水华蓝藻物理控制方法研究进展

田静思 都 凯 王金恒 田 雪

（常州天衍环境科技有限公司 江苏常州 213000）

引言

近年来，全球水体富营养化程度越来越严重，富营养化导致浮游植物爆发性生长形成藻类水华，并伴有若干负面环境影响，如污染水体、藻毒素释放给动物甚至人类带来危害等。此外，水华藻类可以降低水体透明度，并大量消耗水体溶解氧，导致水生动物和植物窒息死亡，从而导致生物多样性的降低。因此，水华防治已成为水环境保护的一个重要课题。目前，常用的控制水华蓝藻方法有物理方法、化学方法以及生物方法等，其中，物理方法作为一种相对安全的除藻方式受到了人们的高度重视。本文将着重对当前各种物理除藻方法进行综述，以分析物理除藻方式的优劣和适用性。

1 国内外研究进展

物理方法是利用物理工程措施，控制水华藻类污染的一种技术方法，主要有超声波除藻、打捞除藻、稀释冲刷、絮凝沉降等一系列措施[1]。

1.1 超声波除藻

超声波除藻是目前除藻技术的重要研究方向，国内外研究者对超声波除藻抑技术进行了大量的研究，并取得了一定成果。张光明等[2]研究发现蓝藻细胞在超声辐射后的藻浓度的下降速度符合一阶反应，实验还发现提高超声波的频率会加快铜绿微囊藻液浓度的下降速度，并且微囊藻会在水体中释放更多的藻毒素。汤娇雯等[3]则分析了超声在频率高的环境下，会对生长期蓝藻密度产生较大影响，结果表明，蓝藻生长与超声频率成反比，与超声实施前相比，蓝藻藻液的浓度下降之前的38.9%；增加超声实施时间后，超声并没有加剧藻密度的下降，超声实施一定时间后对蓝藻生长的抑制作用会降低。韩国Ahn等[4]研究了超声频率对于徽囊藻繁殖情况的作用，发现20kHZ的超声对铜绿微囊藻的数量增长有明显抑制作用。Joyce等[5]在实验分析超声的频率对铜绿微囊藻作用，结果表明超声频率设定在580kHZ时除藻效果最好。

目前，超声除藻技术主要是在实验室内完成的，由于实验室环境过于理想，其结果跟原位实验还有一定差别，因此，今后应加强实际应用方面的研究。虽然高功率高频率超声对蓝藻生长的影响效果显著，但是高功率高频率的超声在水中衰减较快，致使目前技术方法还无法实施大面积水域除藻。

1.2 打捞除藻

富营养化水体出现蓝藻水华时，蓝藻死亡沉降后进入湖泊地质中，从而增加了底泥中的有机质含量，随着时间推移会通过矿化释放无机氮磷，最终加重湖泊上浮水富营养化程度。而藻类通过打捞方式移出湖体后，将会有效降低藻类死亡后沉降到底泥中的量。目前，我国和日本在水华蓝藻打捞设备研发方面成果较多，比如中科院南京地理与湖泊研究所研发了“大型仿生式水面蓝藻清除设备”，该设备采用仿生学原理可在湖面移动滤除蓝藻，处理效率可以达到1千吨/小时，目前已经在巢湖、滆湖、星云湖等国内富营养化湖泊进行应用。此外，中国船舶重工集团公司第七○二研究所已经研制成果多种型号的水华蓝藻清楚设备，包括“吸取型”和“分离型”等，可以适应不同的水体环境进行藻类的清楚作业。

从实际应用层面来看，打捞除藻方式（主要指机械打捞）主要定位为水华蓝藻应急处置，在小型景观水体中可以作为常规除藻手段。机械打捞的优势主要体现在可以高效、无污染的进行藻类的清除，从而保证水体正常功能安全；不过鉴于其处理能力，无法在太湖、巢湖等大面积水域应用效果有限。此外，目前针对机械打捞除藻效益的研究较少，尚无法客观评估水华蓝藻滤除后水体藻类的去除效应以及该方式对于水生态系统的潜在影响。

1.3 稀释冲刷

稀释冲刷是控制水华蓝藻爆发的有效手段。稀释冲刷控制蓝藻爆发主要通过两个层面来体现：一是通过增加湖库的水环境容量，从而降低湖库的富营养化水平，进而降低水华蓝藻的生长效率；二是通过缩短湖库的水利滞留时间，水利滞留时间缩短以后，水体的流动性增强，进而将水华蓝藻带走[6,7]。目前，世界上不少湖库都通过稀释冲刷的方式来控制水华蓝藻。比如“引江济太”工程通过调水入太湖，大大缓解了2007年太湖供水危机的危害程度。相关研究表明，中型水库每30天更换一次水，就能够有效控制水体的藻类水华[8]。美国的绿湖采用调水稀释的方法，将水力停留时间由14个月减至3个月，湖水中叶绿素下降明显，有效控制了蓝藻水华[9]。可见，合理运用稀释冲刷的方法可以有效防控蓝藻水华[10]。

1.4 絮凝沉降

絮凝沉降法受到了广泛关注和重视，在日本、韩国、美国以及我国众多湖库都有应用[11]。絮凝沉降法主要通过黏土中阳离子交换以及凝集作用将藻细胞和水体中颗粒凝聚沉降至水底，从而起到控制水华蓝藻的作用。黏土除藻优点体现在处理成本较低、材料易得、见效快等，并且在大面积水华蓝藻控制方面具有一定的应用前景。絮凝沉降法也存在一些问题，第一、有些溶胶性能不好，难以迅速凝聚沉淀水华蓝藻，并且使用量不高时不能有效削减水华蓝藻。针对该问题，不同材料处理效率差异很大，经常会出现需要投加大量材料才可控制水华蓝藻的情况，这样会增加湖库底泥的营养水平。第二、该方法实施以后并不能真正的杀死蓝藻，只是将表水层的蓝藻沉降到了底泥中，经过一段时间的扰动，蓝藻还可以从底泥中释放到上浮水，会形成蓝藻水华的二次爆发。此外，在秋季蓝藻快要死亡的时段投加，可能会造成底泥污染，成为来年黑水团发生的潜在原因之一。因此，絮凝控藻实际施工过程中，应根据水体的理化性质，尤其要注意结合pH值选择絮凝剂配方，并根据现场水体受风浪影响状况及水华蓝藻的生长阶段判断是否投加絮凝剂，这样可以实现比较好的除藻效果，并避免二次污染。

结语

由于物理除藻方式对水环境的负面影响比较小，目前已经在国内外广泛的应用于河流湖库水华蓝藻控制，并且取得了不俗的效果，不过鉴于每种物理除藻方式都有其限制因素，因此，在方法选择方面需要结合具体问题进行取舍，有时面对复杂的情况甚至需要多种方法综合使用来控制水华蓝藻。