藍藻水華控制技術適用性評估及長效策略研究

馬鑫標

(深圳市北部水源工程管理處，廣東 深圳 518110)

0 引 言

深圳供水水庫的特點是自產水不足，來水主要靠引水，另一方面，供水需求量較大，水庫需常年維持較高水位運行，水體交換周期較長、能力不足，若引水水質下降或底泥被擾動，易造成水體呈富營養化趨勢，有形成藍藻水華的風險。水庫藍藻水華引起水質下降，一方面影響水庫水生態平衡，加劇水質惡化，另一方面影響供水安全，帶來一定的社會影響，因此研究城市供水水庫藍藻水華控制尤為重要和緊迫。文章拋磚引玉，以深圳某供水水庫為例，對城市供水水庫藍藻水華控制技術的適用性進行評估，并針對性提出長效控制策略。

1 藍藻水華及控制技術應用情況

該供水水庫為所在區域一座調蓄型中型水庫，來水主要靠引水，供水任務較重，近年來水庫常年保持高水位運行，也未有底泥擾動行為。2018年4月至10月，該水庫出現一定規模的藍藻水華現象，經及時、有效地藍藻水華控制技術應用，未影響供水水質安全，水庫水環境狀況整體逐漸好轉。2019年3月至7月，僅局部區域出現藍藻水華現象；2020年4月至10月，局部區域雖仍出現藍藻水華現象，但極為輕微；2021年至今未出現藍藻水華現象，水庫水質良好。

2 藍藻水華成因分析

1)從污染源的角度看，由于目前該水庫實行封閉管理，一級水源保護區內無點源和面源污染，與此同時，該水庫的沉積物氮磷濃度在珠三角地區水庫中也屬于中等偏低的水平，因此存在較高內源污染負荷的可能性也不大，也未有底泥擾動行為。考慮到該水庫來水主要靠引水，引水水源也是最為主要的外來物質來源，營養鹽輸入可能是該水庫氮磷營養的重要來源。該水庫較高的透明度提供了較寬的真光層，使藻類能夠在較深的水體中進行光合作用，并利用營養鹽進行生長，在形成后迅速漂浮到表面形成水華[1]。

2)從水體中磷、氮比例失調角度看，總氮是目前該水庫水質超標的主要指標，但該水庫的氨氮和硝酸鹽氮濃度均不高。該水庫的總磷濃度雖然總體不高，但總磷在水華形成階段的明顯上升則表明磷輸入可能是該水庫藻華形成在營養層面的原因。

3)從該水庫的浮游植物調查結果看，該水庫的浮游植物以綠藻和藍藻占優勢，且浮游植物密度和葉綠素濃度都并未達到水華形成的標準，這也和調查中該水庫較低的營養鹽濃度相對應。另一方面，葉綠素濃度和營養鹽濃度分布的不均勻性也說明，該水庫的藻類聚集現象可能是受到了風力作用和水動力作用影響的結果，并且葉綠素濃度有向主壩附近聚集的趨勢。

4)從該水庫的底棲動物調查結果來看，該水庫的生物量和多樣性均較低，主要以耐污的搖蚊和水絲蚓為主，底棲動物群落健康度較低。

5)從該水庫的水體交換情況來看，該水庫近年來長期高水位運行，水動力不足，也為藻華形成提供了有利條件，有利于藻華向主壩取水口附近聚集。

從目前研究的結果看，該水庫的藻華形成可能是由于來水水質營養鹽釋放，疊加水體透明度、水生物結構分布、風力以及水動力不足等共同作用而導致的。

3 藍藻水華控制技術評估

目前，國內外藍藻水華控制技術較多，需針對該水庫水生態環境現狀、水文水動力特點和藍藻水華現狀，對各項藍藻水華控制技術的適用性進行評估，方能“對癥下藥”，切實制定長效控制策略，遏制藍藻水華現象的形成。

3.1 植物地毯技術

先進性：本項技術是基于人工強化生物膜原理，通過人工投加高比表面積的人工水草(植物地毯)，在其表面形成生物膜，通過生物膜的營養競爭作用和對化感除藻作用，對藻類水華進行抑制。目前該項技術已獲得發明專利支撐，并在國內多個水體開展應用[2]。

穩定性：該技術依靠微生物作用對藻類水華進行去除和控制，生物膜結構本身具有較強的穩定性，同時人工基質也具有較強的可靠性，運行過程后期維護工作量低。

適宜性：該技術針對藍藻水華從營養鹽和種間競爭角度出發的生態長效控藻技術，針對該水庫保障供水需求和不經常形成水華的特點，這一生態安全的長效控制技術具有較高的適宜性。

經濟型：該技術主要成本為生物膜基質和框架，成本較低，適宜在水庫中大范圍使用。

綜合評估：綜合來看，該技術是一項適用于該水庫的長效藻華控制技術。

3.2 生物操縱技術

先進性：基于鰱鳙魚的下行效應生物控藻技術是目前國內外普遍采用的生物操縱控藻技術。通過投加鰱鳙魚并改良魚類種群結構，利用鰱鳙魚對藻類的濾食作用對藍藻水華進行控制。該項技術是目前較為成熟的藍藻水華生物控制技術。

穩定性：主要基于濾食性魚類對藻類水華進行控制，是針對藍藻水華控制的長效技術。放養鰱鳙魚不需要進行復雜的管理維護，同時水庫的初級生產力本身也能夠維持鰱鳙魚的生長需求，因此該技術具有較好的穩定性。

適宜性：該技術是一項經過大量實踐驗證的藻類水華控制技術，目前在包括武漢東湖、千島湖等天然水體或人工水庫都有較好的應用實踐。該技術采用純生物方式控制藍藻水華，安全性較高，適宜應用于保障飲用水安全的該水庫。

經濟型：該技術經濟型較高，放養鰱鳙魚主要是魚苗成本，放養后無需更多后續運維操作，主要依靠鰱鳙魚自身生長。

綜合評估：綜合來看，該技術是一項適用于該水庫的長效藻華控制技術。

3.3 磁分離打撈技術

先進性：磁分離藍藻打撈技術采用特制的磁性絮凝劑，將水體中藍藻絮凝后，利用永磁分離裝置快速吸附絮體，從而將藍藻移出水面。該技術為專利技術，是目前較為先進的藍藻快速打撈技術，是一種應用于藍藻水華應急防控的可靠打撈技術。

穩定性：該技術結合傳統的絮凝除藻工藝和永磁體分離技術，將絮凝后的藻體迅速帶出水面，絮凝劑和藻體結合迅速，藻水分離效果好，具有較好的穩定性。

適宜性：該項技術雖然需要向水中添加磁性絮凝劑，但之后立即使用永磁體將絮凝劑分離出水面，相當于并未向水中添加外源性物質。根據在其他水體的使用情況，除藻效率可達到99%以上，且不會帶來有毒有害重金屬污染。在該水庫具有較好的適宜性。

經濟型：磁分離打撈技術需要使用專用的磁性絮凝劑和永磁體分離裝置，同時需要岸基抽水或使用船只過水，在使用過程中存在一定的材料成本和能耗成本。但該項技術主要針對突發性藍藻水華形成進行應急處理，設備并不一定需要長時間運行，因此成本可控。

綜合評估：綜合來看，該技術是一種適用于該水庫的藍藻應急處置技術。

3.4 揚水曝氣技術

先進性：揚水曝氣技術是利用揚水曝氣器底部輸入的壓縮空氣形成微小氣泡向水體充氧，實現向水庫底層進行溶解氧的高效傳輸，提高底層溶解氧，抑制內源營養釋放。同時形成垂向混合流，將底層低溫底藻水體引向表層，并將表層高藻水體帶入深層，抑制藻類光合作用，從而產生控藻效果。該技術是目前較新的藻類控制技術。

穩定性：該技術目前已有一定的工程應用實踐，并在實踐中取得了較好的營養鹽控制效果和控藻效果，具有較好的穩定性。

適宜性：該技術適用于水深超過8m的深水型水庫，該水庫的平均深度在10m以上，符合技術應用條件。同時根據實測數據，該水庫的底層水體會出現一定的厭氧和低溫現象，這也符合該項技術的適用條件。

經濟型：該技術主要成本是設備成本和運行成本，同時需要占用一定空間土地。但一次安裝成型后，該技術的使用成本較低，可長效運行。

綜合評估：綜合來看，該技術是一種適用于該水庫的藍藻水華綜合處置技術。

3.5 超聲波除藻技術

先進性：超聲波除藻技術包括以下步驟：抽取含藻水進入曲形水槽；利用超聲波對流經曲形水槽中的含藻水中的藻類的氣囊進行破除，使得藻類下沉，同時利用超聲波對含藻水中的藻類的細胞壁進行破除；將經過超聲波處理后得含藻水輸入到絮凝反應槽中，利用安全絮凝劑進行絮凝處理；將經過了絮凝處理后的含藻水輸入到絮凝沉降槽進行沉降，得到沉淀物和上清液；將上清液排放。是一種較為先進的藍藻水華控制技術。

穩定性：本技術方法操作簡單；去除藍藻水華更徹底且效率高；能夠有效的凈化含藻水且有效減少水中的營養物質；可實現在無人維護的情況下長時間工作。

適宜性：超聲波會破壞藍藻的細胞外層結構，從而造成藍藻內容物向水中釋放。由于該水庫的藍藻主要是產毒微囊藻和魚腥藻，超聲波可能會造成藍藻胞內毒素的釋放，會對飲用水安全造成一定影響。

經濟型：該技術運行成本較低，經濟型較高。

綜合評估：考慮到安全性的原因，該項技術不適宜在該水庫飲用水源保護地應用。

根據上述綜合比選，從適用性和經濟型角度，該水庫藍藻水華控制技術最終選擇植物地毯技術、生物操縱技術、磁分離打撈技術和揚水曝氣技術。

4 藍藻水華長效控制策略

經上述適用性評估，并結合該水庫水生態環境現狀調查以及水文調查的初步結果，相應提出如下藍藻水華長效控制策略：

1)建立水華預警體系：從目前的初步研究結果看，該水庫的藍藻水華形成很大因素可能是來水水質，因此需要建立在線監測系統，加強對來水水質和水庫水質的監控，當發現氮磷濃度異常波動時立即啟動防控預警系統，為水庫藍藻水華的控制提供全面及時準確的預警信息。

2)改善水文情勢：該水庫水文水動力條件較差，目前整體水文情勢較適合藍藻水華在主壩附近聚集。因此有必要通過改變該水庫的進出水口位置，改善水庫水流條件，從水文水動力角度控制該水庫的藍藻水華形成條件。另外，在現有進出水口位置不變的前提下，可以通過加大引調水量來增強水庫的水動力交換。建議該水庫下的兩個水廠引水方式由在水庫引水管道取水調整為直接從該水庫取水，一來增加水庫的引調水量，加強水動力交換；二來水庫的水質指標要優于引水泵站原水，且水質更為穩定。

3)生物操縱和生態治理手段：在日常控制技術中，使用包括植物地毯技術和生物操縱技術，基于生態手段對該水庫的營養鹽和藻類進行長效控制，從生產力的角度控制該水庫藻類水華形成的條件。

4)采用藍藻應急技術：當水華形成后，采用包括磁分離打撈、揚水曝氣等在內的應急處理技術，快速降低水體藻密度，實現藍藻水華的應急控制。

5 結 語

1)文章以某水庫為例，對藍藻水華控制技術的適用性進行了評估，并制定了相應的長效策略，從目前應用效果來看，較為理想，具有一定的示范意義。

2)藍藻水華控制技術難以做到“一招鮮”，需要結合水庫區域狀況和管理現狀，基于水庫特點予以評估，有針對性地采用控制技術組合，方可制定切實可行的控制策略，有效遏制藍藻水華的形成。