生物塘凈化藻類的研究

【摘 要】巢湖水體富營養化日益嚴重，藻類數量大大增加。本文通過對種植水葫蘆與水花生的生物塘觀察與數據分析，結果表明水溫、停留時間、光照條件、進水藻量等因素對水生植物凈化藻類的效果影響顯著，水葫蘆的凈化效果遠遠高于水花生。結果提示建立水生生物塘凈化水中藻類具有重要意義。

【關鍵詞】水生生物塘；藻類；機理； 影響因素

藻類在富營養化水體中大量繁殖后，形成大面積的“水華”和“赤潮”，消耗掉水體中溶解氧，使水生動物窒息而死，給水產養殖帶來損失；很多藻類能分泌藻毒素，使各種動物中毒，并通過食物鏈傳遞，威脅人類的健康；另外，許多藻類會產生令人不愉快的氣味，如魚腥味、霉味和泥土味，藻類死亡后會釋放許多有毒的胺類和硫化類物質，嚴重污染空氣，因此，認識藻類的危害性，積極加強監測和防治是很有必要的。

巢湖是我國五大淡水湖之一，目前藻類污染比較嚴重，對兩岸漁業和工農業生產都帶來了很大的危害，許多相關部門都做了大量工作來降低其污染。合肥供水集團也于巢湖岸邊開展了“水生生物塘處理巢湖水質”的課題研究，即利用鳳眼蓮（水葫蘆）等水生植物來凈化巢湖水質，抑制藻類生長，并取得了良好的效果。本文就該課題的藻類試驗數據進行了分析，重點闡述了生物塘去除藻類的部分機理和進水藻量、溫度、停留時間、光照強度等變化因素對去除藻類效果的影響。

1 試驗地點、材料和方法

試驗地點選在離巢湖岸邊約1 000m的四水廠內，采用兩塘串聯的方式，塘體土質，中間用木板半封閉式隔離，讓水流呈“S”型往復流過，塘深1.5 m，兩塘面積分別為1 760 m2（1號塘）和4 400 m2（2號塘），總容量約9 200m3。進水從進四廠工藝的源水管道上引出，通過泵和控制閥調節控制流量。

試驗材料選用了兩種水生植物：水葫蘆和水花生。其中1號塘種植水花生，2號塘種植水葫蘆（又名鳳眼蓮）。

藻類檢測方法依據EPA《水和廢水檢測方法》，每日現場觀察記錄，定點取樣檢測，為期1.5年。

2 水葫蘆與水花生除藻效率對比

受自然條件的限制，4月份種植的水葫蘆，水花生，到8月份才覆蓋了大半塘面。于是從8月開始觀察檢測藻類， 持續到11月底，共4個月。12月份，天氣轉冷，兩種水生植物葉面枯萎，不再生長，停止了檢測。通過對這4個月數據的來看，水葫蘆對藻類的去除率遠遠高于水花生。

圖1 水葫蘆與水花生除藻率的對比圖

水花生對藻類基本無去除，甚至出現負增長。這主要是由于水葫蘆與水花生相比，生長速度快，葉片茂盛，對營養成分和陽光的吸收比較充分，更利于抑制藻類生長。另外，本試驗中，進水口位于水花生塘，由于受了源水加氯的影響，水花生生長被抑制，不能布滿整個水面，藻類在中間空白處大量繁殖，往往造成水花生塘出水口處藻量大于進水口處。

3 生物塘除藻機理的分析

通過長期的實驗觀察和分析，證明生物塘（尤其是水葫蘆）去除藻類非常有效，特別是對巢湖水體中的優勢藻屬——微囊藻的去除，一般可達80%以上，分析原因主要如下。

3.1 水生植物生長繁殖速度快，能充分吸收水中的氮、磷等營養物質，使藻類得不到充足的營養成分而停止生長；

3.2 水葫蘆的根須特別發達，長度一般達到50cm以上，像一張密布的網，對藻類起很好的攔截、過濾和吸附作用；

3.3 水生植物特別是水葫蘆的葉片茂盛，能覆蓋整個水體表面，遮擋陽光，使藻類無法進行光合作用不能生長；

3.4 pH值的變化也可以抑制藻類生長，生物塘進水pH值一般在7.50～9.00之間，而水葫蘆塘內和出水口地方的pH值大部分在6.80～7.50之間。巢湖水以微囊藻為優勢藻屬，其最適生長pH值為8.00～9.50，在水葫蘆塘不適宜生長。水花生塘內pH值較高，不能通過這一途徑抑制藻類生長。

3.5 水生植物可以通過各種方式向水體中釋放化感物質抑制藻類的生長[1]。抑藻化感物質一般只特定性地抑制某些藻類的生長，同時能在自然條件下降解，不會在生態系統中積累，安全性好[2]。

4 生物塘對不同藻種的凈化效果分析

在9月和10月之間，連續觀察26天，記錄下每日生物塘進水和和出水的主要優勢藻種數量，見表1。

發現生物塘對微囊藻、硅藻、柵藻、席藻均有凈化作用，其中微囊藻去除效果最好，高達90.76%，這與微囊藻是群體生長，有膠被，顆粒較大有關，容易被水生植物的根系攔截。另外發現生物塘對小球藻不但沒有凈化作用，還促進了生長，分析原因是因為生物塘的pH值較低（見3.4），適宜小球藻生長，導致數量增加。

5 影響生物塘去藻率的因素分析

5.1 水溫對凈化藻類效果的影響

圖3 水溫對應的藻類去除率

水溫的變化會對藻類的去除效率產生一定的影響，通過對年生物塘的數據分析，得出圖3所示的水溫對應藻類去除率。從圖3可以看出，水溫在28℃以上，生物塘凈化除藻效果最好，去除生物塘內大部分藻類，高達80%以上；水溫在10～20℃范圍變化時，生物塘對藻類去除效果也較好，絕大部分能達到65%以上；但當水溫低于10℃時，去除率就明顯下降了，在40%左右。這是由于植物最適生長溫度在25～28℃，低于10℃時，則生長活性降低，代謝明顯緩慢。通過長期觀察發現，如果水溫再降低，低于0℃時則植物可能趨于死亡，葉片細胞被凍壞，組織液溶出，將會帶來二次污染。

5.2 停留時間對凈化藻類效果的影響

關于停留時間對藻類去除效果的影響，本文主要分析了水溫大于10℃的期間的生物塘去除效果。

從圖4可以看出，隨著停留時間的增長，生物塘對藻類的去除率總體上是逐漸遞增的，但是，由于生物塘外在環境條件不易控制，容易受到光照時間和強度，氣溫的升降、進水藻類數量多少等變化因素影響，實際情況下，藻類的去除率并不能嚴格按照停留時間的遞增而增加。圖4顯示：當源水停留時間在生物塘內保持在停留時間在30h以上，去除率在70%以上（除極端惡劣環境條件的影響）；停時間在20h以上，對藻類的去除率也能達到50%以上，這是由于水葫蘆根系龐大茂盛，具有的較好攔截過濾作用，當含有高藻的源水緩慢流經生物塘時，很大一部分藻被攔截過濾了。另外，在試驗過程中，我們發現停留時間過短的話，水流太急，可能會導致黏附在根系藻類、泥沙和腐殖質等物質被沖刷下來，使水質惡化，所以，綜合考慮實際試驗過程中的效果，停留時間最好在30h以上。

圖4 停留時間對應的藻類去除類

5.3 光照條件對凈化藻類效果的影響

從表1可以看到生物塘晴天比陰雨天除藻效率好，這是由于植物生長需要陽光進行光合作用，合成碳水化合物，才能繼續生長。水葫蘆是喜光性植物，在晴天光照比較充足的條件下，新陳代謝快，生長繁殖速度也快，對藻類抑制好。因此，陰雨天氣要適當延長停留時間才能保證生物塘的凈化效率。

表2 光照條件與凈化效率

5.4 進水藻量對去除率的影響

水葫蘆的根系非常發達，像一張密布的網，流經生物塘內的藻絕大部分都被攔截過濾下來，隨著進水藻量的增加，生物塘這種強過濾作用更能體現出來。

從表2看到，隨著進水藻量的增加，生物塘的去除率也呈遞增趨勢，進水藻量大于500萬個/L，去除率一般就可以達到70%以上；低于500萬個/L，去除效果反而表現不明顯。 巢湖水中的藻類數量均在500萬個/L以上，夏秋季是藻類暴發時期，藻量較多，這個時候陽光也比較強烈，因此，利用水生生物塘處理巢湖水藻類非常有效。

表3 進水藻量與去除率

6 結論

分析結果表明，水生生物塘處理巢湖水藻類非常有效，特別是對微囊藻的去除。水生植物通過的根須攔截過濾作用、葉片的遮光作用、吸收競爭營養成分、分泌化感物質、塘內pH值的變化等方式來抑制藻類生長、降低出水的藻量，效果非常明顯，水葫蘆的凈化藻類效果遠高于水花生。當然，生物塘凈化藻類的機理遠不止這些，目前尚不完全明了，不能全部分析出，還有待于進一步的探求和發現。

在凈化過程中，水溫、停留時間、光照時間、進水藻量等變化因素在很大程度上影響著生物塘去除藻類的效果，通過長期試驗的得出，一般在水溫10℃以上，光照條件良好（晴天），停留時間在30h以上，源水藻量在500萬個/L以上的條件下，選擇生物塘凈化藻類的方式效果比較明顯。

參考文獻

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作者簡介：

許霞，女，32歲，大學本科，中級工程師，現就職于國家水質監測網合肥監測站，安徽省合肥供水集團水質檢測中心。