水華藍(lán)藻物理控制方法研究進(jìn)展

田靜思 都 凱 王金恒 田 雪

（常州天衍環(huán)境科技有限公司 江蘇常州 213000）

引言

近年來(lái)，全球水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越來(lái)越嚴(yán)重，富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致浮游植物爆發(fā)性生長(zhǎng)形成藻類水華，并伴有若干負(fù)面環(huán)境影響，如污染水體、藻毒素釋放給動(dòng)物甚至人類帶來(lái)危害等。此外，水華藻類可以降低水體透明度，并大量消耗水體溶解氧，導(dǎo)致水生動(dòng)物和植物窒息死亡，從而導(dǎo)致生物多樣性的降低。因此，水華防治已成為水環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要課題。目前，常用的控制水華藍(lán)藻方法有物理方法、化學(xué)方法以及生物方法等，其中，物理方法作為一種相對(duì)安全的除藻方式受到了人們的高度重視。本文將著重對(duì)當(dāng)前各種物理除藻方法進(jìn)行綜述，以分析物理除藻方式的優(yōu)劣和適用性。

1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

物理方法是利用物理工程措施，控制水華藻類污染的一種技術(shù)方法，主要有超聲波除藻、打撈除藻、稀釋沖刷、絮凝沉降等一系列措施[1]。

1.1 超聲波除藻

超聲波除藻是目前除藻技術(shù)的重要研究方向，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)超聲波除藻抑技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定成果。張光明等[2]研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻細(xì)胞在超聲輻射后的藻濃度的下降速度符合一階反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)提高超聲波的頻率會(huì)加快銅綠微囊藻液濃度的下降速度，并且微囊藻會(huì)在水體中釋放更多的藻毒素。湯嬌雯等[3]則分析了超聲在頻率高的環(huán)境下，會(huì)對(duì)生長(zhǎng)期藍(lán)藻密度產(chǎn)生較大影響，結(jié)果表明，藍(lán)藻生長(zhǎng)與超聲頻率成反比，與超聲實(shí)施前相比，藍(lán)藻藻液的濃度下降之前的38.9%；增加超聲實(shí)施時(shí)間后，超聲并沒有加劇藻密度的下降，超聲實(shí)施一定時(shí)間后對(duì)藍(lán)藻生長(zhǎng)的抑制作用會(huì)降低。韓國(guó)Ahn等[4]研究了超聲頻率對(duì)于徽囊藻繁殖情況的作用，發(fā)現(xiàn)20kHZ的超聲對(duì)銅綠微囊藻的數(shù)量增長(zhǎng)有明顯抑制作用。Joyce等[5]在實(shí)驗(yàn)分析超聲的頻率對(duì)銅綠微囊藻作用，結(jié)果表明超聲頻率設(shè)定在580kHZ時(shí)除藻效果最好。

目前，超聲除藻技術(shù)主要是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成的，由于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境過(guò)于理想，其結(jié)果跟原位實(shí)驗(yàn)還有一定差別，因此，今后應(yīng)加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用方面的研究。雖然高功率高頻率超聲對(duì)藍(lán)藻生長(zhǎng)的影響效果顯著，但是高功率高頻率的超聲在水中衰減較快，致使目前技術(shù)方法還無(wú)法實(shí)施大面積水域除藻。

1.2 打撈除藻

富營(yíng)養(yǎng)化水體出現(xiàn)藍(lán)藻水華時(shí)，藍(lán)藻死亡沉降后進(jìn)入湖泊地質(zhì)中，從而增加了底泥中的有機(jī)質(zhì)含量，隨著時(shí)間推移會(huì)通過(guò)礦化釋放無(wú)機(jī)氮磷，最終加重湖泊上浮水富營(yíng)養(yǎng)化程度。而藻類通過(guò)打撈方式移出湖體后，將會(huì)有效降低藻類死亡后沉降到底泥中的量。目前，我國(guó)和日本在水華藍(lán)藻打撈設(shè)備研發(fā)方面成果較多，比如中科院南京地理與湖泊研究所研發(fā)了“大型仿生式水面藍(lán)藻清除設(shè)備”，該設(shè)備采用仿生學(xué)原理可在湖面移動(dòng)濾除藍(lán)藻，處理效率可以達(dá)到1千噸/小時(shí)，目前已經(jīng)在巢湖、滆湖、星云湖等國(guó)內(nèi)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊進(jìn)行應(yīng)用。此外，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七○二研究所已經(jīng)研制成果多種型號(hào)的水華藍(lán)藻清楚設(shè)備，包括“吸取型”和“分離型”等，可以適應(yīng)不同的水體環(huán)境進(jìn)行藻類的清楚作業(yè)。

從實(shí)際應(yīng)用層面來(lái)看，打撈除藻方式（主要指機(jī)械打撈）主要定位為水華藍(lán)藻應(yīng)急處置，在小型景觀水體中可以作為常規(guī)除藻手段。機(jī)械打撈的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在可以高效、無(wú)污染的進(jìn)行藻類的清除，從而保證水體正常功能安全；不過(guò)鑒于其處理能力，無(wú)法在太湖、巢湖等大面積水域應(yīng)用效果有限。此外，目前針對(duì)機(jī)械打撈除藻效益的研究較少，尚無(wú)法客觀評(píng)估水華藍(lán)藻濾除后水體藻類的去除效應(yīng)以及該方式對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響。

1.3 稀釋沖刷

稀釋沖刷是控制水華藍(lán)藻爆發(fā)的有效手段。稀釋沖刷控制藍(lán)藻爆發(fā)主要通過(guò)兩個(gè)層面來(lái)體現(xiàn)：一是通過(guò)增加湖庫(kù)的水環(huán)境容量，從而降低湖庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化水平，進(jìn)而降低水華藍(lán)藻的生長(zhǎng)效率；二是通過(guò)縮短湖庫(kù)的水利滯留時(shí)間，水利滯留時(shí)間縮短以后，水體的流動(dòng)性增強(qiáng)，進(jìn)而將水華藍(lán)藻帶走[6,7]。目前，世界上不少湖庫(kù)都通過(guò)稀釋沖刷的方式來(lái)控制水華藍(lán)藻。比如“引江濟(jì)太”工程通過(guò)調(diào)水入太湖，大大緩解了2007年太湖供水危機(jī)的危害程度。相關(guān)研究表明，中型水庫(kù)每30天更換一次水，就能夠有效控制水體的藻類水華[8]。美國(guó)的綠湖采用調(diào)水稀釋的方法，將水力停留時(shí)間由14個(gè)月減至3個(gè)月，湖水中葉綠素下降明顯，有效控制了藍(lán)藻水華[9]。可見，合理運(yùn)用稀釋沖刷的方法可以有效防控藍(lán)藻水華[10]。

1.4 絮凝沉降

絮凝沉降法受到了廣泛關(guān)注和重視，在日本、韓國(guó)、美國(guó)以及我國(guó)眾多湖庫(kù)都有應(yīng)用[11]。絮凝沉降法主要通過(guò)黏土中陽(yáng)離子交換以及凝集作用將藻細(xì)胞和水體中顆粒凝聚沉降至水底，從而起到控制水華藍(lán)藻的作用。黏土除藻優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在處理成本較低、材料易得、見效快等，并且在大面積水華藍(lán)藻控制方面具有一定的應(yīng)用前景。絮凝沉降法也存在一些問(wèn)題，第一、有些溶膠性能不好，難以迅速凝聚沉淀水華藍(lán)藻，并且使用量不高時(shí)不能有效削減水華藍(lán)藻。針對(duì)該問(wèn)題，不同材料處理效率差異很大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)需要投加大量材料才可控制水華藍(lán)藻的情況，這樣會(huì)增加湖庫(kù)底泥的營(yíng)養(yǎng)水平。第二、該方法實(shí)施以后并不能真正的殺死藍(lán)藻，只是將表水層的藍(lán)藻沉降到了底泥中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的擾動(dòng)，藍(lán)藻還可以從底泥中釋放到上浮水，會(huì)形成藍(lán)藻水華的二次爆發(fā)。此外，在秋季藍(lán)藻快要死亡的時(shí)段投加，可能會(huì)造成底泥污染，成為來(lái)年黑水團(tuán)發(fā)生的潛在原因之一。因此，絮凝控藻實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)水體的理化性質(zhì)，尤其要注意結(jié)合pH值選擇絮凝劑配方，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水體受風(fēng)浪影響狀況及水華藍(lán)藻的生長(zhǎng)階段判斷是否投加絮凝劑，這樣可以實(shí)現(xiàn)比較好的除藻效果，并避免二次污染。

結(jié)語(yǔ)

由于物理除藻方式對(duì)水環(huán)境的負(fù)面影響比較小，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外廣泛的應(yīng)用于河流湖庫(kù)水華藍(lán)藻控制，并且取得了不俗的效果，不過(guò)鑒于每種物理除藻方式都有其限制因素，因此，在方法選擇方面需要結(jié)合具體問(wèn)題進(jìn)行取舍，有時(shí)面對(duì)復(fù)雜的情況甚至需要多種方法綜合使用來(lái)控制水華藍(lán)藻。