核电站附近海域赤潮防治技术研究进展

马文豪　张可佳

（1中核浙能能源有限公司浙江杭州310051 2建筑工程学院浙江大学浙江杭州310058）

核电站附近海域赤潮防治技术研究进展

马文豪1张可佳2

（1中核浙能能源有限公司浙江杭州310051 2建筑工程学院浙江大学浙江杭州310058）

针对核电站的温排水会造成附近海域更易发生赤潮，进而影响核电站的正常运行及海洋环境污染，本文分析了赤潮产生的影响因素，论述了目前普遍采用的控制赤潮的方法：物理法、化学法和生物法。其中化学除藻技术发展较为成熟，应用广泛。生物处理中的化感作用和酶处理技术具有很强的经济效益和可操作性；以藻治藻和以菌治藻正处在发展初期，但前景看好。

核电站温排水；赤潮；影响因素；化学处理；生物处理

1前言

滨海核电站通常设计为直流冷却，运行期间会产生大量温排水。若所处海域流场封闭，不利于温排水扩散[1]，势必造成海水中的一些特定浮游微藻（或原生动物）爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色，即为赤潮。与淡水湖泊藻爆发不同的是，赤潮具有“范围广、频率高、种类多、节奏快”的特点。一旦核电站附近海域出现赤潮，也将严重影响到核电站的正常运行。因此如何科学地进行赤潮的研究和减灾，有效地进行赤潮防治已成为迫切需要解决的重大问题。

2赤潮产生的影响因素

2.1海域中存在大量赤潮藻类

海域中的赤潮藻类的存在，是发生赤潮现象的前提。目前，世界各大洋中能形成赤潮的浮游生物共有180多种，我国记录到的有63种，其中能形成优势种的有28种。一般情况下，许多藻类在冬季形成孢囊，进入休眠期。直到第二年春季，温度回升，盐度适合时，水体的赤潮藻类大量繁殖，迅速生长，引起赤潮。

2.2温度影响

赤潮发生的时间多在4~6月。当海水的温度为20℃~30℃时，适宜赤潮藻类孢囊的萌发，并大量繁殖。在全球气候变暖的情况下，我国出现了自20世纪90年代以来罕见的冬暖高温天气，“三九”天气温度达10℃，这对赤潮发生有一定影响，爆发时间会提前，持续时间更长。同时也有研究表明，海洋浮游植物的生长繁殖、群落结构、生理生化及遗传性状与核电站的温排水的升温作用有直接关系[2-4]，温排水直接影响受纳海域浮游植物的种群结构与丰度[5]。因此，在核电站海域附近，爆发赤潮的风险性更大。

2.3风、流等影响

赤潮生物是单细胞生物，其移动范围有限，它的分布、聚集和分散直接受到水体运动的影响，水体可以将赤潮生物带到适合其生长繁殖的水域。而陆源污染物如沿河排放的工业废水、生活污水、农业污水及固体废弃物通过河流径流汇入大海，严重影响了入海口海域的环境质量，同时还会带来大量可能影响赤潮藻进行光合作用的悬浮物质。有些专家和学者还提出地幔流体在高压下从海底地壳裂隙中溢出后，使近海富营养化的海水上升，不断给海水表层补充营养盐，尤其能提供诱发赤潮的微量重金属Fe和Mn，使得表层赤潮藻大量增殖[6]。

2.4 N、P及微量元素的影响

海水中营养盐浓度的增加，尤其是N和P的增加导致海水富营养化，是发生赤潮的最主要的因素。海水中N/P一般为15。当海洋中N/P>22时，藻类的生长受P限制，而N/P<10时受N限制。江艳等[7]研究了N、P营养浓度对赤潮中常见的有害藻种异弯藻的生长影响。结果表明赤潮异弯藻最适合在N37.5mg/L~225.0mg/L，P5.0mg/L~50.0mg/L，N/P=25条件下生长。

3赤潮的防治技术研究

由于赤潮的波及面很广，含藻量多，难于打捞和收集处理。目前对赤潮的防治主要采取杀灭赤潮生物的方法。治理赤潮的难点在于海浪运动会改变药剂浓度分布，如何解决在极短时间内，保持药剂浓度在能杀灭赤潮生物的阈值内，又不对非赤潮生物有任何伤害，也不存在药剂本身的二次污染，只是要解决的关键技术问题。

3.1物理法

3.1.1粘土法

目前国际上公认的一种物理方法是撒播粘土法。利用粘土微粒对赤潮生物的絮凝作用进行去除。撒播粘土浓度达到1000mg/L时，赤潮藻去除率可达到65%左右[8]。由于粘土溶胶性差，用粘土作絮凝剂存在用量大和海水悬浮颗粒过多的问题，可以通过对粘土的改型来减少投加量。

3.1.2碎稻草法

大连市近岸海域曾采用碎稻草吸附除藻[10]，效果显著。赤潮12km2范围海水呈红色，由海洋原甲藻和长菱形藻为优势种，采用了碎稻草进行吸附，去除率为81.8%~94.2%，相比采用常用的物理吸附剂炉渣、蒙脱土吸附，具有投加量少、去除率高、成本低等优点。

3.2化学法

3.2.1硫酸铜法

硫酸铜至今被认为是可获得的最有效的除藻剂[11]，因为铜离子会影响藻类的生长代谢，抑制光合作用，影响原生质膜的渗透性，同时铜离子对藻类还具有很强的吸附能力。但直接投加硫酸铜会造成局部水域铜离子浓度过高而伤害鱼类等非赤潮生物，同时药效持续时间短。

另外，可以利用生物载体，如海带、壳聚糖等去吸附工业废水中的Cu2+，再投入到海水中，载体缓慢释放出铜离子而杀灭赤潮藻，2d后除藻率达75%，这种方法可利用废水的Cu2+，变废为宝，节约成本。

3.2.2二氧化氯法

ClO2是一种广谱、高效、安全、贮存和使用方便的新型杀菌、消毒剂，具有适用pH范围广（在6~10的范围内均可有效使用），不产生有机氯化物、氯酚及三氯甲烷等具有臭味和致癌的物质，不会对环境造成二次污染。研究表明[14]，一定浓度的ClO2对赤潮藻有明显的抑制和杀灭作用。藻细胞在108cells/L数量级时，0.59×10-2mmol/L的ClO2就能有效地控制和杀灭。

3.2.3有机药剂法

目前，有许多研究者从事有机除藻药剂的研究。1990年，木尾原等[15]研究出C5-C24的烷基香芹酮酸或其衍生物的有机物除藻剂，在1m2水面上投撒100g~1kg药剂即可消除赤潮，但存在投加量大的问题。也有报道采用碘类消毒剂进行赤潮治理，其中除藻效果明显的是四烷铵络合碘[16]。当起始藻细胞密度为1.5× 106cell/mL时，低于15mg/L的四烷铵络合碘溶液对球形棕囊藻生长有一定的抑制作用。当四烷铵络合碘高于25mg/L时，第5天除藻率达到80.3%，7天后达到95%，且连续15d藻细胞没有再增殖，药效期较长。一些表面活性剂治理赤潮也有较好的效果。

3.2.4羟基自由基治理

羟基自由基（OH·）氧化性很强，其氧化还原电位为2.80V，比Cl2、O3高出70%和39%。它能使赤潮微藻的细胞膜脂质过氧化，氨基酸氧化分解，DNA结构的碱基置换、丢失和DNA链断裂，从而彻底破坏藻细胞。在2mg/L的低浓度下，在6s~45s极短时间内能100%杀灭赤潮生物。同时在此浓度下不会对海中的鱼、虾、贝类等经济生物构成任何威胁。在药剂投放20min后或离海面1 m以下海水中的羟基药剂浓度更是低于0.1mg/L。羟基自由基是由H2O和O2在外加物理化学等因素作用下产生的，经过氧化分解后又还原成H2O和O2，不存在任何残留物。实际操作中先利用海水和空气电离制备羟基溶液，通过喷头均匀喷洒在水面上，治理1km2海面的赤潮生物，药剂费用不超过10元。

3.3生物法

3.3.1栽培大型经济海藻

大型海藻不仅能与赤潮微藻进行营养竞争，防止赤潮生物的爆发性繁殖和增长；还能向环境中分泌相生相克化合物即化感物质，抑制赤潮藻的生长。从大型藻类提取出的起主要灭藻作用的化感物质有香草醛、没食子酸、儿茶素、N-苯基-2-萘胺和壬酸等，它们从大型海藻中分泌出来，通过自氧化产生自由基，引起藻细胞脂膜过氧化程度加剧，损伤膜结构，从而达到除藻的目的。

我国曾采用凤眼莲（水葫芦）、水花生、浮萍等进行湖泊营养化治理，尽管上述植物能吸收大量营养盐，且能分泌化感物质，但由于利用价值不高，未能从水体中及时收获，其死亡腐烂反而导致更严重的富营养化。因此所选大型海藻应具有一定的经济价值，产品具有一定的市场。当然还要根据不同的海域和气候，选择合适的大型经济海藻。

3.3.2酶处理技术

微生物作用产生的细胞外聚合物与微生物细胞一起形成一层生物膜——微生物粘泥，它起到一种屏蔽作用，使杀生剂难以向细胞内渗透。早在70年代,就有人提出利用酶处理生物粘泥的全新概念和方法。US4684469开发了一种方法，是利用杀生剂和多糖分解酶二种组分来控制粘泥的生成，但杀生剂本身所具有的毒性是其应用受到限制的致命缺点。鉴于此，NalcoChemical公司着手研究用多种酶的混合物处理工业粘泥的方法,并于1990年取得了专利。他们利用纤微素酶或葡萄糖酶与α-淀粉酶、蛋白酶的混合酶,投加剂量2mg/L~10mg/L即能有效去除粘泥。机理为α-淀粉酶首先破坏葡萄糖分子的α键，使粘泥外部产生裂纹，从而使葡萄糖酶进入其中破坏其中所含的碳水化合物，蛋白酶则破坏细胞外的蛋白质分子[19]。

3.3.3以藻治藻和以菌治藻

王悠等发现不仅大型海藻会对赤潮微藻起到抑制和杀灭作用，赤潮微藻之间也会存在相互影响。在原甲藻-塔玛亚历山大藻的双藻培养体系中，原甲藻的生长受到明显的抑制作用，最终被完全灭杀。结果表明，塔玛亚历山大藻能分泌出化感物质抑制共培养的原甲藻；但原甲藻或者不能分泌，或者分泌化感物质较少，以致对塔玛亚历山大藻的影响不大。

利用海洋微生物灭活赤潮藻及对藻类毒素的有效降解，从而使海洋环境长期保持稳定的生态平衡，因而是一种理想的防治方式。Ishio等从海洋污水中分离的一株弧菌Vibrio algoinfestus，可以分泌一种“甲藻生长抑制剂”来杀死Chattonella antique，该抑制剂稳定性高，且对鱼类无害。他们还从水华铜绿微囊藻中分离出类似蛭弧菌的细菌，该菌能进入铜绿微囊藻的细胞，并使宿主细胞溶解。宿主在溶解过程中，细菌立刻以多价裂殖方式在其周围空间繁殖大量的后代细菌，并释放出来，迅速感染其他健康藻细胞。郑天凌等从赤潮多发区西海域采集分离筛选到三株细菌，分别属于芽孢杆菌属、巨大芽孢杆菌属和鞘氨醇单胞菌属，将它们与塔玛亚历山大藻共同培养，发现3种海洋细菌的过滤液对塔玛亚历山大藻均有明显的抑制作用。

4结语

目前国际上治理赤潮的主要方法是物理法和化学法，其研究方向是通过对除藻剂的改进或选择高效、易操作的材料来提高去除率，改善处理环境。而利用海洋微生物治理赤潮的研究刚刚兴起，由于其具有去除率高、对其他海洋生物无危害等优势，使得这一崭新的方法在赤潮治理中具有巨大的应用前景。但同时由于本身的种群多样性、生态功能多样性、遗传多样性等特点使得利用生物治理变得错综复杂。如何加强对起降解作用的海洋微生物的筛选、培育和控制是将来研究的重点。另外，在目前的研究中较少涉及到对赤潮藻毒素的研究，赤潮微藻在自身的新陈代谢和被去除的过程中都可能释放出藻毒素，其对海洋生物及人类的危害不容忽视。因此在以后的治理研究中，如何处理赤潮藻毒素也应作为一个必要的方向。

[1]於凡,张永兴,曹颖,等.全球变暖背景下核电站温排水对海洋生态系统的影响[J].海洋湖沼通报,2010,2:155-161.

[2]Martinez A A,Abundes S,Gonzlez ME,et al.On the influence of hot-water dischargeson phytoplankton communities from a coastalzone of gulf of Mexico[J].Water,Air,and Soil Pollution.2000,119: 209-230.

[3]胡国成.我国沿海赤潮发生的原因及其危害[J]．中国水产，2006，2:73-74+80.

[4]缪锦来,石红旗,李光友,等.赤潮灾害的发展趋势、防治技术及其研究进展[J].安全与环境学报,2002,2(3):40-44.

[5]奥田庚二.赤潮沉淀法[P].日本特许公报,JP平1-285134，1989．JP平2-86888,1990.

[6]王惠卿，杜广玉.大连市近岸海域赤潮状况、预测及防治对策[J]．中国环境监测,2000,16(6):42-46.

[7]华泽爱.赤潮灾害[M].北京:海洋出版社,1994,117-122.

[8]赵玲，洪爱华，尹平河，等.沸石载铜除藻剂的探讨[J].中国环境科学，2002，22(3):207-209.

[9]张珩，杨维东，高洁,等.二氧化氯对球形棕囊藻的抑制和杀灭作用[J].应用生态学报，2003，14(7):1173-1176.

[10]木尾原，忠彦，石田祀朗．赤潮ブラニタトの防除剂[P].日本特许公报，JP平2-67205,1989.

[11]徐永建,钱鲁闽，焦念志，等．江蓠作为富营养化指示生物及修复生物的氮营养特性[J]．中国水产科学,2004,11(3):276-280.

[12]郦和生.循环冷却水杀生技术的进展[J].工业水处理,1996,16 (1):11-13.