飲用水源水中藻類污染物的形成及治理

歐燁強(福建省平潭綜合實驗區創新研究院，福建 平潭 350400)

0 引言

藻類污染已經成為人們關注的新問題。營養富集導致水源中藻類異常，從而引起嚴重的水污染，影響城市的自然景觀和供水質量。

1 水體富營養化現狀

富營養積累主要是由于水中氮，磷等營養物質的積累，導致水體藻類的過度生長和繁殖，并影響水的功能。全球約有75%以上的封閉型水體存在富營養化問題。中華人民共和國水利部2019年發布的2018年中國水資源公報顯示：在121個湖泊中，中營養湖泊占26.5%，富營養湖泊占73.5%，和歷年數據相比，水體富營養化仍較為嚴重。

2 源水藻類繁殖的危害

2.1 對水質的不利影響

2.1.1 藻類致臭

飲用水中有各種類型的臭味物質，它主要包含腐爛和其他有機物，藻類放線菌，真菌分泌物，以及二甲基異冰片烯和土臭素。隨著藻類數量的變化，氣味的類型也會變化。通常，藻類細胞產生的土臭素含量為(1～4)×10-8μg/L，但是如果水的環境條件發生變化，藻類釋放的土臭素是健康生長的2到3倍，而且藻類死亡后會釋放出更多的土臭素，導致自來水會有異味。飲用水的氣味不一定構成直接的健康風險，但會引起恐慌，質疑水質并降低公眾對飲用水安全性的信心。

2.1.2 藻類產生藻毒素

微囊藻毒素(MC)是由藍細菌產生的天然毒素。它是水資源中較常見的毒素，世界上大約25%至70%的藍細菌可以產生毒素。藻類毒素極具毒性，已被證明是“三種病原體”，在已經發現了的80多種類型的微囊藻毒素中，微囊藻毒素LR最常見且毒性最大，它的存在威脅著人類健康，食入或直接接觸被藻類污染的水會引起皮膚反應，結膜炎，腸胃炎和許多其他疾病，有十多個國家報道過動物飲用有毒藻類的水導致死亡的報道。

2.2 對水廠和管網運行的不利影響

主要原因是大量藻類會堵塞過濾器，且藻類會增加pH值，會增加凝結劑量使用，而通過過濾器并進入管網的一些藻類和水中殘留的有機物(AOC)會成為促進微生物生長的基質，產生如線蟲和海綿等管狀網狀生物，這些動物很難清除，嚴重時會阻塞水表和水龍頭。此外，其代謝產物也會與凝結劑發生反應，從而降低清理效果，增加藥劑成本。同時，生成的復合物還會導致管網腐蝕和管網水質惡化，加速水分配系統的腐蝕和結垢，并縮短網管壽命。

3 以三十六腳湖為例分析飲用水源水中藻類的污染分析

3.1 調查背景

三十六腳湖是福建省最大的淡水湖。南北長4.6公里，寬5.3公里。保護區總面積為1340平方公里。三十六腳湖水庫始建于1966年，湖壩高3.94m，壩頂高約18.24m，水庫目前面積為13.4平方公里，在2012年清淤擴容后，正常存儲容量為2056萬立方米，是平潭島唯一的具有多年調節性能的中型水庫。對該湖進行的初步研究發現，該庫區的富集指數在40～50之間，目前處于中等營養狀態，可以看出其湖區水體長期處于中營養狀態，偶有高于50的富營養狀態出現，存在藻類爆發水華的風險。

3.2 主要污染源類型

湖區水質現狀調查主要來自2018—2020年地表水質指標，采用歷史數據分析、在線監控數據得出，通過平潭綜合實驗區環境監測站提供的2018年至2020年每月測試的五個水質參數CODMn、TP、TN、Chl-a和透明度計算得出三十六腳湖的富營養指數在40～50之間，表示該湖區的水域還是會出現營養豐富情況，如圖1所示。

圖1 2018-2020年三十六腳湖湖區富營養指數的年際和季節變化

通過實地調查、抽樣調查和文獻調查，確定了三十六腳湖的基本污染源結構：(1)水中氮、磷的直接流動。(2)流域周邊居民的生活污水和生活垃圾。(3)散布在渡槽上的動物和家禽繁殖產生的尿和糞便滲透土壤或流入水庫。(4)將農藥和化肥用于農田水流和降雨到沿河水庫。(5)森林和草地的氮、磷養分流入水庫。(6)沉積物釋放出的內在氮和磷污染。(7)大氣沉降引起的氮污染。

3.3 浮游植物現狀和藍藻水華風險分析

3.3.1 調查方法

主要使用歷史數據分析和重點地區采樣分析，研究湖泊地區浮游植物群落分布結構的分布特征，并監測群落結構的變化。

3.3.2 采樣和分析方法

(1)定性樣品。使用25#浮游生物網，以20～30cm/s的速度從表面到0.5米的深度形成一個∞環，然后緩慢拖拉1～3分鐘以進行收集。收集定性樣品并將其標記在樣品瓶上。返回實驗室，并用10×40放大顯微鏡觀察以確認物種。

(2)定量樣品。使用有機玻璃集水器，在水面以下0.5米處收集1升水樣品，添加魯哥氏固定劑(15mL/L)，在現場固定，標記并在實驗室放置24h。然后使用虹吸管小心將其取出。將水樣濃縮至30mL，并用10×40放大顯微鏡以0.1mL的計數(20mm×20mm)進行計數。用于計算原始水樣本的浮游細胞密度的公式為：

式中：N為每升原水樣中的浮游植物數量(個/L)；S為計數框的面積(mm2)；S0為計數面積(mm2)，即視野數×視野面積；V為1L原水樣沉淀濃縮后的體積(mL)；V0為計數框體積(mL)；n為計數所得浮游植物的數目。

根據歷史數據和在三十六腳湖水生湖泊中的研究結果，在水樣本中發現了六類：浮游植物藍藻，綠藻，硅藻，二氟甲藻酸鹽，裸藻和隱藻6大類。根據研究數據，浮游生物在不同時間的表現為夏季＞秋季，冬季＞春季。在春季和夏季初，硅藻門是最主要的種類，百分比高達58.81%至83.47%。在夏季和秋季，浮游植物占主導地位。其中銅綠微囊藻為主要種類，約占64.50%。秋季，隱藻的比例將顯著增加。冬季，三十六腳湖中浮游植物的總量大幅度減少，其中藍藻、硅藻和綠藻為主要類別。其分布如圖2所示。

圖2 2018-2020年三十六腳湖不同季節浮游植物群落結構

3.4 產生的危害

由于水源的補水帶來的營養及周邊影響，藻類爆發具有更大的影響和有害因素。特別是近年來，由于藻類的經常性爆發，導致水質的泥土氣味發臭以及水管的堵塞已成為主要問題。

3.5 整治措施

目前，這個三十六腳湖的湖泊水域中仍然有各種影響水質的藻類。認真控制藻類需要同時治療根本癥狀和病因。目前，國內外湖泊與水庫的藻類控制技術主要有三種方法：物理、化學和生物方法。

3.5.1 物理方法

(1)人工和機械撈藻。這種方法的優點是簡單、直接、效率高且不會造成二次污染，但是效果有限，無法遏制藻類生長。

(2)遮光控藻。將遮光板或遮光球覆蓋在水面上會抑制藻類的光合作用并阻止其傳播，這種方法成本較大，而且適合在藻類生長之前使用，可用性不強。

(3)黏土除藻。利用黏土除藻優勢在于原料來源廣泛，并且具有出色的除藻效果，但是添加了粘土會增加沉積物，淤泥增多，后續清理麻煩。

3.5.2 化學方法

使用化學殺滅藻類和抑制藻類以防止其生長的試劑的優點是快速、有效且易于操作。但是，化學藥品會對生態環境產生不利影響，而死亡的藻還會造成二次污染。除非威脅緊急和生態安全，否則化學方法去除藻類的方法通常是不合適的。

3.5.3 生物方法

(1)生物操縱。通過以藻類為食的動物，例如鰱魚、魚等控制藻類的繁殖。但是浮游動物和魚類對藻類牧食壓力不大，且對藻類牧食具有選擇性。

(2)人工浮島。該方法的原理是，根部直接吸收水中的養分以限制藻類的生長，但是養分吸收慢導致藻類的去除效率低。根據各種實踐，物理化學和生物技術組合治理被認為是治療三十六腳湖較好的方法。首先要控制沉積物和藻類內源的氮和磷，減少周邊農村生活污水、畜禽養殖和農藥化肥的污染，其次加強預警和防范，在三十六腳湖容易爆發藍藻水華的取水口加裝水質監控和預警系統，加強對藍藻水華預警防范，最后通過布設生物浮礁吸磷、底層微納米曝氣、調整水域浮游植物群落結構等方式對水質進行改善和修復，恢復健康的水生生態系統。

3.6 水環境教育工程

為了改善三十六腳湖的水質，除了治理監督外，還需要在中小學中加強水環境保護教育，從根本上提高公眾對水下環境保護的認識，建議建立一個水環境教育中心，以水環境保護的宣傳和教育為內容教育，建立公眾與自然之間的健康關系，并繼續保護水資源，從而促進自然教育基礎設施的建設，以減少資源污染。

4 結語

文章介紹了從微污染水源中檢測和去除藻類的方法探討。隨著我國飲用水源處理技術的發展，在未來的工作中，藻類和有機物的去除將達到更高的水平。