富營養(yǎng)化水體中抑藻技術(shù)的研究進(jìn)展

李龍旭 張真真 楊玉萍 孔進(jìn)

關(guān)鍵詞：藻類;富營養(yǎng)化水體;抑藻技術(shù)

含有氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的污水進(jìn)入水體，導(dǎo)致藻類增殖及藻毒素釋放，給傳統(tǒng)凈水工藝帶來前所未有的挑戰(zhàn)，對飲用水安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。尋求一種高效經(jīng)濟(jì)的抑藻方法是世界各國共同面對的難題。本文總結(jié)了國內(nèi)外在物理、化學(xué)、生物抑藻技術(shù)方面的研究進(jìn)展，以期為湖庫水體富營養(yǎng)化治理提供新的思路。

1藻類暴發(fā)帶來的危害

1.1藻類暴發(fā)對生態(tài)環(huán)境的不利影響

水體表面的藻類遮住陽光，導(dǎo)致其他水生植物無法進(jìn)行光合作用。水生植物沉積到水底腐敗后又放出氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。在這種情況下，藻類大量繁殖，水質(zhì)惡化腥臭，水中缺氧導(dǎo)致魚類窒息死亡。藍(lán)藻在生長代謝過程中還會產(chǎn)生藻毒素，使水生群落中的其他生物死亡，初級生產(chǎn)量隨之降低。浮游藻類的排泄物與死亡的水生生物沉積使水體變淺，造成湖泊陸地化，最終導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)崩潰。

1.2藻類暴發(fā)對水廠運行的不利影響

藻類大量繁殖不僅對水體自身生態(tài)結(jié)構(gòu)造成不利影響，還會影響水廠正常運行。水體中微藻密度較小，在混凝沉淀過程中難以去除。未被去除的藻類進(jìn)入濾池導(dǎo)致濾池堵塞，從而使濾池運行周期縮短，反沖洗水量增加。水中大量藻類的存在，增加了混凝劑和消毒劑用量。這不僅提高了制水成本，還增加了水中消毒副產(chǎn)物的含量。藻類穿透濾池進(jìn)入管網(wǎng)，促進(jìn)了細(xì)菌生長。出廠水中殘留的藻類又會造成管網(wǎng)水質(zhì)惡化，增加配水的動力費用，使管網(wǎng)服務(wù)年限縮短。

2傳統(tǒng)抑藻技術(shù)

2.1物理抑藻技術(shù)

物理抑藻技術(shù)是指采用人工或機(jī)械裝置減少水體中藻類的數(shù)量的方法，主要有過濾法、超聲波法、紫外線法。

過濾法是指利用微網(wǎng)過濾去除水中的藻類。此種方法不僅可以有效去除水體中的甲藻，而且能去除水中COD、TN、TP和葉綠素a。超聲波法的原理是利用超聲波的空化作用、聲流作用、機(jī)械作用、熱效應(yīng)使藻蛋白破裂喪失活性，從而抑制藻類的瘋長。研究發(fā)現(xiàn)低強(qiáng)度超聲波（功率40W、作用時間10s）可加速微囊藻細(xì)胞的沉降。紫外線法即利用紫外線的輻射作用破壞藻細(xì)胞中葉綠素，達(dá)到殺滅藻類的目的。紫外線對銅綠微囊藻的生長有顯著的抑制作用。在季節(jié)性水華最為嚴(yán)重的小型湖泊和水庫中，紫外線法可成為控制藻類最簡便有效的方法。利用紫外線的輻射作用，通過破壞藻細(xì)胞的DNA，達(dá)到殺死藻類的目的。紫外線能夠破壞藻細(xì)胞中葉綠素，這是紫外線抑制藻類生長的重要原因之一。紫外線對銅綠微囊藻的生長有顯著的抑制作用。研究表明在季節(jié)性水華最為嚴(yán)重的小型富營養(yǎng)化湖泊和水庫中，紫外線輻射有可能成為控制藻類的一種最簡便有效的方法。遮光法采用塑料制浮板遮光，覆蓋面積為水面的50%～60%，以此來降低水下光照度。通過抑制藻類進(jìn)行光合作用，從而降低藻類的增殖速率，達(dá)到抑藻的效果。遮光法抑藻的原理主要包括以下三個方面：一是在光照度條件比較低的情況下，藻類比增殖速率顯著下降，從而抑制了藻類的增殖;二是光照度低會導(dǎo)致藻類的光合產(chǎn)氧速率低于呼吸速率，藻類消耗自身有機(jī)營養(yǎng);三是光照度低會導(dǎo)致藻細(xì)胞活性下降，因此藻類沉降性能也較高，達(dá)到抑藻的目的。

物理法費用高、耗時長、操作復(fù)雜、不可持續(xù)抑藻，只能應(yīng)用于小水體或大水體的局部水域。由于物理法不能從根本上治理藻類大規(guī)模暴發(fā)，其發(fā)展因此受到了限制。

2.2化學(xué)技術(shù)抑藻

化學(xué)抑藻技術(shù)是指通過向水體中投加化學(xué)藥劑抑制水體中藻類的繁殖，它是目前能在短期內(nèi)產(chǎn)生較好抑藻效果的一種技術(shù)。目前用于抑藻的所有化學(xué)藥劑中，硫酸銅的應(yīng)用最為廣泛。銅離子可以影響藻膽體對光能的吸收和傳遞，藻類的光合作用受到影響，其生長速率自然大大降低。研究發(fā)現(xiàn)過氧化氫（H202）與硫酸銅組合投加能顯著抑制藻類生長。在pH6～6.5范圍內(nèi)，0.08mmo]/L的A1C13可有效抑制水體中銅綠微囊藻的生長。水廠運行過程中，預(yù)氯化作為化學(xué)法中比較典型的一種方法可使藻類易于在后續(xù)處理工藝中去除，但化學(xué)法有破壞生態(tài)平衡，造成環(huán)境污染的風(fēng)險。如長期使用硫酸銅會使cu2在底泥中不斷積累，最終會導(dǎo)致水體中生物鏈遭到破壞。而且預(yù)氯化還會導(dǎo)致水體中藻毒素的溶解量增加，對飲用水安全帶來威脅。

2.3生物抑藻技術(shù)

生物抑藻技術(shù)處理富營養(yǎng)化水體，具有運行費用低、不增加水中化學(xué)物質(zhì)種類等優(yōu)點，有良好的發(fā)展前景。生物抑藻技術(shù)主要包括微生物抑藻技術(shù)、生物濾食技術(shù)和植物化感抑藻技術(shù)。

微生物抑藻技術(shù)是利用溶藻病毒、溶藻真菌、溶藻細(xì)菌等微生物溶解藻類的一種技術(shù)，負(fù)責(zé)溶藻的物質(zhì)一般為非蛋白成分。微生物抑藻技術(shù)可以有效地溶解魚腥藻、束絲藻、微囊藻和顫藻等。生物濾食技術(shù)是運用生物操縱理論，在水體中引入以藻類為食的生物，從而抑制藻類的過度生長。植物化感抑制技術(shù)是指化感物質(zhì)通過破壞藻細(xì)胞的葉綠素和細(xì)胞膜，影響某些酶的活性從而抑制藻類的一種技術(shù)，它具有生態(tài)安全性好、快速高效等優(yōu)點。

雖然生物方法綜合效益較高，但目前還不能把實驗室有效的菌類、噬藻病毒等成功地應(yīng)用于大規(guī)模水體的抑藻。生物抑藻技術(shù)雖然能暫時減少水體表面藻類的數(shù)量，但并不能殺滅藻細(xì)胞，藻細(xì)胞沉降到水底后有再次暴發(fā)的風(fēng)險。

3抑藻技術(shù)的研究方向

3.1不同抑藻技術(shù)聯(lián)用抑藻

過氧化氫與活性炭聯(lián)用可形成一種高效、無副作用的抑藻技術(shù)，反應(yīng)產(chǎn)物只有純水和氧氣，可有效保障水源的水質(zhì)安全。而且此工藝應(yīng)用范圍廣，抑制效果好。在富營養(yǎng)化水體中，新型化感抑制劑水楊梅與活性炭聯(lián)用對銅綠微囊藻和斜生柵藻的抑制率可達(dá)60%，同時能有效降低水中的總氮和總磷的濃度。研究發(fā)現(xiàn)水楊梅不僅能很好地抑制水體中藻類的生長，還可促進(jìn)富營養(yǎng)化水體的修復(fù)，是一種不可多得的綠色環(huán)保的抑制劑。

3.2人工濕地抑藻

人工濕地抑藻有很好的發(fā)展前景，它具有投資少，綠色無污染等優(yōu)點。由于人工濕地本身對藻類就有機(jī)械過濾作用，加之生物膜與藻類競爭營養(yǎng)和光能，影響藻類進(jìn)行光合作用，因此人工濕地總體抑藻率高達(dá)90%。此外，人工濕地中植物釋放的化感物質(zhì)也能抑制藻類的生長和繁殖。

3.3生態(tài)復(fù)合技術(shù)

生態(tài)復(fù)合技術(shù)是指通過“絮凝一溶解一降解一營養(yǎng)調(diào)節(jié)”來防止藻類暴發(fā)的一種安全、高效、環(huán)保的新型抑藻技術(shù)。它具有可持續(xù)性高、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，可用于湖泊生態(tài)修復(fù)以及河道及水廠中藻類的去除，在控制淡水水華方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

4結(jié)論

藻類暴發(fā)提高了水處理的難度，且對水環(huán)境安全仍存在威脅。傳統(tǒng)抑藻方法存在不同程度的缺點，如何克服傳統(tǒng)抑藻方法的缺點，尋求高效、清潔和沒有二次污染的新型抑藻方法是水處理領(lǐng)域亟待解決的問題。各種新型抑藻方法大都局限于實驗室階段，人工濕地抑藻技術(shù)和生態(tài)復(fù)合技術(shù)在工程上切實可行，在未來預(yù)防藻類大規(guī)模暴發(fā)中有廣闊的應(yīng)用前景。