除藻劑應(yīng)急治理湖水藍(lán)藻水華案例分析

陳思莉，邴永鑫，常 莎，虢清偉，張政科，姚玲愛，梁榮昌，曾圣科

(生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所， 廣州 510530)

廣東某湖湖面約0.9 km2，平均水深2.5 m，該湖基本與外界水環(huán)境隔絕，由于水體換水速度緩慢，雖然周邊排污設(shè)施逐漸完善，常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)并逐年改善，穩(wěn)定達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，但從富營養(yǎng)化指數(shù)可看出，水質(zhì)仍處于中高富營養(yǎng)化水平，藻類暴發(fā)風(fēng)險較高。2018年8月，該湖湖水出現(xiàn)pH超標(biāo)，暴發(fā)藍(lán)藻水華事件，課題組受當(dāng)?shù)丨h(huán)保局委托，對該湖藍(lán)藻水華暴發(fā)進(jìn)行全面分析研判，制定科學(xué)有效的應(yīng)急措施，控制藍(lán)藻水華，保障水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

由于該湖藍(lán)藻優(yōu)勢種群為偽魚腥藻，是一種絲狀藍(lán)藻[2]，不易聚集成團，不能采用機械除藻的方法去除，本文選擇化學(xué)除藻劑，其原理主要是通過除藻劑能抑制藻細(xì)胞活性，阻礙其生長繁殖，達(dá)到除藻的目的，具有快速、高效等優(yōu)點，可短時間內(nèi)控制藻類生長[3]，本文選擇常用除藻藥劑硫酸銅[4]、高錳酸鉀[5-7]和聚合氯化鋁[8-9]，進(jìn)行小試實驗，確定藥劑種類及最佳投加量，最后進(jìn)行應(yīng)急處置工程實施。

1 廣東某湖水質(zhì)及水生態(tài)現(xiàn)狀

2018年8月1日開始，連續(xù)五天觀測廣東某湖湖水水質(zhì)，采樣監(jiān)測發(fā)現(xiàn)湖水pH異常，超過9上限值，同時溶解氧出現(xiàn)過飽和，富營養(yǎng)化指數(shù)處于中度水平。常規(guī)指標(biāo)見表1所示，通過監(jiān)測藻細(xì)胞密度，該湖浮游植物細(xì)胞密度大于2.0×108個/L，可以判斷該湖發(fā)生藍(lán)藻水華現(xiàn)象，浮游植物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查顯示，水華優(yōu)勢種較單一，偽魚腥藻細(xì)胞密度占的比例超過90%，浮游植物細(xì)胞密度分布圖見圖1，顯微鏡下優(yōu)勢種照片見圖2。

表1 廣東某湖藻類暴發(fā)水質(zhì)數(shù)據(jù)

圖1 浮游植物細(xì)胞密度分布圖

2 試驗材料與方法

2.1 原水水質(zhì)與試劑

8月3日取廣東某湖原水作為實驗用水?；炷齽┚酆下然X(有效成分30%)購置于天津博迪化工有限公司；高錳酸鉀、硫酸銅為天津市江天化工科技有限公司，分析純。

2.2 水化學(xué)與水生生物檢測

主要檢測的理化指標(biāo)有藻細(xì)胞密度、Cu2+和錳離子等，Cu2+和錳離子測定方法均為原子吸收分光光度法，浮游植物鑒定與計數(shù)參考《湖泊生態(tài)安全調(diào)查與評估技術(shù)指南》，野外采集及室內(nèi)分析方法參照文獻(xiàn)[10]。

2.3 實驗方法

2.3.1 硫酸銅除藻實驗

在15 L實驗水樣中加入一定量的硫酸銅，硫酸銅投加量分別為0、0.01、0.05、1.0 mg/L，混合均勻后靜置24、48、72、96 h后，用虹吸法取液面下2～3 cm 水樣，測定藻密度。

2.3.2 高錳酸鉀除藻實驗

在15 L實驗水樣中加入一定量的高錳酸鉀藥劑，高錳酸鉀投加量分別為0、0.25、0.5 mg /L，混合均勻后靜置12、24、48、72、96 h后，用虹吸法取液面下2～3 cm 水樣，測定藻密度。

2.3.3 混凝除藻實驗

在15 L實驗水樣中加入一定量的聚合氯化鋁藥劑，聚合氯化鋁投加量為0、5、10、20、30、50 mg/L，投加一定量混凝劑后立即以200 r/min 快速攪拌2 min，然后以60 r/min 慢速攪拌15 min，最后靜置12、24、48 h，用虹吸法取液面下2～3 cm 水樣，測定藻密度。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 硫酸銅除藻實驗

硫酸銅是目前使用最廣泛的除藻劑之一，它可以在短時間內(nèi)降低水體中藻類的濃度，具有操作簡單、效果明顯等特點[11]，硫酸銅對景觀海水中藻類去除效果見圖3。研究結(jié)果表明，當(dāng)硫酸銅投加量大于0.05 mg/L時，投加后48 h開始藻細(xì)胞密度明顯下降，藻類去除率90%以上，表明硫酸銅對景觀水體中藻類生長具有明顯抑制作用，銅離子可以與藻類細(xì)胞壁上帶負(fù)電和官能團發(fā)生螯合反應(yīng)，還可以破壞葉綠體等胞內(nèi)物質(zhì)，影響藻細(xì)胞光合作用，導(dǎo)致藻細(xì)胞生物減少或死亡。但是金屬離子本身具有一定的毒性，且投加濃度過高容易造成水體中銅離子殘留，對水體生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。圖4為投加不同硫酸銅后水中銅離子含量變化，原水銅離子濃度為0.000 9 mg/L，隨著硫酸銅投加量的增加，銅離子濃度升高，當(dāng)硫酸銅投加量為1.0 mg/L時，銅離子濃度為0.527 8 mg/L，是原水銅離子濃度的585倍左右。

圖3 硫酸銅投加對藻類去除效果

圖4 硫酸銅投加后水中殘留銅離子濃度

3.2 高錳酸鉀除藻實驗

氧化劑除藻是一種常用的化學(xué)除藻手段，化學(xué)藥劑與構(gòu)成微生物蛋白質(zhì)的半胱氨酸-SH基反應(yīng)，使-SH基為活性點的酶鈍化，破壞某些藻類的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜及細(xì)胞內(nèi)含物而使其滅活甚至解體，從而殺滅活體藻細(xì)胞[12]。高錳酸鉀對藻類去除效果見圖5。結(jié)果表明，在投加量為0.25～0.5 mg/L條件下，藻細(xì)胞去除率僅為20%～25%；通過監(jiān)測水體中錳離子濃度，結(jié)果表明當(dāng)高錳酸鉀投加0.5 mg/L時，水中錳離子濃度接近地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)0.1 mg/L，繼續(xù)加大高錳酸鉀投加量將會導(dǎo)致水體錳離子超標(biāo)，見表2所示。

圖5 高錳酸鉀投加對藻類去除效果

mg/L

3.3 聚合氯化鋁除藻實驗

混凝法可使懸浮小顆粒膠體脫穩(wěn)凝聚成大顆粒，以便能自然沉降，達(dá)到固液分離的目的，相對于其他方法，混凝法價格低廉，操作簡單。本文采用聚合氯化鋁作為混凝劑對藻類進(jìn)行去除，該藥劑在實際應(yīng)急處置中常使用，如龍江鎘污染污染事件[13]、賀江鎘鉈污染事件[14]。實驗結(jié)果見圖6，當(dāng)聚合氯化鋁投加量大于20 mg/L時，經(jīng)過觀察，藻細(xì)胞去除率達(dá)到90%以上，表明聚合氯化鋁混凝沉底具有較好的去除效果。

圖6 聚合氯化鋁投加對藻類去除效果

4 實驗小結(jié)

(1)硫酸銅投加量大于0.05 mg/L時，投加后48 h后藻類去除率90%以上，表明硫酸銅對景觀水體中藻類生長具有明顯抑制作用，但由于硫酸銅投加會帶來水體中銅離子濃度升高，因此對投藥量需要精準(zhǔn)控制，同時在封閉水體中由于水體更換周期較長，不建議采用硫酸銅殺藻。

(2)高錳酸鉀投加量為0.25～0.5 mg/L時，對藻類去除效果不明顯，而超過此投加量時，則會導(dǎo)致水體中錳離子含量超標(biāo)，同時水體中色度也會超標(biāo)。

(3)聚合氯化鋁投加量超過20 mg/L時，藻類去除率90%以上，對藻類具有較好的去除效果，且聚合氯化鋁為凈水劑，廣泛應(yīng)用于自來水廠中，安全無毒。

綜合以上因素考慮，針對2018年8月某湖藍(lán)藻暴發(fā)事件，采取應(yīng)急方式除藻建議采用聚合氯化鋁，理論最佳投加量為20 mg/L。

5 應(yīng)急處置工程案例分析

5.1 藥劑投加方式及用量

2018年8月15-20日，利用拖船和高壓噴槍對湖水水面均勻噴灑液態(tài)聚合氯化鋁，合計用量約135 t，平均用藥量為150 g/m2。

5.2 實施效果

投加藥劑前，水華遍及整個湖水，藻密度大于2.0×108個/L，應(yīng)急治理后， 經(jīng)過連續(xù)三天的觀察，藻密度比例下降90%，水體表觀質(zhì)量明顯提高，各項指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果見表3所示。

表3 投藥前后湖水水質(zhì)

6 結(jié)論與建議

(1)針對廣東某湖湖水pH超標(biāo)，藍(lán)藻水華事件，通過對比三種化學(xué)除藻劑硫酸銅、高錳酸鉀、聚合氯化鋁小試試驗的去除效果等問題，選擇聚合氯化鋁作為除藻劑，作為某湖藍(lán)藻水華事件的應(yīng)急處置藥劑，并確定最佳投藥量，指導(dǎo)工程實施。

(2)根據(jù)試驗結(jié)果，將聚合氯化鋁均勻投加到廣東某湖湖水后，在初始藻密度大于2.0×108個/L的基礎(chǔ)上下降了90%，其他各項指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，應(yīng)急處置措施非常成功。

(3)化學(xué)除藻劑雖然見效快、成本低、操作簡便， 但僅用于藍(lán)藻水華的應(yīng)急治理，不能從根本上解決富營養(yǎng)化問題，為防止該湖今后再次暴發(fā)藍(lán)藻水華，需要加強該湖水污染防治工作。

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