龄平均尾重252g、平均体长23.4cm的鲢鱼，平均尾重239.9g、平均体长23.8cm的鳙鱼，密度为10g/m3即可遏制蓝藻水华的发生。由于不同水体在光照、水温、营养水平以及蓝藻种类组成和生理状况等方面存在差异，因此每个水体都需拟定能有效控制蓝藻水华的鲢鱼、鳙鱼生物量的临界阈值。罗非鱼和鲢鱼对蓝藻的摄食机制不同。鲢鱼通过其间距为20-25pm的鳃耙滤食藻类，能滤食的藻类一般大于30pm;而罗非鱼却是靠鳃分泌粘液包裹浮游生物细胞形成富含浮游生物食物团而摄取，能利用直径小于5pm的微型浮游植物。按80g/m3投放罗非鱼5d后，蓝藻颗粒浓度降到较低水平(4.0x105/mL)并维持基本不变，蓝藻生物量较空白对照组降低了60%。罗非鱼抑制消除蓝藻的效果优于鲢鱼，在平均规格为每尾30~50g，体长6~10cm，密度12.0kg/m3放养1d后，蓝藻密度下降96.9%,4d后水体中基本无蓝藻出现［3］。治理蓝藻，要有目的地分几个阶段进行。第1阶段：物理-化学法(在蓝藻疯长后治理水体的必然选择)；第2阶段：生物抑藻；第3阶段：生态治藻，前2个阶段可以用作应急处理，第3个阶段为长效治理。物理防治包括换水通过引水、换水、过滤、吸附、曝气和机械除藻等。机械捞取法。机械除藻一般包括固顶式抽藻、移动式抽藻、流动式除藻及人工围捕、打捞等机械清除物理措施。在蓝藻水华大量发生时采用机械方法清除湖面水华并加以综合利用，可以防止恶性增殖和二次污染。702所牵头研制的〃吸取型”、“分离型”、“综合型”3种打捞样船，集打捞、藻水分离、浓缩干化等技术为一体。大规模打捞蓝藻可大幅度减少水体中的N、P等营养盐，据研究测试，太湖蓝藻(干物质)含N、P率分别为6.7%、0.68%，打捞出的藻含干物质率平均以0.55%计，则2007-2008年打捞蓝藻干物质为3883t,分别折合去除N、P为260.1t、26.4t。曝气气浮法。通过〃扬水筒”技术，打破水体的温跃层，使表层的藻类进人底层后由于光照和温度受限制而无法扩增，也可以使表层的水温降低，不利于藻类快速扩增。该方法投入和维护运营费用比较高，但可能是最有效的控制技术。翁建中等研制的〃加压上浮法”是将蓝藻爆发水域进行围隔，向围隔水体加充空气，使空气在水体中形成微气泡，再与藻类等悬浮的颗粒黏附在一起，达到使颗粒上浮到水面，从而去除藻类水华及浮游杂物的目的。主要由加压泵、供气系统、气液混合器和储水罐组成。（3）机械压力除藻。利用压力破坏蓝藻细胞内存在气囊即伪空泡，使得蓝藻失去浮力，该除藻机械主要由压力室、吸藻口、出水口、浮体装置以及机架构成。当压力大于0.4MPa时，藻类可迅速沉淀。试验表明，处理机工作1h后水体中的叶绿素、浊度、含氧量等分别降低了45%、61%、50%。余松敏等［4］研制的喷射撞击式蓝藻处理装置，每h处理能力为80m3，每d可处理25600m2。首先使蓝藻的气囊在压力管路内破裂，但藻细胞内层细胞壁（原核）不破裂，以防藻毒素溶解在水中。当压力为0.5MPa时，蓝藻去除率达86%-90%。在船的甲板上安装吸砂泵抽取库底温度较低并含有泥砂等小颗粒的混浊水，再撒向水面，增大水体混浊度。通过库水上下交流，降低表面水的温度，使细小泥砂颗粒吸附在蓝藻上，产生沉淀。由于水体混浊，缺乏光合作用，遏制了蓝藻暴发。在水库中投放硫酸铜、活性剂、高锰酸钾、聚合氯化铝、硫酸亚铁等化学药剂，短期内可使水库中藻类得到有效控制。一旦这些药剂的浓度减低、反应作用弱化后，又会迅速生长。化学药剂的长期性使用，易引起积累，造成二次污染，要谨慎应用。（1）絮凝剂。华南某水库发生卷曲鱼腥藻水华，浮游植物、蓝藻、卷曲鱼腥藻的细胞密度分别高达7.3x107、7.2x107、4.1x107cells/L。肖利娟等［5］用小孔径的网和防水膜对供水口进行区域分隔，同时在水面喷射以铁盐为核心的HA1絮凝剂。根据絮凝剂的特点和水流量及流速，每4h1次，控制投放剂量25~50mg/L。处理第1d，浮游植物、蓝藻、卷曲鱼腥藻的去除率分别达到93%、94%和95%。不同藻类门的处理效果不同，蓝藻的数量大幅度下降，绿藻、硅藻的种类和数量略有增加。刘丽娟等［6］采用聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铝铁（PAFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合硫酸铝（PAS）和硫酸铝（AS）5种混凝剂进行强化混凝除藻、除浊试验研究。当各药剂投量较低（2mg/L）时，PAC和PAFC的除藻率可分别达到82.07%、69.92%，而PFS、PAS和AS的除藻率依次为38.45%、14.34%和10.16%。PAC的最佳投量为5mg/L。薛罡等［7］采用微絮凝/直径为10-15pm涤纶高弹丝纤维球过滤处理含藻水。结果表明，对于藻类总数为(6.8x106~8x106)个/L的高藻水，在PAC投加量为15mg/L、滤速为15m/h的条件下，工作周期为9h，除藻率最高可达90%以上。张发宇等［8］使用由粉煤灰经过改性的絮凝剂与超纯磁铁矿粉充分混合。前后开口的浮船以一定流速在湖面上行驶，水体进入特殊隔板絮凝池，进行碰撞絮凝进入磁盘吸附区。絮体绝大部分被吸附到磁盘上而被刮到磁粉分离室，进行磁粉与絮体的分离。岸基初试实验中，柴油泵抽水进入1/8槽道，在搅拌区域加入特制磁性絮凝剂，搅拌混合后，经过特殊隔板作用，带有磁性的絮体进入磁盘吸附区被吸附出水体。(2)除藻剂。李静会等［9］选用主要化学成分为醋酸的除藻剂。利用拖船和高压喷枪对试验区水面均匀喷洒4d，平均用量26.87g/m2。治理后，实验区藻类总量下降82.8%,SD平均提高2.85cm,TN平均下降达59.0%,TP下降39.7%,CODMn下降42.0%,Chla下降85.0%，表层水pH值下降到5.5。周律等［10］在铜绿微囊藻藻密度为1.3x|08cell/L时，投加1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L的三乙醇胺络合铜，加药后第Id，藻细胞数目接近为0，最大除藻率为100%,且不反弹。对青鳍鱼的急性毒性试验，24hLC50=8.5mg/L,48hLC50=5.7mg/L,96hLC50=3.9mg/L。投加微生物菌剂主要作用一是激活原水体和底泥中的土著微生物。放线菌是许多天然生物活性物质的重要来源，同时也是种优势微生物类群。梁铜文等从发生水华水塘的土样中筛选到一株属于弗氏链霉菌类的溶藻放线菌L74,该菌不仅对铜绿微囊藻具有良好的溶解效果，而且对蓝藻鱼腥藻、颤藻、水华束丝藻也有很好的去除率。对铜绿微囊藻的去除作用依赖于菌体初始浓度，当加入藻液中菌体浓度＞1x104个/mL时，在第6d对铜绿微囊藻的去除率为82.6%。卢兰兰等从滇池蓝藻水华集聚区分离一株溶藻细菌DC-L14，该菌能使铜锈微囊藻905聚集成团，作用4d,使惠氏微囊藻107、绿色微囊藻102、水华束丝藻和水华鱼腥藻的叶绿素a下降率平均达67.2%，使铜锈微囊藻905的叶绿素a含量下降82.1%。杨丽丽等在某富营养化池塘筛选出的一株属于蜡状芽孢杆菌的溶藻细菌L7能溶解破坏水华鱼腥藻细胞的细胞壁，使其细胞基质外泄、细胞质空化、类囊体等结构消失、核物质四散，最终细胞收缩变形，甚至死亡。范荣亮等培养具有消除蓝藻能力的菌剂I、H、B,H的处理效果较好。菌剂H中主要有光合菌、乳酸菌、白腐菌、芽孢杆菌、腐植酸、硝化菌、太湖和巢湖底泥水浸提取物等，在22CpH值为6~8条件下混合培养14d。3组菌剂对叶绿素a的去除率均在95%以上。在围隔水体中投加筛选和培养土著有效微生物菌群（EM菌）可以使蓝藻生物量降低70%以上，还可快速降低水体中的氮和磷浓度，明显控制了蓝藻水华的形成。Pan等［11］在日本琦玉县不老川投加EM菌后，COD从12mg/L下降到3.8mg/L,TN从7.5mg/L下降到0.7mg/L,TP从0.62mg/L下降到0.21mg/L。张哲海在湖面喷洒106.0g/m2的改性粘土，微囊藻数量平均下降98.8%，蓝藻比例由94.8%降至11.3%。Zou［13］和Pan研究壳聚糖改性海泡石和改性底泥原位去除太湖野外微囊藻水华的最佳投加量同样为11mg/mL,张木兰等研究的改性沉积物对巢湖蓝藻水华去除所用的量为43mg/L。田娟等采用壳聚糖和聚合氯化铝改性高岭土去除以铜绿微囊藻为优势种的水华蓝藻，改性剂与粘土在溶液中的含量按1:10的比例配制，壳聚糖改性高岭土最佳投加量为38mg/L，最适pH为5~8。聚合氯化铝改性高岭土最佳投加量为93mg/L,最适pH为5~9。虢清伟等认为，添加体200目凹凸棒石能大大提高PAC对浊度和叶绿素a的去除率，可明显增加絮体的密度和沉降性能，抑制絮体中藻类的上浮。当PAC投量为40mg/L、凹凸棒石投量为0.08%时，PAC与凹凸棒石联用对浊度和叶绿素a的去除率较单用PAC时分别提高了14.5%和14.0%，形成的絮体沉降体积仅为单用PAC时的1/2。水生植物对藻类生长的抑制作用主要有：水生植物与藻类之间对矿物质营养的竞争;水生植物对藻类的遮光作用；水生植物释放的物质对藻类生长产生的化感作用；水生植物根际微生物的作用等。浦寅芳等［13］研究了菹草、狐尾藻和金鱼藻等3种沉水植物及其新鲜组织的水浸出液、干粉末的蒸馏水和甲醇萃取物对取自太湖的水华藻类生长的影响。在共生条件下，3种植物明显抑制了水华藻类的生长。当菹草、狐尾藻和金鱼藻的浓度分别为80、80和160g/L,其新鲜组织的水浸出液在第12d时，对水华藻类的生长抑制率分别为86.5%、77.4%和79.6%。3种植物干粉末浓度达到20g/L的蒸馏水萃取物，第l2d时对水华藻类的抑制率超过50%。3种植物干粉末质量浓度达到1.92g/L的甲醇萃取物第12d时其对水华藻类的生长抑制率均超过80%。Nakai［14］等从穗状狐尾藻中成功分离出水溶性的多酚和脂肪酸，并证实以上物质对铜绿微囊藻具有强抑制作用。国外的研究表明，抑藻时间可以通过持续补加大麦杆来延长，而投加量也会影响它的抑藻效果，研究实验都使用了25g/m3或以上的用量。张薛等利用桔皮水提液中含有某种或某些物质抑制铜绿微囊藻的生长，投加质量浓度大于1.0g/L时，培养10d后，对铜绿微囊藻生长的抑制率均在90%上，且抑制效果随水提液投加质量浓度的升高而增大。当超声参数组合为频率20kHz、功率40W、辐射时间15s时，具有较好的除藻效果。在载有超声除藻装置的实验船在400m2实验区作用1h后，水表层的藻细胞由107个/mL降低到105个/mL。去藻时应尽可能使用v400kHz高频超声波。如必须采用高频超声除藻时，则应选择较高的功率，且适当延长反应时间以控制藻毒素的浓度，200、400、600、800kHz的频率对应的最佳功率分别为33、50、100、100W。TiO2在紫外线的照射下，可产生触媒作用。运用粉末状TiO2作为光触媒，在100mg/L的浓度下，对蓝藻的铜绿微囊藻原变种、鱼腥藻和绿藻的空星藻有明显的抑制增殖的效果［15］。治理蓝藻，要分阶段进行，应急手段只是暴发时的权宜之计，根本是找到其根源加以整治。要长期地恢复水体生态环境，就需要控制污染源，减少入湖外源性营养负荷，加强对湖泊内源营养负荷的控制。已暴发的蓝藻水华，首先应采取引水、换水、过滤、吸附、曝气和机械除藻等物理方法，辅以投放食藻水生生物、抑藻微生物和种植具有化感作用的水生植物等措施。对于物理和生物方法仍难以控制的蓝藻水华，应尽可能地采用黏土、改性黏土等原位修复技术，适量投放对饮水和生态影响较小的絮凝剂和氧化剂，以确保环境安全。【相关文献】1刘军，谢丹平，刘思明.自流式复合生态滤床用于城市河道水质净化研究.中国给水排水，2009,25(5)2梁晓霞，严花，韩强.白鲢鱼对水体浮游藻类多样性及水质的影响研究.山西大学学报(自然科学版)，2008,31(S2)3林海，周刚，张彤睛.室内水生动物对蓝藻生长的抑制效果.江苏农业学报，2009,25(3)4余松敏，井芹宁，蔡耀宗.喷射撞击式蓝藻处理装置的原理及其应用.污染防治技术，2009,22(4)5肖利娟，韩博平，林秋奇.HA1絮凝剂在供水水库水华应急处理中的应用研究.环境科学，2007,28(10)6刘丽娟，汪琳，李明玉.不同混凝剂强化除藻、除浊的研究.中国给水排水，2010,26(5)7薛罡，马钟瑛，孟幼平.微絮/涤