藍(lán)藻水華防控方法

楊宗佳，付京花

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，廣州 510000）

隨著大氣中CO2濃度的增加、全球氣候變暖以及江河湖泊等水體逐漸富營養(yǎng)化，導(dǎo)致藍(lán)藻水華現(xiàn)象頻繁暴發(fā)［1］。以藍(lán)藻為主的水華防控已成為全世界諸多學(xué)者關(guān)注和研究的熱點。

1 藍(lán)藻水華誘因及其特點

藍(lán)藻水華與外界環(huán)境和藍(lán)藻自身的生理特點有關(guān)。李媛等［2］研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生藍(lán)藻水華的誘因主要有：①水體中含有過量的營養(yǎng)鹽濃度，如過量的氮和磷；②水體更新迭代慢且長時間處于高溫、低水位、降雨少的狀態(tài)；③水體內(nèi)含有能促進藻細(xì)胞生長的微量元素；④水體中的濾食性魚類偏少，不利于藻細(xì)胞的清除。另一方面，與其他藻類相比，藍(lán)藻細(xì)胞本身擁有更強的抗逆性，更容易在極端環(huán)境下存活；它還具有固氮、濃縮CO2和偽空泡等特性［3］，可憑借浮力的調(diào)節(jié)攝取水體底部的營養(yǎng)成分［4］。這些特點使得藍(lán)藻優(yōu)勝于其他藻類，使其大量增殖，進而暴發(fā)藍(lán)藻水華現(xiàn)象。

2 藍(lán)藻水華的危害

藍(lán)藻水華的主要危害在于其產(chǎn)生的藻毒素，馬晶晶等［5］研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻毒素中以微囊藻毒素的危害最大，主要表現(xiàn)為該毒素會沉積在動物體內(nèi)各個組織器官，影響動物的生長、發(fā)育和繁殖；這些毒素還會污染人類及動植物飲用的水源；這些被污染的水流動或撞擊岸邊時，會釋放毒素到空氣中，人類呼吸后會引起呼吸道疾??；有毒藻類在分解過程中會消耗水中的氧氣，導(dǎo)致水生生物窒息而死；藍(lán)藻水華還會影響水質(zhì)指標(biāo)等因素，使水體生態(tài)功能急劇退化，嚴(yán)重?fù)p壞環(huán)境和經(jīng)濟效益。

3 藍(lán)藻水華的防控方法

中國超過一半的湖泊和水庫都處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，且對于藍(lán)藻水華的防控治理缺乏系統(tǒng)的梳理和指導(dǎo)［6］。

不同水體暴發(fā)藍(lán)藻水華的原因不盡相同。史小麗等［6］對不同防控手段的適用條件、范圍、效果和成本進行了梳理和總結(jié)。充分掌握藻華的生長情況是治理的前提，在實際工作中應(yīng)首先對水體生態(tài)環(huán)境進行基礎(chǔ)調(diào)查以了解水質(zhì)狀況和營養(yǎng)水平，再選取恰當(dāng)?shù)姆揽胤椒ǎ瑥亩踩行У胤揽厮{(lán)藻水華。水體治理常用方法分別為生物防控法、物理防控法和化學(xué)防控法。

3.1 生物防控法

生物防控法是控制水體富營養(yǎng)化和恢復(fù)自然生態(tài)的常用方法之一。水生動物和水生植物在防控藍(lán)藻水華中可以起到一定的作用［7-12］。

3.1.1 水生動物防控法 劉建康等［7］提出的非經(jīng)典生物操縱理論的應(yīng)用廣泛且效果明顯。非經(jīng)典生物操縱理論是在水體中投放浮游食性魚類直接消滅藻類，或控制水體中肉食性魚類的數(shù)量以實現(xiàn)間接控制藻類的目的。與Shaprio 等［13］提出的經(jīng)典生物操縱法相比，在水體中投放鰱魚和鳙魚后不僅可以除去毫米級的藻類，還可以通過捕魚實現(xiàn)水體中N、P等營養(yǎng)鹽的排出，有效緩解水體富營養(yǎng)化的問題［14］。

方程等［15］研究發(fā)現(xiàn)，鰱魚的日濾食量可達體重的12.5%，鳙魚則為9.5%，鳙魚體重每增加1 kg，可將水體中32 g 氮、4.5 g 磷轉(zhuǎn)化為機體蛋白質(zhì)。當(dāng)鰱魚和鳙魚的投放比例在3∶1 至4∶1，投放密度在50～60 g/m3時，可以獲得較好的濾食效果。歹雁等［16］研究表明，施行以漁抑藻、以漁凈水的“保水漁業(yè)”不僅降低了水體中浮游植物和浮游動物的生物總量，還使得總氮（Total nitrogen，TN）、總磷（Total phosphorus，TP）和化學(xué)需氧量（Chemical oxygen demand，COD）等出現(xiàn)了不同程度的減少，有效避免了藍(lán)藻水華的暴發(fā)。

除此之外，水體中含有的多種污染物會被部分底棲動物如珍珠貝和三角帆蚌在濾水的過程中快速積聚［17，18］。大型濾食性底棲動物能濾食有機顆粒并大量攝食有害浮游植物［19］。因此在水華防控過程中亦可結(jié)合多種動物進行生物防控，從而達到凈水的目的。

3.1.2 水生植物防控法 與水生動物相比，利用水生植物進行生物防控具有成本低、能耗低和美化環(huán)境等優(yōu)點［12］。水生植物在生長和發(fā)育的過程中可以有效吸收水體中的N、P。因此，定期收割水生植物從而帶走營養(yǎng)鹽的方法也常用于修復(fù)富營養(yǎng)化水體。研究應(yīng)用較多的是挺水植物、漂浮植物和沉水植物3 大類生態(tài)系統(tǒng)。

研究表明，挺水植物鳶尾、漂浮植物鳳眼蓮、沉水植物金魚藻對水體中不同濃度的N、P 都有很好的去除效果，其中鳶尾對TN、TP 的去除率分別高于60%、70%；鳳眼蓮分別高于80%、90%；金魚藻分別高于 60%、90%［8-10］。除這 3 種水生植物以外，黑三棱、黃花水龍和伊樂藻等水生植物也具有相似的效果。水生植物防控的優(yōu)點為植物來源廣、容易培育，既可以用作觀賞也可以用于造景。待水體修復(fù)后還可將其收割作為飼料進行加工處理，產(chǎn)生經(jīng)濟價值的同時還能避免N、P 回流［11］。

3.2 物理防控法

物理防控法主要應(yīng)用于2 方面，一方面是用機械方法直接打撈移出湖泊中的藻類。另一方面是通過調(diào)節(jié)水體中的N、P 含量，減輕水體的富營養(yǎng)化，抑制藍(lán)藻水華的暴發(fā)［4］。在物理層面通常選用調(diào)水稀釋、超聲波、曝氣和機械除藻等方法，但這些方法通常在較大水域收效甚微，且存在成本消耗高、耗費時間長和可能會再次對水體造成污染等問題。

3.2.1 調(diào)水稀釋法 調(diào)水稀釋法是將N、P 濃度低的潔凈水體調(diào)度至已污染的水體，這兩者的N、P 濃度差值越大，清潔效果越好。如安徽省的“引江濟巢”工程，開啟鳳凰頸站閘引長江水入巢湖［20］。此方法主要是加速水體的更新迭代，降低水體富營養(yǎng)化程度，還能將藻細(xì)胞帶出水體［6］。該方法已應(yīng)用于中國的太湖、梅梁湖和貢湖［4］。

3.2.2 超聲法 超聲法是使用超聲儀器向水體中發(fā)射超聲波，憑借其“熱效應(yīng)”和“空化效應(yīng)”損壞藍(lán)藻的細(xì)胞壁和其內(nèi)的生物活性物質(zhì)，并破壞藍(lán)藻細(xì)胞的偽空泡，使其無法懸浮而沉底，從而達到消滅藻類的目的。在小型湖泊和景觀水體使用較多的是固定式超聲儀，而在大中型湖泊中移動式超聲儀使用較多［21］。該方法除藻效果明顯，但在實際應(yīng)用中需要考慮降雨、光照強度和溫度等自然因素的影響［22］。

3.2.3 曝氣法 曝氣法是使空氣與水體強烈接觸的一種手段，常用的有微納米氣泡發(fā)生器和擴散裝置［23］。一方面可以增加水體含氧量，刺激水生植物和浮游動物的生長；另一方面可以緩解藻類在水面堆積，穩(wěn)定底泥生態(tài)環(huán)境。但這種方法需要的曝氣設(shè)備配置較高，且能耗也較高，因此常用于小水體作業(yè)［24］。

3.2.4 機械除藻法 機械除藻法是應(yīng)用最普遍、成熟的應(yīng)急方法。該方法采取人工撈藻和固定收藻裝置的方法進行除藻，優(yōu)點在于基本上不會影響生態(tài)環(huán)境，但除藻成本高昂且難以從根源上消除水華現(xiàn)象。太湖原位的試驗表明［25］，當(dāng)打撈量大于50%時，藍(lán)藻生長速率在15 d 內(nèi)得到有效抑制。但在實際作業(yè)中，打撈量往往少于50%，因此除藻效果并不理想，還有可能會越撈越多。

3.3 化學(xué)防控法

化學(xué)防控法是應(yīng)用最為廣泛的除藻方法之一，該方法通常是使用化學(xué)制劑如強氧化劑（ClO2、H2O2和K2FeO4等）、絮凝劑［PAC、FeCl3和Al2（SO4）3等］投放到水體中，憑借其強氧化性破壞藍(lán)藻的細(xì)胞壁，使其裂解、死亡，或憑借絮凝劑的水解特性令藻細(xì)胞聚集從而沉入水中［22］。

3.3.1 氧化劑除藻法 氧化劑除藻法是向水體中投放強氧化劑以實現(xiàn)去除藻類的方法。其中使用ClO2進行預(yù)氧化除藻，可以迅速裂解葉綠素，抑制藍(lán)藻的生長代謝［24，26］。當(dāng) ClO2和 PAC 的投加量分別為 0.5、5 mg/L 時，對小球藻的去除率高達 98.47%［27］；H2O2是一種無毒、低害的除藻劑，能快速高效地消滅藍(lán)藻，改變浮游植物的組成結(jié)構(gòu)［28，29］；K2FeO4是一種新開發(fā)的環(huán)保型水處理制劑，兼具氧化和吸附功能，可以有效地強化混凝除藻，當(dāng)K2FeO4的投放量為4 mg/L時，對藻細(xì)胞的去除率為73.0%［30］。

氧化劑除藻法具有操作簡單、成本低、適用范圍廣和效果明顯等優(yōu)點，但部分氧化劑在使用過程中可能會產(chǎn)生有害物質(zhì)，長期使用還可能使藻類產(chǎn)生耐藥性，可能會再次污染水體［31］。

3.3.2 絮凝劑除藻法 絮凝劑能使藻類和其他大顆粒污染物聚集沉降，應(yīng)用較多的有聚合氯化鋁（PAC）、FeCl3、Al（SO4）3等無機絮凝劑。吳昊瀾等［32］發(fā)現(xiàn)在常規(guī)混凝條件下，當(dāng)PAC 的投加量為0.08 mol/L 時，對藻的去除率為96%。馮辰辰等［33］發(fā)現(xiàn)使用0.10 g/L和0.12 g/L 的FeCl3絮凝70 min 后，對藻的去除率分別為93.5%和94.2%。使用0.05 g/L 和0.06 g/L 的Al（SO4）3絮凝70 min 后，對藻的去除率分別為98.7%和99.2%。此外，0.010 g/L 的殼聚糖和0.025 g/L 的聚丙烯酰胺也有較好的絮凝效果。

絮凝劑除藻法具有沉降速度快、成本低和效果顯著等優(yōu)點，但存在著底泥產(chǎn)量增多、難以處理和污染物二次懸浮的問題［30］。

4 小結(jié)

藍(lán)藻水華現(xiàn)象不僅損害生態(tài)環(huán)境，還會危害人類的生命健康，中國對于治理藍(lán)藻水華尚處于初步階段，缺乏系統(tǒng)的梳理和指導(dǎo)，導(dǎo)致收效甚微。水體的富營養(yǎng)化和防控藍(lán)藻水華不能急于求成，需要長期關(guān)注和持續(xù)治理。

本研究闡述了藍(lán)藻水華的成因和危害，并對生物、物理和化學(xué)3 類防控方法的研究成功進行了總結(jié)。在實際的防控過程中，可以結(jié)合水體的實際情況，綜合多種防控方法進行藍(lán)藻水華的防控。未來還可以利用高新技術(shù)的輔助，期望獲得更好的水體治理效果。