蓝藻水华防控方法

2022-08-15杨宗佳付京花

湖北畜牧兽医 2022年2期

杨宗佳，付京花

（华南农业大学海洋学院，广州 510000）

随着大气中CO2浓度的增加、全球气候变暖以及江河湖泊等水体逐渐富营养化，导致蓝藻水华现象频繁暴发［1］。以蓝藻为主的水华防控已成为全世界诸多学者关注和研究的热点。

1 蓝藻水华诱因及其特点

蓝藻水华与外界环境和蓝藻自身的生理特点有关。李媛等［2］研究发现，发生蓝藻水华的诱因主要有：①水体中含有过量的营养盐浓度，如过量的氮和磷；②水体更新迭代慢且长时间处于高温、低水位、降雨少的状态；③水体内含有能促进藻细胞生长的微量元素；④水体中的滤食性鱼类偏少，不利于藻细胞的清除。另一方面，与其他藻类相比，蓝藻细胞本身拥有更强的抗逆性，更容易在极端环境下存活；它还具有固氮、浓缩CO2和伪空泡等特性［3］，可凭借浮力的调节摄取水体底部的营养成分［4］。这些特点使得蓝藻优胜于其他藻类，使其大量增殖，进而暴发蓝藻水华现象。

2 蓝藻水华的危害

蓝藻水华的主要危害在于其产生的藻毒素，马晶晶等［5］研究发现，蓝藻毒素中以微囊藻毒素的危害最大，主要表现为该毒素会沉积在动物体内各个组织器官，影响动物的生长、发育和繁殖；这些毒素还会污染人类及动植物饮用的水源；这些被污染的水流动或撞击岸边时，会释放毒素到空气中，人类呼吸后会引起呼吸道疾病；有毒藻类在分解过程中会消耗水中的氧气，导致水生生物窒息而死；蓝藻水华还会影响水质指标等因素，使水体生态功能急剧退化，严重损坏环境和经济效益。

3 蓝藻水华的防控方法

中国超过一半的湖泊和水库都处于富营养化状态，且对于蓝藻水华的防控治理缺乏系统的梳理和指导［6］。

不同水体暴发蓝藻水华的原因不尽相同。史小丽等［6］对不同防控手段的适用条件、范围、效果和成本进行了梳理和总结。充分掌握藻华的生长情况是治理的前提，在实际工作中应首先对水体生态环境进行基础调查以了解水质状况和营养水平，再选取恰当的防控方法，从而安全有效地防控蓝藻水华。水体治理常用方法分别为生物防控法、物理防控法和化学防控法。

3.1 生物防控法

生物防控法是控制水体富营养化和恢复自然生态的常用方法之一。水生动物和水生植物在防控蓝藻水华中可以起到一定的作用［7-12］。

3.1.1 水生动物防控法刘建康等［7］提出的非经典生物操纵理论的应用广泛且效果明显。非经典生物操纵理论是在水体中投放浮游食性鱼类直接消灭藻类，或控制水体中肉食性鱼类的数量以实现间接控制藻类的目的。与Shaprio 等［13］提出的经典生物操纵法相比，在水体中投放鲢鱼和鳙鱼后不仅可以除去毫米级的藻类，还可以通过捕鱼实现水体中N、P等营养盐的排出，有效缓解水体富营养化的问题［14］。

方程等［15］研究发现，鲢鱼的日滤食量可达体重的12.5%，鳙鱼则为9.5%，鳙鱼体重每增加1 kg，可将水体中32 g 氮、4.5 g 磷转化为机体蛋白质。当鲢鱼和鳙鱼的投放比例在3∶1 至4∶1，投放密度在50～60 g/m3时，可以获得较好的滤食效果。歹雁等［16］研究表明，施行以渔抑藻、以渔净水的“保水渔业”不仅降低了水体中浮游植物和浮游动物的生物总量，还使得总氮（Total nitrogen，TN）、总磷（Total phosphorus，TP）和化学需氧量（Chemical oxygen demand，COD）等出现了不同程度的减少，有效避免了蓝藻水华的暴发。

除此之外，水体中含有的多种污染物会被部分底栖动物如珍珠贝和三角帆蚌在滤水的过程中快速积聚［17，18］。大型滤食性底栖动物能滤食有机颗粒并大量摄食有害浮游植物［19］。因此在水华防控过程中亦可结合多种动物进行生物防控，从而达到净水的目的。

3.1.2 水生植物防控法与水生动物相比，利用水生植物进行生物防控具有成本低、能耗低和美化环境等优点［12］。水生植物在生长和发育的过程中可以有效吸收水体中的N、P。因此，定期收割水生植物从而带走营养盐的方法也常用于修复富营养化水体。研究应用较多的是挺水植物、漂浮植物和沉水植物3 大类生态系统。

研究表明，挺水植物鸢尾、漂浮植物凤眼莲、沉水植物金鱼藻对水体中不同浓度的N、P 都有很好的去除效果，其中鸢尾对TN、TP 的去除率分别高于60%、70%；凤眼莲分别高于80%、90%；金鱼藻分别高于 60%、90%［8-10］。除这 3 种水生植物以外，黑三棱、黄花水龙和伊乐藻等水生植物也具有相似的效果。水生植物防控的优点为植物来源广、容易培育，既可以用作观赏也可以用于造景。待水体修复后还可将其收割作为饲料进行加工处理，产生经济价值的同时还能避免N、P 回流［11］。

3.2 物理防控法

物理防控法主要应用于2 方面，一方面是用机械方法直接打捞移出湖泊中的藻类。另一方面是通过调节水体中的N、P 含量，减轻水体的富营养化，抑制蓝藻水华的暴发［4］。在物理层面通常选用调水稀释、超声波、曝气和机械除藻等方法，但这些方法通常在较大水域收效甚微，且存在成本消耗高、耗费时间长和可能会再次对水体造成污染等问题。

3.2.1 调水稀释法调水稀释法是将N、P 浓度低的洁净水体调度至已污染的水体，这两者的N、P 浓度差值越大，清洁效果越好。如安徽省的“引江济巢”工程，开启凤凰颈站闸引长江水入巢湖［20］。此方法主要是加速水体的更新迭代，降低水体富营养化程度，还能将藻细胞带出水体［6］。该方法已应用于中国的太湖、梅梁湖和贡湖［4］。

3.2.2 超声法超声法是使用超声仪器向水体中发射超声波，凭借其“热效应”和“空化效应”损坏蓝藻的细胞壁和其内的生物活性物质，并破坏蓝藻细胞的伪空泡，使其无法悬浮而沉底，从而达到消灭藻类的目的。在小型湖泊和景观水体使用较多的是固定式超声仪，而在大中型湖泊中移动式超声仪使用较多［21］。该方法除藻效果明显，但在实际应用中需要考虑降雨、光照强度和温度等自然因素的影响［22］。

3.2.3 曝气法曝气法是使空气与水体强烈接触的一种手段，常用的有微纳米气泡发生器和扩散装置［23］。一方面可以增加水体含氧量，刺激水生植物和浮游动物的生长；另一方面可以缓解藻类在水面堆积，稳定底泥生态环境。但这种方法需要的曝气设备配置较高，且能耗也较高，因此常用于小水体作业［24］。

3.2.4 机械除藻法机械除藻法是应用最普遍、成熟的应急方法。该方法采取人工捞藻和固定收藻装置的方法进行除藻，优点在于基本上不会影响生态环境，但除藻成本高昂且难以从根源上消除水华现象。太湖原位的试验表明［25］，当打捞量大于50%时，蓝藻生长速率在15 d 内得到有效抑制。但在实际作业中，打捞量往往少于50%，因此除藻效果并不理想，还有可能会越捞越多。

3.3 化学防控法

化学防控法是应用最为广泛的除藻方法之一，该方法通常是使用化学制剂如强氧化剂（ClO2、H2O2和K2FeO4等）、絮凝剂［PAC、FeCl3和Al2（SO4）3等］投放到水体中，凭借其强氧化性破坏蓝藻的细胞壁，使其裂解、死亡，或凭借絮凝剂的水解特性令藻细胞聚集从而沉入水中［22］。

3.3.1 氧化剂除藻法氧化剂除藻法是向水体中投放强氧化剂以实现去除藻类的方法。其中使用ClO2进行预氧化除藻，可以迅速裂解叶绿素，抑制蓝藻的生长代谢［24，26］。当 ClO2和 PAC 的投加量分别为 0.5、5 mg/L 时，对小球藻的去除率高达 98.47%［27］；H2O2是一种无毒、低害的除藻剂，能快速高效地消灭蓝藻，改变浮游植物的组成结构［28，29］；K2FeO4是一种新开发的环保型水处理制剂，兼具氧化和吸附功能，可以有效地强化混凝除藻，当K2FeO4的投放量为4 mg/L时，对藻细胞的去除率为73.0%［30］。

氧化剂除藻法具有操作简单、成本低、适用范围广和效果明显等优点，但部分氧化剂在使用过程中可能会产生有害物质，长期使用还可能使藻类产生耐药性，可能会再次污染水体［31］。

3.3.2 絮凝剂除藻法絮凝剂能使藻类和其他大颗粒污染物聚集沉降，应用较多的有聚合氯化铝（PAC）、FeCl3、Al（SO4）3等无机絮凝剂。吴昊澜等［32］发现在常规混凝条件下，当PAC 的投加量为0.08 mol/L 时，对藻的去除率为96%。冯辰辰等［33］发现使用0.10 g/L和0.12 g/L 的FeCl3絮凝70 min 后，对藻的去除率分别为93.5%和94.2%。使用0.05 g/L 和0.06 g/L 的Al（SO4）3絮凝70 min 后，对藻的去除率分别为98.7%和99.2%。此外，0.010 g/L 的壳聚糖和0.025 g/L 的聚丙烯酰胺也有较好的絮凝效果。

絮凝剂除藻法具有沉降速度快、成本低和效果显著等优点，但存在着底泥产量增多、难以处理和污染物二次悬浮的问题［30］。