富營養化水體中抑藻技術的研究進展

李龍旭 張真真 楊玉萍 孔進

關鍵詞：藻類;富營養化水體;抑藻技術

含有氮、磷等營養物質的污水進入水體，導致藻類增殖及藻毒素釋放，給傳統凈水工藝帶來前所未有的挑戰，對飲用水安全構成嚴重威脅。尋求一種高效經濟的抑藻方法是世界各國共同面對的難題。本文總結了國內外在物理、化學、生物抑藻技術方面的研究進展，以期為湖庫水體富營養化治理提供新的思路。

1藻類暴發帶來的危害

1.1藻類暴發對生態環境的不利影響

水體表面的藻類遮住陽光，導致其他水生植物無法進行光合作用。水生植物沉積到水底腐敗后又放出氮、磷等營養物質。在這種情況下，藻類大量繁殖，水質惡化腥臭，水中缺氧導致魚類窒息死亡。藍藻在生長代謝過程中還會產生藻毒素，使水生群落中的其他生物死亡，初級生產量隨之降低。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，最終導致整個生態系統崩潰。

1.2藻類暴發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結構造成不利影響，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。未被去除的藻類進入濾池導致濾池堵塞，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物的含量。藻類穿透濾池進入管網，促進了細菌生長。出廠水中殘留的藻類又會造成管網水質惡化，增加配水的動力費用，使管網服務年限縮短。

2傳統抑藻技術

2.1物理抑藻技術

物理抑藻技術是指采用人工或機械裝置減少水體中藻類的數量的方法，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、機械作用、熱效應使藻蛋白破裂喪失活性，從而抑制藻類的瘋長。研究發現低強度超聲波（功率40W、作用時間10s）可加速微囊藻細胞的沉降。紫外線法即利用紫外線的輻射作用破壞藻細胞中葉綠素，達到殺滅藻類的目的。紫外線對銅綠微囊藻的生長有顯著的抑制作用。在季節性水華最為嚴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，通過破壞藻細胞的DNA，達到殺死藻類的目的。紫外線能夠破壞藻細胞中葉綠素，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。研究表明在季節性水華最為嚴重的小型富營養化湖泊和水庫中，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。通過抑制藻類進行光合作用，從而降低藻類的增殖速率，達到抑藻的效果。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;二是光照度低會導致藻類的光合產氧速率低于呼吸速率，藻類消耗自身有機營養;三是光照度低會導致藻細胞活性下降，因此藻類沉降性能也較高，達到抑藻的目的。

物理法費用高、耗時長、操作復雜、不可持續抑藻，只能應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模暴發，其發展因此受到了限制。

2.2化學技術抑藻

化學抑藻技術是指通過向水體中投加化學藥劑抑制水體中藻類的繁殖，它是目前能在短期內產生較好抑藻效果的一種技術。目前用于抑藻的所有化學藥劑中，硫酸銅的應用最為廣泛。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。研究發現過氧化氫（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，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，預氯化作為化學法中比較典型的一種方法可使藻類易于在后續處理工藝中去除，但化學法有破壞生態平衡，造成環境污染的風險。如長期使用硫酸銅會使cu2在底泥中不斷積累，最終會導致水體中生物鏈遭到破壞。而且預氯化還會導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

生物抑藻技術處理富營養化水體，具有運行費用低、不增加水中化學物質種類等優點，有良好的發展前景。生物抑藻技術主要包括微生物抑藻技術、生物濾食技術和植物化感抑藻技術。

微生物抑藻技術是利用溶藻病毒、溶藻真菌、溶藻細菌等微生物溶解藻類的一種技術，負責溶藻的物質一般為非蛋白成分。微生物抑藻技術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。植物化感抑制技術是指化感物質通過破壞藻細胞的葉綠素和細胞膜，影響某些酶的活性從而抑制藻類的一種技術，它具有生態安全性好、快速高效等優點。

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用于大規模水體的抑藻。生物抑藻技術雖然能暫時減少水體表面藻類的數量，但并不能殺滅藻細胞，藻細胞沉降到水底后有再次暴發的風險。

3抑藻技術的研究方向

3.1不同抑藻技術聯用抑藻

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

3.2人工濕地抑藻

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

3.3生態復合技術

生態復合技術是指通過“絮凝一溶解一降解一營養調節”來防止藻類暴發的一種安全、高效、環保的新型抑藻技術。它具有可持續性高、運行穩定等優點，可用于湖泊生態修復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用前景。

4結論

藻類暴發提高了水處理的難度，且對水環境安全仍存在威脅。傳統抑藻方法存在不同程度的缺點，如何克服傳統抑藻方法的缺點，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，人工濕地抑藻技術和生態復合技術在工程上切實可行，在未來預防藻類大規模暴發中有廣闊的應用前景。