藻類對城市供水水質的影響和應對措施

唐善鋒

（廣西綠城檢測服務有限公司，廣西壯族自治區 南寧 530029）

1 引言

隨著城市化進程的不斷加速，城市供水安全問題日益凸顯，尤其是在水體受到藻類異常繁殖的影響下。藻類是一類廣泛存在于自然水體中的微生物，其生長受環境因素的影響，當水體富含養分，如氮、磷等，以及水溫等條件適宜時，藻類往往會發生異常繁殖，形成藻華現象。盡管藻類在生態系統中具有重要作用，但其過度繁殖卻可能導致水質惡化，對城市供水系統造成不利影響，這已成為供水管理者和環境保護部門關注的焦點。因此，通過深入探討藻類對城市供水水質的影響機制，總結應對措施的有效性，進而為城市供水管理提供科學的決策支持。

2 藻類對城市供水水質的影響

2.1 導致水質惡化

（1）藻類過度繁殖引發富營養化。富營養化是城市化、農業、工業等人類活動導致的一種環境問題，大量的排放物和化肥進入水體，使得水中的氮、磷等營養物質濃度升高。這些營養物質是藻類生長的限制因子之一，過量的養分供應使得藻類的生長速率迅速增加，形成了所謂的藻華。這些藻華通常是由一些優勢種藻類構成，它們占據了水體中的營養資源，壓制了其他水生生物的生長，破壞了生態平衡。

藻華的形成不僅改變了水體的透明度，使水質變得渾濁，還對水中的溶解氧含量造成影響。在藻類過度繁殖時，藻類白天進行光合作用，消耗水中的二氧化碳，釋放氧氣，從而提高水體的溶解氧含量。然而，在夜間或陰天，藻類停止光合作用，反而進行呼吸作用，消耗氧氣，導致水體的溶解氧含量降低，甚至可能引發缺氧的現象，危害水生生物的生存。

（2）藻類代謝產物對水質的不利影響。首先，藻類在生長的過程中釋放出的有機物和廢棄物會導致水體的有機物含量升高，進而影響水體的自凈能力。這些有機物在水體中分解時，會消耗氧氣，降低水體的溶解氧含量，導致水體缺氧，危害水生生物的生存。此外，有機物的富集還為細菌等微生物的生長提供了營養源，可能引發水體的富營養化。其次，一些藻類在死亡時會釋放出氨氮等營養物，進一步加劇水體中氨氮的含量。氨氮是一種常見的水體污染物，高濃度的氨氮不僅直接影響水體的生態系統，還可能與水中的有機物反應生成致毒的氮化合物，對水質和生態環境造成損害。最后，藻類在一些特定情況下還會產生毒素，如微囊藻毒素、類藻毒素等。這些毒素對人體健康構成潛在威脅，可能通過水體進入飲用水，引發胃腸道疾病、皮膚過敏等健康問題。因此，藻類代謝產物的存在，使得供水廠在水源地水質檢測時需要對這些毒素進行監測，確保供水水質的安全。

2.2 影響供水廠處理工藝與水質穩定性

（1）藻類增加混凝沉淀工藝難度。混凝沉淀是供水廠常用的水處理工藝，其通過加入混凝劑使懸浮顆粒凝聚形成較大的沉淀物，從而實現懸浮物的去除。然而，在藻類過度繁殖的情況下，藻類的細小顆粒和膠狀物質使得混凝沉淀變得更加困難。藻類顆粒的細小和膠狀物質的存在，使其在水中懸浮穩定性較高，不容易被混凝劑迅速聚集凝聚。這意味著在混凝過程中需要投加更多的混凝劑，并且可能需要較長的混凝時間，以確保藻類顆粒被充分聚集并沉淀下來。這不僅增加了處理成本，還可能影響供水廠的處理效率和水質穩定性。此外，藻類在混凝沉淀后可能影響沉淀物的穩定性和性狀。由于藻類顆粒和膠狀物質的存在，沉淀物的顆粒大小和結構可能不均勻，使得沉淀物的壓縮性和濾水性能變差。這可能影響后續的過濾工藝，增加濾料的清洗頻率和更換成本，同時也可能導致沉淀池等設備的堵塞問題。

（2）藻類爆發間接影響管道水質及腐蝕問題。藻類繁殖所產生的代謝產物和活性物質可能與供水系統中的金屬管道和設備發生反應，引發腐蝕和結垢，從而影響供水水質的穩定性。當供水水質鐵錳及鈣鎂含量較為豐富時，因藻類的代謝所引起的水源的pH變化，易于促進金屬管道內壁腐蝕形成的結垢，這些物質當pH變化導致拉森指數改變后，又會解離，導致鐵錳類物質釋放到水體中，引起“黃水”事故。此外，當采用一些遮光度不好的塑料管材時，若水體在管道停留時間較長，藻類會大量繁殖，附著在管壁上，造成管道堵塞，降低供水系統的運行效率，結垢表面還可能成為細菌和微生物的滋生地，進一步影響水質和供水系統的衛生狀況。

3 應對措施

3.1 監測與預警

（1）建立實時監測系統，掌握藻類繁殖情況。實時監測系統能夠及時、準確地獲取水源地水質信息，特別是藻類繁殖情況，從而實現快速預警和針對性應對。實時監測系統的建立包括以下方面：首先，應布設水質監測站點，涵蓋供水水源地、供水管道等關鍵位置。監測站點應選擇具有代表性的區域，確保能夠全面了解水體的變化情況。通過監測水體的營養物質濃度、渾濁度、溶解氧含量等指標，可以迅速掌握水體的富營養化程度和藻類繁殖情況。其次，應建立數據傳輸和處理系統，實現監測數據的實時傳輸和分析。現代傳感器和數據通信技術可以將監測數據迅速傳輸到供水廠或監測中心，進行實時監測和分析。通過建立數據模型和算法，可以預測藻類繁殖的趨勢，提前發現異常情況。

（2）構建藻類繁殖預測模型，提前預警。構建藻類繁殖預測模型，基于水體中的環境因素和歷史數據，利用數學和統計方法建立起來，能夠預測藻類繁殖的趨勢和可能的發生時機，為供水廠和監管部門提供預警信息。首先，藻類繁殖受到水體中環境因素的影響，如溫度、光照、營養物質濃度等。構建預測模型需要收集和分析這些環境因素的數據，建立與藻類繁殖的關聯模型。通過統計分析和機器學習等方法，揭示這些因素與藻類繁殖的關系，從而為預測提供科學依據。其次，歷史數據是建立預測模型的重要基礎。過去的藻類繁殖事件和水質數據可以作為訓練樣本，用來訓練模型，使其能夠較為準確地預測未來的藻類繁殖情況。模型可以運用時間序列分析、回歸分析等方法，識別出周期性變化和長期趨勢，為提前預警提供預測結果。最后，預測模型的建立還需要進行驗證和優化。可以將已有數據分為訓練集和驗證集，通過與實際情況的對比來評估模型的準確性和可靠性。在模型中引入實時監測數據后，還可以不斷進行調整和優化，提升預測的準確程度。

3.2 水體管理與修復

（1）加強水體生態系統恢復，減少富營養化。首先，水體的植物和動物群落在生態系統中發揮著關鍵作用。引入適當的水生植物和水生動物，如浮游植物、藻類的天敵等，可以構建更加穩定的生態鏈條，減少藻類過度繁殖的可能性。這些生物可以競爭藻類的營養資源，限制其生長，從而達到控制藻類繁殖的目的。其次，水體的營養物質輸入需要得到控制。限制農業、工業等活動中的養分排放，減少人為因素導致的富營養化，有助于防止藻類的過度繁殖。通過合理的土地利用規劃、排污管控等措施，可以減少養分的輸入，改善水體質量。最后，水體流動性的提升也對藻類繁殖的抑制有一定作用。增加水體的流動性可以有效稀釋富營養化物質，降低藻類的生長機會。這可以通過調整水體的流速、清淤等方式實現，幫助維持水體的生態平衡。

（2）引入適當的生物控制手段，控制藻類數量。生物控制可以利用天然的生物相互關系，通過引入天敵來抑制藻類的生長，從而降低其數量和影響。首先，引入一些食草性的水生動物可以幫助控制藻類數量。例如，一些食草性魚類，如草魚、鯽魚等，引入適量的這些魚類可以有效限制藻類的生長。同時，這些食草魚類還能夠維持水體中的生態平衡，降低富營養化程度。其次，引入一些天敵，可以通過捕食藻類來控制其數量。例如，某些浮游動物如水虱、小型甲殼類等是藻類的天敵，它們可以有效消耗藻類，減少其生長。此外，一些浮游動物還能夠攪動水體，降低藻類的聚集程度，防止藻華的形成。最后，一些微生物也可以作為生物控制的手段。一些特定的細菌和微生物可以分解藻類代謝產物，降低水體中有機物和營養物質的濃度，從而限制藻類的生長。這需要適當的環境調控，以保證這些微生物在水體中發揮正面作用。

3.3 預處理與加工技術升級

（1）優化供水廠工藝，適應藻類影響。首先，可以考慮引入更強效的混凝劑和絮凝劑，以增強懸浮物的凝聚性。在藻類過度繁殖時，水中的膠狀物質和微小顆粒使得混凝沉淀工藝變得困難。通過選擇合適的混凝劑和絮凝劑，可以有效促使藻類和其余的懸浮顆粒聚集并沉淀，從而實現水體的澄清。其次，升級過濾技術也是一個重要的優化方向。傳統的砂濾等過濾方法可能在藻類過度繁殖時效果不佳，因為藻類細小的顆粒可能通過過濾層逸出。采用更加先進的過濾技術，如微濾、超濾等，可以更有效地去除微小的藻類顆粒和代謝產物，保證過濾效果。

（2）引入高級氧化、活性炭等技術去除藻類代謝產物。首先，高級氧化技術包括紫外光/氫氧自由基技術等，具有較強的氧化分解能力，可以有效降解藻類代謝產物。這些技術利用紫外光、氫氧自由基等強氧化劑，將有機物質氧化分解為無害的物質，從而降低水中有機物和毒素的濃度。通過在供水處理中引入高級氧化技術，可以有效減少藻類代謝產物對水質的不利影響。其次，活性炭是一種常用的吸附材料，可以有效去除水中的有機物和色素等。引入活性炭吸附工藝，可以將水中的藻類代謝產物吸附到活性炭表面，從而減少其在水體中的濃度。同時，活性炭還具有一定的生物降解能力，能夠進一步降解吸附的有機物，有助于提高水質的凈化效果。

3.4 緊急響應與危機處理

（1）建立應急預案，迅速應對藻類突發情況。首先，應急預案需要明確責任分工和工作流程。明確相關部門和人員的職責，確保在緊急情況下能夠迅速啟動，并有序地開展各項應對工作。這包括供水廠、監管部門、環保部門等多個部門的協同合作，確保信息的及時流通和決策的迅速做出。其次，預案中應包括緊急監測和評估的措施。在藻類異常繁殖突發時，需要通過實時監測手段獲取關鍵數據，如水質指標、藻類密度等，以評估水質狀況的變化。基于準確的監測數據，可以更好地判斷緊急情況的嚴重性，并采取相應的應對措施。最后，應急預案還應包括一系列應對措施和方法。例如，可以制定快速清除藻類的方法，如物理清除、化學藥劑處理等。預案中也可以考慮引入臨時的水源調配方案，以保障供水的連續性。同時，應急預案中也應包括應對公眾關切和傳媒關注的溝通方案，確保信息的準確傳達，維護公眾的信心。

（2）提供備用水源，保障城市供水穩定。備用水源可以在供水系統出現緊急情況時，保障供水的連續性，減輕緊急情況對城市居民生活和工業生產的影響。首先，備用水源可以是來自其他水源地的水體。這些水源地可以位于不同的地區，具備獨立的水質保障系統。在藻類異常繁殖影響水源質量時，可以及時切換到備用水源，保障供水水質的穩定。其次，備用水源也可以包括地下水儲備。地下水相對穩定且不易受到外界環境的影響，因此作為備用水源具備較高的可靠性。在供水緊急情況下，可以通過地下水抽取設備將地下水提取出來，經過適當的處理后投入供水系統。最后，建立緊急調配機制也是保障備用水源有效使用的重要環節。當藻類異常繁殖影響供水水質時，需要迅速調動各方資源，確保備用水源的連續供水。這需要有清晰的指揮體系、協調機制以及信息共享平臺，以確保緊急時刻的有序響應。

4 結語

綜上所述，藻類異常繁殖對城市供水水質帶來的影響是一個綜合性問題，需要采取多方面的綜合應對措施。監測與預警、水體管理與修復、預處理與加工技術升級、緊急響應與危機處理等措施相互配合，將有效減少藻類對城市供水水質的不利影響，保障城市供水的安全和穩定。同時，還需要相關部門、供水廠、監管部門等多方共同努力，形成協同合力，應對藻類異常繁殖所帶來的挑戰。