水華藍藻物理控制方法研究進展

田靜思 都 凱 王金恒 田 雪

（常州天衍環境科技有限公司 江蘇常州 213000）

引言

近年來，全球水體富營養化程度越來越嚴重，富營養化導致浮游植物爆發性生長形成藻類水華，并伴有若干負面環境影響，如污染水體、藻毒素釋放給動物甚至人類帶來危害等。此外，水華藻類可以降低水體透明度，并大量消耗水體溶解氧，導致水生動物和植物窒息死亡，從而導致生物多樣性的降低。因此，水華防治已成為水環境保護的一個重要課題。目前，常用的控制水華藍藻方法有物理方法、化學方法以及生物方法等，其中，物理方法作為一種相對安全的除藻方式受到了人們的高度重視。本文將著重對當前各種物理除藻方法進行綜述，以分析物理除藻方式的優劣和適用性。

1 國內外研究進展

物理方法是利用物理工程措施，控制水華藻類污染的一種技術方法，主要有超聲波除藻、打撈除藻、稀釋沖刷、絮凝沉降等一系列措施[1]。

1.1 超聲波除藻

超聲波除藻是目前除藻技術的重要研究方向，國內外研究者對超聲波除藻抑技術進行了大量的研究，并取得了一定成果。張光明等[2]研究發現藍藻細胞在超聲輻射后的藻濃度的下降速度符合一階反應，實驗還發現提高超聲波的頻率會加快銅綠微囊藻液濃度的下降速度，并且微囊藻會在水體中釋放更多的藻毒素。湯嬌雯等[3]則分析了超聲在頻率高的環境下，會對生長期藍藻密度產生較大影響，結果表明，藍藻生長與超聲頻率成反比，與超聲實施前相比，藍藻藻液的濃度下降之前的38.9%；增加超聲實施時間后，超聲并沒有加劇藻密度的下降，超聲實施一定時間后對藍藻生長的抑制作用會降低。韓國Ahn等[4]研究了超聲頻率對于徽囊藻繁殖情況的作用，發現20kHZ的超聲對銅綠微囊藻的數量增長有明顯抑制作用。Joyce等[5]在實驗分析超聲的頻率對銅綠微囊藻作用，結果表明超聲頻率設定在580kHZ時除藻效果最好。

目前，超聲除藻技術主要是在實驗室內完成的，由于實驗室環境過于理想，其結果跟原位實驗還有一定差別，因此，今后應加強實際應用方面的研究。雖然高功率高頻率超聲對藍藻生長的影響效果顯著，但是高功率高頻率的超聲在水中衰減較快，致使目前技術方法還無法實施大面積水域除藻。

1.2 打撈除藻

富營養化水體出現藍藻水華時，藍藻死亡沉降后進入湖泊地質中，從而增加了底泥中的有機質含量，隨著時間推移會通過礦化釋放無機氮磷，最終加重湖泊上浮水富營養化程度。而藻類通過打撈方式移出湖體后，將會有效降低藻類死亡后沉降到底泥中的量。目前，我國和日本在水華藍藻打撈設備研發方面成果較多，比如中科院南京地理與湖泊研究所研發了“大型仿生式水面藍藻清除設備”，該設備采用仿生學原理可在湖面移動濾除藍藻，處理效率可以達到1千噸/小時，目前已經在巢湖、滆湖、星云湖等國內富營養化湖泊進行應用。此外，中國船舶重工集團公司第七○二研究所已經研制成果多種型號的水華藍藻清楚設備，包括“吸取型”和“分離型”等，可以適應不同的水體環境進行藻類的清楚作業。

從實際應用層面來看，打撈除藻方式（主要指機械打撈）主要定位為水華藍藻應急處置，在小型景觀水體中可以作為常規除藻手段。機械打撈的優勢主要體現在可以高效、無污染的進行藻類的清除，從而保證水體正常功能安全；不過鑒于其處理能力，無法在太湖、巢湖等大面積水域應用效果有限。此外，目前針對機械打撈除藻效益的研究較少，尚無法客觀評估水華藍藻濾除后水體藻類的去除效應以及該方式對于水生態系統的潛在影響。

1.3 稀釋沖刷

稀釋沖刷是控制水華藍藻爆發的有效手段。稀釋沖刷控制藍藻爆發主要通過兩個層面來體現：一是通過增加湖庫的水環境容量，從而降低湖庫的富營養化水平，進而降低水華藍藻的生長效率；二是通過縮短湖庫的水利滯留時間，水利滯留時間縮短以后，水體的流動性增強，進而將水華藍藻帶走[6,7]。目前，世界上不少湖庫都通過稀釋沖刷的方式來控制水華藍藻。比如“引江濟太”工程通過調水入太湖，大大緩解了2007年太湖供水危機的危害程度。相關研究表明，中型水庫每30天更換一次水，就能夠有效控制水體的藻類水華[8]。美國的綠湖采用調水稀釋的方法，將水力停留時間由14個月減至3個月，湖水中葉綠素下降明顯，有效控制了藍藻水華[9]。可見，合理運用稀釋沖刷的方法可以有效防控藍藻水華[10]。

1.4 絮凝沉降

絮凝沉降法受到了廣泛關注和重視，在日本、韓國、美國以及我國眾多湖庫都有應用[11]。絮凝沉降法主要通過黏土中陽離子交換以及凝集作用將藻細胞和水體中顆粒凝聚沉降至水底，從而起到控制水華藍藻的作用。黏土除藻優點體現在處理成本較低、材料易得、見效快等，并且在大面積水華藍藻控制方面具有一定的應用前景。絮凝沉降法也存在一些問題，第一、有些溶膠性能不好，難以迅速凝聚沉淀水華藍藻，并且使用量不高時不能有效削減水華藍藻。針對該問題，不同材料處理效率差異很大，經常會出現需要投加大量材料才可控制水華藍藻的情況，這樣會增加湖庫底泥的營養水平。第二、該方法實施以后并不能真正的殺死藍藻，只是將表水層的藍藻沉降到了底泥中，經過一段時間的擾動，藍藻還可以從底泥中釋放到上浮水，會形成藍藻水華的二次爆發。此外，在秋季藍藻快要死亡的時段投加，可能會造成底泥污染，成為來年黑水團發生的潛在原因之一。因此，絮凝控藻實際施工過程中，應根據水體的理化性質，尤其要注意結合pH值選擇絮凝劑配方，并根據現場水體受風浪影響狀況及水華藍藻的生長階段判斷是否投加絮凝劑，這樣可以實現比較好的除藻效果，并避免二次污染。

結語

由于物理除藻方式對水環境的負面影響比較小，目前已經在國內外廣泛的應用于河流湖庫水華藍藻控制，并且取得了不俗的效果，不過鑒于每種物理除藻方式都有其限制因素，因此，在方法選擇方面需要結合具體問題進行取舍，有時面對復雜的情況甚至需要多種方法綜合使用來控制水華藍藻。