云貴高原昭通漁洞水庫控藻技術初探

申開旭

（云南省水文水資源局昭通分局，云南昭通657000）

云貴高原昭通漁洞水庫控藻技術初探

申開旭

（云南省水文水資源局昭通分局，云南昭通657000）

文章詳細分析了漁洞水庫藻類數量和優勢種群的變化，藻類與富營養化之間的關系，探討水庫藻類控制的有效方法，指出物理除藻技術、化學控藻技術應用的局限性，進而從城市供水安全、水環境保護、水生態平衡和修復等角度出發，提出生物控藻方法，以利更好解決漁洞水庫控藻技術問題。

漁洞水庫；控藻技術；初探

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.021

眾所周知，藻類生長的碳源主要來自水體中溶解的二氧化碳，氫和氧來自于水，這兩種物質在水體中基本上不會枯竭。全面分析藻類細胞質（原生質）的組成，得出氮、磷、碳元素是調節和控制藻類生命活動的基本要素。因此，有效控制藻類的生長和繁殖，必須要破壞碳、氮、磷之間的比例（即106∶16∶1）。在富營養化水體中，氮、磷的限制相對較小，而在貧～中營養的湖泊和水庫中，限制氮、磷的作用更加突出。

1 概述

漁洞水庫（東經103°19′～32′，北緯27°10′～34′）是目前云南省昭通市最大的集中式供水水源地，具有防洪、水產養殖、灌溉、蓄水發電等多種功能。徑流區面積709km2，水庫正常集水面積13.6km2，總庫容量為3.64億m3，平均水深約27m，屬大型深水分層河道型水庫，承擔昭陽區、魯甸縣城區供水。近年來，水庫水體藻類異常增殖，水色異常變化給城區安全供水帶來較大的壓力和風險。當前，有效控制漁洞水庫藻類，特別是微囊藻、盤星藻和脆桿藻等異常繁殖顯得重要而迫切。

2 藻類狀況

漁洞水庫藻類監測，2009年細胞密度由1.33×103個/L上升到503×104個/L，包括藍藻門、綠藻門、硅藻門、隱藻門、裸藻門、金藻門和甲藻門共7門，涉及22種，其中微囊藻、盤星藻占優勢種群交替出現，6月出現貧營養指示的錐囊藻。

2010年共檢出6門34屬，其中藍藻門5屬，綠藻門15屬，硅藻門8屬，隱藻門1屬，裸藻門2屬，甲藻門3屬；1～6月微囊藻占優勢種群，7～12月脆桿藻站優勢種群。全年微囊藻、盤星藻、針桿藻、脆桿藻占優勢，主汛期細胞密度在49.47～426.80（萬個/L）變化，非汛期細胞密度在6.70～71.47（萬個/L）變化。

2011年共檢出藻類7門28屬，其中藍藻門3屬、綠藻門12屬、硅藻門6屬、隱藻門1屬，裸藻門2屬，金藻門1屬，甲藻門3屬。優勢種群主要有微囊藻，針桿藻，脆桿藻，盤星藻，實球藻，細胞密度在（28.44～202.00）×100萬個/L之間變化；從優勢種群出現的頻率來看，針桿藻和脆桿藻＞微囊藻＞盤星藻＞實球藻，即硅藻門＞藍藻門＞綠藻門。

2012年共檢出6門29屬，其中藍藻屬2屬，藍藻門2屬，綠藻門14屬，硅藻門7屬，隱藻門1屬，裸藻門1屬，甲藻門2屬；1～6月微囊藻占優勢種群，7～12月脆桿藻為優勢種群。主汛期細胞密度在85.20～153.33（萬個/L）變化，非汛期細胞密度在65.33～95.07（萬個/L）變化。

2009～2012年間，細胞密度大于100萬個/L的月份主要集中在夏、秋季節。

3 藻類與富營養化

有資料顯示，藻類的個體數量小于3×105個/L為貧營養，（3～10）×105個/L為中營養，大于10×105個/L為富營養化。日本概括了湖泊富營養化和浮游生物優勢種的關系，提出了從貧營養化向富營養化過渡時出現的浮游生物優勢種名錄：貧營養性浮游硅藻（小環藻、平板藻）→浮游黃鞭毛藻（錐囊藻）→富營養性浮游硅藻（星桿藻、脆桿藻、冠盤藻和顆粒直鏈藻）→富營養性浮游綠藻（盤星藻、柵藻）→浮游藍藻（微囊藻、囊絲藻、魚腥藻）→眼蟲藻類浮游生物（裸藻）→細菌類浮游生物。在貧營養湖中，硅藻類的小環藻等占優勢，當過渡到富營養化初期，星桿藻等富營養化硅藻類成為優勢種；再進一步富營養化，綠藻、藍藻大量產生。因此，可根據生物種類組成來指示水環境的富營養程度。

漁洞水庫藻類監測資料表明，2009～2012年優勢種群是微囊藻、盤星藻和脆桿藻交替出現。按照漁洞水庫各藻類門、屬、種間的分布和在水環境中的適應性，表明漁洞水庫水環境逐步由中營養向富營養化方向發展。

4 藻類控制

微囊藻、直鏈藻、脆桿藻等藻類的大量繁殖不僅導致水質下降，而且還能產生大量的藻毒素，嚴重威脅到人類飲用水安全。水體中藻類的大量繁殖不但加速了營養物質在水中的循環，同時加劇了水體富營養化的進程。同時，水體中的污染物質在細菌和藻類的作用下，不斷地進行著從無機形式到有機形式，再從有機形式向其他形式的循環，每完成一次循環都把外源營養物質以有機的形式固定下來，使水體中的營養物質不斷增加。因此，要有效控制漁洞水庫藻類，特別是微囊藻、盤星藻和脆桿藻等的大量繁殖。

4.1 營養鹽水平控制

合田健博士認為：總氮與總磷的濃度比為12∶1～13∶1時，最適于藻類增殖。控制水體營養鹽水平的主要目的是降低水體中氮、磷營養物質的濃度，從根本上控制藻類爆發性的生長。需集中處理好徑流區生活污水、農業生產廢水、工業廢水、大氣降水、暴雨徑流帶來的營養鹽負荷，從源頭上控制營養鹽物質的涉入。

4.2 藻類生長的控制［1］

4.2.1 物理化學方法

目前用得最多是黏土，黏土除藻的核心就是利用絮凝的原理將浮于水面的水華凝聚，使藻與黏土共同沉入水底，從而達到清除水華的目的。所用黏土可以是黏土礦物，也可以是當地的土壤和沉積物。篩選黏土有兩個指標：一是除藻率（除藻平衡后藻的去除量），二是除藻速率（除藻動力學參數，去除50%和80%藻所用時間）。二者最佳者歸為第一類，次之為第二類，依次類推。在明確機理的基礎上，確定改性劑、配比和安全性。改性劑必須滿足安全環保、價格低廉、適于淡水等多項要求。目前已確認的天然改性劑為殼聚糖。有實驗證明：殼聚糖可以大大加強架橋網捕作用，使黏土的物理特性和化學成分不再成為絮凝過程中的主要因素，從而使各種原先不具有除藻能力的當地黏土或沉積物變成高效除藻劑，不僅特別適合于淡水藻華的清除，而且投入量也大大減少。改性黏土是創新技術，它使得利用當地黏土治理當地藻華的理想得以實現。

4.2.2 機械除藻技術

采用的工藝是利用水面吸藻器吸藻。經真空過濾濃縮器或者是絮凝氣浮濃縮，藻漿真空脫水或者直接運送至工廠加工，達到資源化利用的目的。該項技術在治理滇池藍藻水華的過程中曾實施過，同時也在太湖梅梁灣水源地水質改善項目中也得到了應用。據報道：該技術用于太湖后，兩年通過機械和人工的方法共清除了“強化凈化區”水華藍藻干物質216.6 t。根據所收獲的水華藍藻干物質成分分析結果，機械除藻共從實驗區清除了氮1.71 t、磷l.06 t。

4.2.3 其他物理控藻技術

過濾法：主要是通過物理手段，以丙綸絲為濾料，利用篩分截留與吸附_絮凝作為過濾器，濾除水中的藻類。可有效去除甲藻，同時對C O D、T N、T P及葉綠素a也有一定的去除。

遮光法：主要通過在水面覆蓋部分遮光板，遏止藻類的光合作用，可控制水庫中藻類的大量繁殖。

沉淀法：主要是在水庫中投入高分子混凝劑或吸附劑，利用混凝或吸附的原理，使藻類沉淀，從而達到去除的目的。

超聲波法：利用超聲波與水作用產生空化現象，損傷藻細胞內的生物分子，從而導致藻類的死亡。實際過程中選擇超聲波的強度至關重要，近年來研究表明：超聲波與臭氧結合起來，對抑制藻類的生長有較好效果。

紫外線法：利用紫外線的輻射作用，破壞藻類的D N A結構，從而殺死藻類。

4.3 化學控藻技術［2］

目前，用得最多的化學除藻劑主要有硫酸銅、氯和二氧化氯、高錳酸鉀和復合藥劑。硫酸銅中的C u2+能使藻類蛋白質變性，使其失去活性，從而抑制藻類新陳代謝。二氧化氯（）是一種廣譜殺菌消毒劑和水質凈化劑，具高度的氧化能力，可使微生物蛋白質中的氨基酸氧化分解，從而使微生物死亡。二氧化氯可殺滅細菌、病毒、芽孢、原生動物和藻類。臭氧是一種高效殺菌劑，對任何病菌都有強烈的殺菌能力，而且作用迅速可靠；臭氧的氧化產物往往是無毒或生物可降解的物質；臭氧氧化后，不生成污泥，大大減少有機物沉積；具有處理設備占地面積小，易于控制并實現自動化。但是用臭氧發生器的電耗較大，處理成本較高；處理后的水沒有持續滅菌的功能，易遭二次污染。

化學控藻技術，主要是利用化學藥劑來抑制水中藻類的繁殖，一般都具有立竿見影的效果，但不可避免地破壞生態平衡并造成一定的環境污染，且化學控藻長期使用一種藥劑，會造成水體溶解氧下降，增加內部的氮循環，特別是重金屬離子C u2+在底泥中積累，增加了藻類對重金屬離子C u2+的抗性。化學除藻雖然具有除藻速度快、效果明顯的優點，但容易造成二次污染，具有較大的生態風險。因此，化學控藻是一種不科學的除藻方法，一般不推薦使用。

4.4 生物控藻技術［3］

4.4.1 微生物控藻技術

微生物控藻技術主要是利用微生物溶解藻類。主要包括溶藻病毒、溶藻真菌、溶藻細菌和微生物控藻劑。溶藻病毒大量存在于水體中，通過特異性溶解宿來維持種群關系的平衡。溶藻細菌有黏細菌，據報道：黏細菌能夠溶解魚腥藻、束絲藻、微囊藻和顫藻。真菌主要通過釋放抗生素和寄生溶菌來控藻，一般濃度為0.02μ g/m L的青霉素就可以抑制微囊藻的生長。微生物控藻劑作為廣譜微生物，投入水中之后與好氧、厭氧、兼氧等微生物作用，可以快速清除藻類，同時克制藻類的再形成，使水體透明度逐漸提高。

肥海菌是一種復合活菌肥，主要菌群為光合細菌、芽孢桿菌，并配以海洋微藻所需的微量元素。肥海菌投放到水中后，休眠菌能很快復蘇和崩解，并以成數倍速度繁殖擴增，很快形成優勢種群，迅速分解水體中的有機污染物，消除水體中的氨態氮、亞硝態氮、硫化氫等有毒物質，并將其轉化為海洋微藻類的營養源，促進硅藻、綠藻、金藻類等餌料生物的繁殖和生長，抑制有害藻類的繁殖，起到增氧、凈化水質和產生免疫活性物質的作用，并間接地控制致病菌。如光合細菌（P ho t o s y nt he s i sba c t e r i a，簡稱P SB）、硝化細菌（N i t r i f y i ngba c t e r i a）、芽孢桿菌、復合微生物制劑、益生素、E M菌、肥海菌等得到廣泛的應用。

4.4.2 魚類除藻技術［4_5］

生物操縱理論認為：隨著取食浮游生物魚類的生長，其食餌浮游動物數量下降，故浮游植物在捕食壓力降低的情況下，密度上升，造成水質的惡化。應降低慮食性魚類（鰱魚、鳙魚）數量，可以通過引入兇猛性魚類（河鱸、北方狗魚、虹鱒和大嘴黑鱸）來控制捕食浮游生物的魚類，或者直接去除食游生物的魚類，使浮游動物數量上升，達到控制浮游藻類的生長。魚類削減量對于湖泊、水庫的生態恢復是十分必要的，但需要保證削減作用的長期性，必須確定足夠的魚類削減量。有資料表明：魚類的削減目標一般控制在5kg/hm2為宜。近年來，由于微藻利用及收獲技術的研究得到了關注，微藻過濾技術也隨之得到發展，如序批式微藻過濾技術、微藻稀釋培養技術、微藻固定化技術等。牧食生物混合培養技術和貝類或蝦類組成的復合養殖系統等為微藻的收獲利用提供了技術保證。

4.4.3 植物感化控藻技術［6］

植物感化控藻技術是利用植物對藻類的感化抑制作用來控制水體中藻類生長的新技術，是一種植物通過向環境中釋放化學物質影響藻類生長的現象。相關文獻報道：感化物質對藻類的生長抑制機理主要影響藻類的光合作用、破壞細胞膜、影響酶的活性以及破壞細胞的亞顯微結構。B a l l A B，Wi l_ l i a m s M等利用大麥桿來抑制水體中的藻類，結果顯示：在非常低的濃度（0.005%）也能對銅綠微囊藻產生抑制作用。2003年清華大學在國際上首次發現蘆葦具有很強的感化抑藻作用，并從中分離出具有高效抑藻效果的感化物質2-甲基乙酰乙酸乙酯。參考2003年3月國家環境保護總局公布的第一批已形成嚴重危害的8種水生植物，可供選擇的水生植物見表1。

表1 具有抑藻作用的高等水生植物及其有效抑藻類

生物控藻主要是利用生態平衡等原理對藻類的生長和繁殖進行抑制，從而控制藻類大量繁殖的目的。該方法具有低投資、低能耗、處理過程與自然生態系統有更大的相融性等。有效控制藻類的生長，不會產生副作用，具有成本低、安全、高效的優點，是一種最佳環境保護的控藻方法，但由于運行周期長，見效慢，實施也有一定難度，技術本身還有待完善成熟。

5 結論

物理除藻技術具有無污染，效果好等特點，但存在工程量大、耗時和運作周期長，具有一次性投入成本較高等缺點，一般不具備大規模實施。化學控藻技術是現階段短期效果較好，一般都具有立竿見影的效果，但不可避免地破壞生態平衡并造成一定的環境污染，化學控藻劑在殺滅藻類的同時也殺死其他水生生物，具有較大的生態風險，一般不推薦使用。而生物控藻技術并不是想徹底殺滅或消除藻類，而是利用生態平衡等原理對藻類的生長和繁殖進行抑制，從而達到控制藻類數量和種類。相比較而言，生物除藻技術具有更為廣闊的前景。從城市供水安全、水環境保護、水生態平衡和修復等角度出發，在漁洞水庫控藻技術問題上，建議推行生物控藻方法。

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Q 178.1

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申開旭（1978年—），男，工程師。