湖庫高藻水成因分析及凈水廠應對策略研究

關鍵詞：高藻水；影響因素；處理工藝

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0263-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.074

Analysis of the Causes of High Algal Water in Lake and Reservoir and Study on the Response Strategies of Water Treatment Plants

XIAO Ning （Shanghai FudanWater Engineering Technology Co.，Ltd.，Shanghai2OO433，China）

Abstract：ManylakesandreservoirsinChinaarefacing varyingdegreesofalgae polution.Whenthealgaecontent is too highandformshighalgaewater，itwillposeaseriouschallngetodrinking watersafety.Detailedanalysiswasconductedon theinfluencingfactorsthatinducethegenerationofhighalgaewaterinlakesandreservoirs，includingbasicconditionssuch astemperature，utrients，andlight，asellashdrauliconditionssuchasflowvelocityturbulene，shearstress，dwater retentiontime.Atthesame time，thecurrent processesadoptedby water purification plants for treating highalgae water， suchas physical，chemical，andbiologicalmethods，weresummarized，andtheadvantagesanddisadvantagesofrelted processes wereanalyzed.Intended toprovide strong technical supportandreference basis foroptimizing high algae water treatmentschemesandefectivelyensuringwatersafety，andtoasistinthedevelopmentndimprovementofdrinkingater safety assurance.

Keywords：high algal water; influencing factors; treatment process

近年來，氮、磷等營養物質流人水體，導致水體富營養化并引發藻類大量滋生，特別是在湖泊和水庫等封閉型水體中，易形成高藻水。我國眾多湖泊和水庫面臨不同程度的藻類污染問題。例如，太湖和滇池等地常年出現藻類嚴重滋生現象，而北方地區部分水源在特定季節也會頻繁出現藻類過度繁殖現象[1]。藻類滋生導致湖泊和水庫中水源的有機物濃度升高，不僅加劇了消毒副產物風險，還嚴重威脅了生態系統健康和飲用水安全。同時，藻類過度生長將消耗大量溶解氧，導致沉積物中的錳離子被還原，從而重新進入水體，增加凈水廠處理難度。部分藻類能夠分泌毒素，一旦進入飲用水源，就會對人類健康構成潛在威脅，包括引起腸胃不適、肝臟損傷甚至致癌的風險。此外，高藻水給常規水處理工藝帶來極大挑戰，如顯著增加混凝劑用量、造成濾池堵塞、干擾消毒效果等。面對湖庫高藻水體的問題，目前已有用多種處理技術和方法。本研究主要梳理了湖庫高藻水形成的原因并評估了當前處理技術的不足，以期為湖庫高藻水的凈化提供技術性參考。

1藻類滋生的影響因素

1.1基礎條件

溫度、營養鹽、光照均可影響藻類生長。在適宜的溫度范圍下，隨著溫度的升高，藻類的代謝和生長速度通常會加快。但當溫度超出這一范圍，蛋白質可能會變性，酶的活性降低，進而抑制藻類的生長[2]。在營養鹽充足的環境中，藻類的細胞分裂和生長速度通常會有所提高。然而，營養鹽比例不平衡可能會擾亂藻類的正常生長和繁殖過程，甚至影響某些有毒藻類毒素的產生[3]。光照強度通過影響藻類的光合作用效率從而控制藻類生長。因此，深入理解這些因素對于研究藻類的生態特征及控制藻類生長具有重要意義。

1.2水力條件

水動力學通過影響水體的流速、湍流強度和化學物質分布來影響藻類的形成和生長過程。流速通過影響水體的流動速度間接調控藻類的分布和遷移。例如，人工水庫的建設通常會導致水體流速的降低，形成熱分層現象，這會阻礙物質的垂直交換，便于營養物質的積累和藻類的增長。進一步的，水力學通過改變水體的溫度分布、混合狀態以及營養物分布，影響藻類的繁殖。已有研究表明，較高的流速會破壞藻類的聚生狀態，抑制其生長，而適中或較低的流速則可能促進藻華的形成，即“低促進、高抑制”的速度效應。而與流速相比，湍流和切應力更全面地反映了水體的流動特性，對藻類生長的影響更直接、更具體。適宜的湍流條件通過促進營養吸收和能量代謝來促進藻類的生長。更細致的湍流動力學研究表明，適度的湍流可以通過提高營養物質的擴散效率來提高藻類的利用率。水體的剪切應力對藻類細胞的形態、抗氧化系統和光合作用等生理過程也有影響。

水體的停留時間決定了溶解物在水中的駐留時長。較長的停留時間通常有利于藻華的形成和發展，反之，通過調控措施減少水體的停留時間可以有效地遏制藻類的滋生。此外，水中的溫度分層現象對浮游植物的生長和分布產生顯著影響。在水層穩定的情況下，藻類更易于向溫暖的水面層遷移，進行光合作用，這種向上的垂直移動顯著促進了藻類的生長與繁衍。

2水廠應對高藻水的措施

當前凈水廠處理高藻水所采取的工藝措施主要包括如物理法、化學法以及生物法等。

2.1物理法處理

2.1.1 沉淀與氣浮法

混凝沉淀通過投加混凝劑使水中雜質形成絮體，然后沉降去除。混凝沉淀對于高藻水中較大藻類顆粒的沉降相對容易，但對微小藻類和浮游藻類沉降效果較差。沉淀工藝簡單、成本低，常作為預處理手段，以減輕后續處理負荷。例如，某小型水廠采用沉淀預處理高藻水，可去除 3 0 % ～ 5 0 % 的藻類，但后續仍需深度處理以滿足水質要求[4]。

氣浮法利用微小氣泡附著藻類顆粒使其上浮分離，其中溶氣氣浮較為常見。溶氣氣浮利用高壓使空氣溶解于水，再常壓釋放形成氣泡。氣浮對藻類和懸浮顆粒去除效率較高，尤其適用于低濁高藻水，具有處理速度快、占地面積小等優點。但是，氣浮設備復雜，運行成本高，對操作管理要求嚴格。研究顯示，氣浮工藝對藻類去除率可達 8 0 % 以上，但實際運行中氣泡大小、氣浮時間等因素會影響處理效果。

2.1.2 過濾法

過濾的兩種常見形式包括砂濾和超濾膜。砂濾工藝是以砂粒作為過濾介質，主要通過物理截留去除藻類和其他雜質。水體流經濾池時，較大的顆粒被砂粒間的孔隙截留，同時部分有機物和細小顆粒被吸附固定。砂濾工藝操作簡單、成本低廉，并且過濾效果穩定，能夠有效減少出水濁度。然而，該方法存在一些缺點，如易堵塞、反沖洗耗水量較大、對溶解性有機物和小粒徑藻類的去除效果有限等。

超濾膜過濾基于膜（孔徑 0 . 0 0 1 ～ 0 . 1 0 0 μ m ）的篩分原理，能夠有效去除藻類。該技術無須使用化學藥劑，操作簡便，但存在膜污染的問題，超濾膜受污染后其通量降低，并導致運行成本增加。為解決膜污染的問題，水廠通常會采用預處理和定期膜清洗等手段。

2.1.3粉末活性炭吸附法

粉末活性炭具有巨大比表面積，能有效吸附藻類、有機物、嗅味物質等。其吸附原理包括物理吸附和化學吸附。物理吸附基于微孔結構對分子的吸附，化學吸附是活性炭表面官能團與吸附質的化學反應。粉末活性炭吸附對嗅味物質和部分有機物去除效果好，可改善水的口感和氣味，作為應急處理措施能快速降低水中污染物濃度。但粉末活性炭吸附容量有限，需定期更換或再生，再生過程復雜且成本高。

2.2化學法處理

2.2.1 臭氧預氧化

臭氧可有效破壞藻類使其細胞失活，從而達到除藻的目的。同時，臭氧的強氧化性可有效降解水中有機物，打破顆粒表面電荷平衡，從而提升后續混凝沉淀處理的效果。在大型水處理廠中，臭氧預氧化通常與生物活性炭等工藝聯合使用。例如，在處理高藻地表水時，借助臭氧的強氧化與活性炭的吸附能力，并利用附著在活性炭孔隙內的微生物作用，能夠顯著去除藻類、有機物、嗅味物質。然而，臭氧氧化也存在部分缺陷，在應用中需要嚴格控制臭氧的投加量和接觸時間，以減少溴酸鹽等有害副產物的生成[5]。

2.2.2 高錳酸鹽預氧化

高錳酸鉀預氧化通過溶解藻細胞，從而去除水中藻類。該方法可以在一定程度上去除水中的有機物、嗅味，同時藥劑成本較低。但是，過量投加高錳酸鉀可能導致水中的錳離子濃度增加，改變水體顏色，還可能導致藻細胞溶解從而釋放胞內物質，如嗅味物質和其他有機物。因此，在實際應用中，需要合理控制藥劑的投加量以保證處理效果。

2.2.3 預氯化

預氯化利用氯的強氧化性殺滅藻類，殺藻效果顯著，能快速降低藻類數量，且氯價格低廉、投加設備簡單、操作方便。但是，預氯化會產生三鹵甲等消毒副產物，該類物質具有突變、致畸和致癌風險，還可能導致藻細胞破裂釋放胞內物。因此，在工程應用中需謹慎控制加氯量和反應時間。

2.3生物法處理

生物法通過微生物生長繁殖在載體表面形成生物膜，并通過生物膜代謝作用來去除水中的藻類及其代謝產物。當水體流經生物膜時，藻類被微生物吸附、分解和轉化。同時該方法可有效去除有機物及氮、磷等營養物質，從而削減藻類所需的營養物質，進而抑制藻類生長。生物膜法的運行成本相對低廉，且無須大量添加化學藥劑。然而，該方法需一定的時間培養和馴化生物膜，因此建立和啟動過程較慢。

常用的生物預處理技術包括生物接觸氧化法和生物濾池法。在生物接觸氧化法中，填料被布設在曝氣池內，微生物在填料表面附著，曝氣為微生物提供必需的氧氣，使微生物能夠氧化分解水中的污染物。而生物濾池法則通過濾材表面的生物膜來過濾和凈化水質。生物預處理的優勢在于有效提高原水水質，從而增強傳統水處理工藝的效率，并減少化學藥劑的使用，最終降低整體處理成本。然而，該方法對水質和水溫有一定的依賴性，需要為微生物提供適宜的生長環境，還需要相對較大的空間。在一些以地表水為水源的水處理廠，采用生物預處理技術可以有效降低原水中的有機物和藻類含量，減輕后續處理如混凝和沉淀的壓力，從而提升處理后水的質量。

3結論

本研究梳理了湖庫水源中藻華發生的影響因素，闡述了凈水廠所采用的應對策略。藻類的爆發性生長主要由富營養化、光照條件和溫度等因素共同驅動，水力條件也直接或間接地影響藻類生長過程。同時，探討了這些方法在不同環境條件和水質要求下的優勢及其局限性。未來，應當從多角度評估藻華發生原因，全面探究影響藻類生長的環境因素，同時從以下方面開展藻類生長過程評估及廠區應對方法的探究：構建精準預測模型以預測藻類生長繁殖過程，實現源頭控制；深入探究藻類與水環境各因素的交互作用，針對性地制定控制策略；進一步研究和優化膜技術、高級氧化技術等現代水處理技術在實際操作中的表現和成本效益，尤其是這些技術在去除藻毒素和其他有害物質方面的有效性。通過開展這些方向的研究，更深入地理解藻類問題的根本原因及其生態影響，從而開發出更有效、更經濟的管理策略。

參考文獻

1 汪國雅.含高藻水處理技術探析[J].環境科學與管理，2016（5）：97-99.

2 曹潔茹，桓清柳，吳霓，等.光照、溫度和氮磷限制對6種典型魚毒性藻類生長及產毒的影響[J].海洋環境科學，2015（3）：321-329.

3杜延生，錢佳歡，張海平.環境因子協同作用對藻類生長影響的研究進展[J].綠色科技，2017（24）：1-3.

4王兆東，王安爽，張克峰，等.沉淀－氣浮組合工藝處理低濁高藻水試驗研究[J].給水排水，2017（4）：14-17.

5李思思，王啟山，何鳳華，等.預臭氧化工藝處理高藻水的應用研究[J].中國給水排水，2011（19）：32-34.