富营养化水体中抑藻技术的研究进展

李龙旭 张真真 杨玉萍 孔进

关键词：藻类;富营养化水体;抑藻技术

含有氮、磷等营养物质的污水进入水体，导致藻类增殖及藻毒素释放，给传统净水工艺带来前所未有的挑战，对饮用水安全构成严重威胁。寻求一种高效经济的抑藻方法是世界各国共同面对的难题。本文总结了国内外在物理、化学、生物抑藻技术方面的研究进展，以期为湖库水体富营养化治理提供新的思路。

1藻类暴发带来的危害

1.1藻类暴发对生态环境的不利影响

水体表面的藻类遮住阳光，导致其他水生植物无法进行光合作用。水生植物沉积到水底腐败后又放出氮、磷等营养物质。在这种情况下，藻类大量繁殖，水质恶化腥臭，水中缺氧导致鱼类窒息死亡。蓝藻在生长代谢过程中还会产生藻毒素，使水生群落中的其他生物死亡，初级生产量随之降低。浮游藻类的排泄物与死亡的水生生物沉积使水体变浅，造成湖泊陆地化，最终导致整个生态系统崩溃。

1.2藻类暴发对水厂运行的不利影响

藻类大量繁殖不仅对水体自身生态结构造成不利影响，还会影响水厂正常运行。水体中微藻密度较小，在混凝沉淀过程中难以去除。未被去除的藻类进入滤池导致滤池堵塞，从而使滤池运行周期缩短，反冲洗水量增加。水中大量藻类的存在，增加了混凝剂和消毒剂用量。这不仅提高了制水成本，还增加了水中消毒副产物的含量。藻类穿透滤池进入管网，促进了细菌生长。出厂水中残留的藻类又会造成管网水质恶化，增加配水的动力费用，使管网服务年限缩短。

2传统抑藻技术

2.1物理抑藻技术

物理抑藻技术是指采用人工或机械装置减少水体中藻类的数量的方法，主要有过滤法、超声波法、紫外线法。

过滤法是指利用微网过滤去除水中的藻类。此种方法不仅可以有效去除水体中的甲藻，而且能去除水中COD、TN、TP和叶绿素a。超声波法的原理是利用超声波的空化作用、声流作用、机械作用、热效应使藻蛋白破裂丧失活性，从而抑制藻类的疯长。研究发现低强度超声波（功率40W、作用时间10s）可加速微囊藻细胞的沉降。紫外线法即利用紫外线的辐射作用破坏藻细胞中叶绿素，达到杀灭藻类的目的。紫外线对铜绿微囊藻的生长有显著的抑制作用。在季节性水华最为严重的小型湖泊和水库中，紫外线法可成为控制藻类最简便有效的方法。利用紫外线的辐射作用，通过破坏藻细胞的DNA，达到杀死藻类的目的。紫外线能够破坏藻细胞中叶绿素，这是紫外线抑制藻类生长的重要原因之一。紫外线对铜绿微囊藻的生长有显著的抑制作用。研究表明在季节性水华最为严重的小型富营养化湖泊和水库中，紫外线辐射有可能成为控制藻类的一种最简便有效的方法。遮光法采用塑料制浮板遮光，覆盖面积为水面的50%～60%，以此来降低水下光照度。通过抑制藻类进行光合作用，从而降低藻类的增殖速率，达到抑藻的效果。遮光法抑藻的原理主要包括以下三个方面：一是在光照度条件比较低的情况下，藻类比增殖速率显著下降，从而抑制了藻类的增殖;二是光照度低会导致藻类的光合产氧速率低于呼吸速率，藻类消耗自身有机营养;三是光照度低会导致藻细胞活性下降，因此藻类沉降性能也较高，达到抑藻的目的。

物理法费用高、耗时长、操作复杂、不可持续抑藻，只能应用于小水体或大水体的局部水域。由于物理法不能从根本上治理藻类大规模暴发，其发展因此受到了限制。

2.2化学技术抑藻

化学抑藻技术是指通过向水体中投加化学药剂抑制水体中藻类的繁殖，它是目前能在短期内产生较好抑藻效果的一种技术。目前用于抑藻的所有化学药剂中，硫酸铜的应用最为广泛。铜离子可以影响藻胆体对光能的吸收和传递，藻类的光合作用受到影响，其生长速率自然大大降低。研究发现过氧化氢（H202）与硫酸铜组合投加能显著抑制藻类生长。在pH6～6.5范围内，0.08mmo]/L的A1C13可有效抑制水体中铜绿微囊藻的生长。水厂运行过程中，预氯化作为化学法中比较典型的一种方法可使藻类易于在后续处理工艺中去除，但化学法有破坏生态平衡，造成环境污染的风险。如长期使用硫酸铜会使cu2在底泥中不断积累，最终会导致水体中生物链遭到破坏。而且预氯化还会导致水体中藻毒素的溶解量增加，对饮用水安全带来威胁。

2.3生物抑藻技术

生物抑藻技术处理富营养化水体，具有运行费用低、不增加水中化学物质种类等优点，有良好的发展前景。生物抑藻技术主要包括微生物抑藻技术、生物滤食技术和植物化感抑藻技术。

微生物抑藻技术是利用溶藻病毒、溶藻真菌、溶藻细菌等微生物溶解藻类的一种技术，负责溶藻的物质一般为非蛋白成分。微生物抑藻技术可以有效地溶解鱼腥藻、束丝藻、微囊藻和颤藻等。生物滤食技术是运用生物操纵理论，在水体中引入以藻类为食的生物，从而抑制藻類的过度生长。植物化感抑制技术是指化感物质通过破坏藻细胞的叶绿素和细胞膜，影响某些酶的活性从而抑制藻类的一种技术，它具有生态安全性好、快速高效等优点。

虽然生物方法综合效益较高，但目前还不能把实验室有效的菌类、噬藻病毒等成功地应用于大规模水体的抑藻。生物抑藻技术虽然能暂时减少水体表面藻类的数量，但并不能杀灭藻细胞，藻细胞沉降到水底后有再次暴发的风险。

3抑藻技术的研究方向

3.1不同抑藻技术联用抑藻

过氧化氢与活性炭联用可形成一种高效、无副作用的抑藻技术，反应产物只有纯水和氧气，可有效保障水源的水质安全。而且此工艺应用范围广，抑制效果好。在富营养化水体中，新型化感抑制剂水杨梅与活性炭联用对铜绿微囊藻和斜生栅藻的抑制率可达60%，同时能有效降低水中的总氮和总磷的浓度。研究发现水杨梅不仅能很好地抑制水体中藻类的生长，还可促进富营养化水体的修复，是一种不可多得的绿色环保的抑制剂。

3.2人工湿地抑藻

人工湿地抑藻有很好的发展前景，它具有投资少，绿色无污染等优点。由于人工湿地本身对藻类就有机械过滤作用，加之生物膜与藻类竞争营养和光能，影响藻类进行光合作用，因此人工湿地总体抑藻率高达90%。此外，人工湿地中植物释放的化感物质也能抑制藻类的生长和繁殖。

3.3生态复合技术

生态复合技术是指通过“絮凝一溶解一降解一营养调节”来防止藻类暴发的一种安全、高效、环保的新型抑藻技术。它具有可持续性高、运行稳定等优点，可用于湖泊生态修复以及河道及水厂中藻类的去除，在控制淡水水华方面有着广阔的应用前景。

4结论

藻类暴发提高了水处理的难度，且对水环境安全仍存在威胁。传统抑藻方法存在不同程度的缺点，如何克服传统抑藻方法的缺点，寻求高效、清洁和没有二次污染的新型抑藻方法是水处理领域亟待解决的问题。各种新型抑藻方法大都局限于实验室阶段，人工湿地抑藻技术和生态复合技术在工程上切实可行，在未来预防藻类大规模暴发中有广阔的应用前景。