云貴高原昭通漁洞水庫控藻技術(shù)初探

申開旭

（云南省水文水資源局昭通分局，云南昭通657000）

云貴高原昭通漁洞水庫控藻技術(shù)初探

申開旭

（云南省水文水資源局昭通分局，云南昭通657000）

文章詳細(xì)分析了漁洞水庫藻類數(shù)量和優(yōu)勢(shì)種群的變化，藻類與富營養(yǎng)化之間的關(guān)系，探討水庫藻類控制的有效方法，指出物理除藻技術(shù)、化學(xué)控藻技術(shù)應(yīng)用的局限性，進(jìn)而從城市供水安全、水環(huán)境保護(hù)、水生態(tài)平衡和修復(fù)等角度出發(fā)，提出生物控藻方法，以利更好解決漁洞水庫控藻技術(shù)問題。

漁洞水庫；控藻技術(shù)；初探

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.021

眾所周知，藻類生長的碳源主要來自水體中溶解的二氧化碳，氫和氧來自于水，這兩種物質(zhì)在水體中基本上不會(huì)枯竭。全面分析藻類細(xì)胞質(zhì)（原生質(zhì)）的組成，得出氮、磷、碳元素是調(diào)節(jié)和控制藻類生命活動(dòng)的基本要素。因此，有效控制藻類的生長和繁殖，必須要破壞碳、氮、磷之間的比例（即106∶16∶1）。在富營養(yǎng)化水體中，氮、磷的限制相對(duì)較小，而在貧～中營養(yǎng)的湖泊和水庫中，限制氮、磷的作用更加突出。

1 概述

漁洞水庫（東經(jīng)103°19′～32′，北緯27°10′～34′）是目前云南省昭通市最大的集中式供水水源地，具有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖、灌溉、蓄水發(fā)電等多種功能。徑流區(qū)面積709km2，水庫正常集水面積13.6km2，總庫容量為3.64億m3，平均水深約27m，屬大型深水分層河道型水庫，承擔(dān)昭陽區(qū)、魯?shù)榭h城區(qū)供水。近年來，水庫水體藻類異常增殖，水色異常變化給城區(qū)安全供水帶來較大的壓力和風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前，有效控制漁洞水庫藻類，特別是微囊藻、盤星藻和脆桿藻等異常繁殖顯得重要而迫切。

2 藻類狀況

漁洞水庫藻類監(jiān)測(cè)，2009年細(xì)胞密度由1.33×103個(gè)/L上升到503×104個(gè)/L，包括藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門、隱藻門、裸藻門、金藻門和甲藻門共7門，涉及22種，其中微囊藻、盤星藻占優(yōu)勢(shì)種群交替出現(xiàn)，6月出現(xiàn)貧營養(yǎng)指示的錐囊藻。

2010年共檢出6門34屬，其中藍(lán)藻門5屬，綠藻門15屬，硅藻門8屬，隱藻門1屬，裸藻門2屬，甲藻門3屬；1～6月微囊藻占優(yōu)勢(shì)種群，7～12月脆桿藻站優(yōu)勢(shì)種群。全年微囊藻、盤星藻、針桿藻、脆桿藻占優(yōu)勢(shì)，主汛期細(xì)胞密度在49.47～426.80（萬個(gè)/L）變化，非汛期細(xì)胞密度在6.70～71.47（萬個(gè)/L）變化。

2011年共檢出藻類7門28屬，其中藍(lán)藻門3屬、綠藻門12屬、硅藻門6屬、隱藻門1屬，裸藻門2屬，金藻門1屬，甲藻門3屬。優(yōu)勢(shì)種群主要有微囊藻，針桿藻，脆桿藻，盤星藻，實(shí)球藻，細(xì)胞密度在（28.44～202.00）×100萬個(gè)/L之間變化；從優(yōu)勢(shì)種群出現(xiàn)的頻率來看，針桿藻和脆桿藻＞微囊藻＞盤星藻＞實(shí)球藻，即硅藻門＞藍(lán)藻門＞綠藻門。

2012年共檢出6門29屬，其中藍(lán)藻屬2屬，藍(lán)藻門2屬，綠藻門14屬，硅藻門7屬，隱藻門1屬，裸藻門1屬，甲藻門2屬；1～6月微囊藻占優(yōu)勢(shì)種群，7～12月脆桿藻為優(yōu)勢(shì)種群。主汛期細(xì)胞密度在85.20～153.33（萬個(gè)/L）變化，非汛期細(xì)胞密度在65.33～95.07（萬個(gè)/L）變化。

2009～2012年間，細(xì)胞密度大于100萬個(gè)/L的月份主要集中在夏、秋季節(jié)。

3 藻類與富營養(yǎng)化

有資料顯示，藻類的個(gè)體數(shù)量小于3×105個(gè)/L為貧營養(yǎng)，（3～10）×105個(gè)/L為中營養(yǎng)，大于10×105個(gè)/L為富營養(yǎng)化。日本概括了湖泊富營養(yǎng)化和浮游生物優(yōu)勢(shì)種的關(guān)系，提出了從貧營養(yǎng)化向富營養(yǎng)化過渡時(shí)出現(xiàn)的浮游生物優(yōu)勢(shì)種名錄：貧營養(yǎng)性浮游硅藻（小環(huán)藻、平板藻）→浮游黃鞭毛藻（錐囊藻）→富營養(yǎng)性浮游硅藻（星桿藻、脆桿藻、冠盤藻和顆粒直鏈藻）→富營養(yǎng)性浮游綠藻（盤星藻、柵藻）→浮游藍(lán)藻（微囊藻、囊絲藻、魚腥藻）→眼蟲藻類浮游生物（裸藻）→細(xì)菌類浮游生物。在貧營養(yǎng)湖中，硅藻類的小環(huán)藻等占優(yōu)勢(shì)，當(dāng)過渡到富營養(yǎng)化初期，星桿藻等富營養(yǎng)化硅藻類成為優(yōu)勢(shì)種；再進(jìn)一步富營養(yǎng)化，綠藻、藍(lán)藻大量產(chǎn)生。因此，可根據(jù)生物種類組成來指示水環(huán)境的富營養(yǎng)程度。

漁洞水庫藻類監(jiān)測(cè)資料表明，2009～2012年優(yōu)勢(shì)種群是微囊藻、盤星藻和脆桿藻交替出現(xiàn)。按照漁洞水庫各藻類門、屬、種間的分布和在水環(huán)境中的適應(yīng)性，表明漁洞水庫水環(huán)境逐步由中營養(yǎng)向富營養(yǎng)化方向發(fā)展。

4 藻類控制

微囊藻、直鏈藻、脆桿藻等藻類的大量繁殖不僅導(dǎo)致水質(zhì)下降，而且還能產(chǎn)生大量的藻毒素，嚴(yán)重威脅到人類飲用水安全。水體中藻類的大量繁殖不但加速了營養(yǎng)物質(zhì)在水中的循環(huán)，同時(shí)加劇了水體富營養(yǎng)化的進(jìn)程。同時(shí)，水體中的污染物質(zhì)在細(xì)菌和藻類的作用下，不斷地進(jìn)行著從無機(jī)形式到有機(jī)形式，再從有機(jī)形式向其他形式的循環(huán)，每完成一次循環(huán)都把外源營養(yǎng)物質(zhì)以有機(jī)的形式固定下來，使水體中的營養(yǎng)物質(zhì)不斷增加。因此，要有效控制漁洞水庫藻類，特別是微囊藻、盤星藻和脆桿藻等的大量繁殖。

4.1 營養(yǎng)鹽水平控制

合田健博士認(rèn)為：總氮與總磷的濃度比為12∶1～13∶1時(shí)，最適于藻類增殖?？刂扑w營養(yǎng)鹽水平的主要目的是降低水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的濃度，從根本上控制藻類爆發(fā)性的生長。需集中處理好徑流區(qū)生活污水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水、工業(yè)廢水、大氣降水、暴雨徑流帶來的營養(yǎng)鹽負(fù)荷，從源頭上控制營養(yǎng)鹽物質(zhì)的涉入。

4.2 藻類生長的控制［1］

4.2.1 物理化學(xué)方法

目前用得最多是黏土，黏土除藻的核心就是利用絮凝的原理將浮于水面的水華凝聚，使藻與黏土共同沉入水底，從而達(dá)到清除水華的目的。所用黏土可以是黏土礦物，也可以是當(dāng)?shù)氐耐寥篮统练e物。篩選黏土有兩個(gè)指標(biāo)：一是除藻率（除藻平衡后藻的去除量），二是除藻速率（除藻動(dòng)力學(xué)參數(shù)，去除50%和80%藻所用時(shí)間）。二者最佳者歸為第一類，次之為第二類，依次類推。在明確機(jī)理的基礎(chǔ)上，確定改性劑、配比和安全性。改性劑必須滿足安全環(huán)保、價(jià)格低廉、適于淡水等多項(xiàng)要求。目前已確認(rèn)的天然改性劑為殼聚糖。有實(shí)驗(yàn)證明：殼聚糖可以大大加強(qiáng)架橋網(wǎng)捕作用，使黏土的物理特性和化學(xué)成分不再成為絮凝過程中的主要因素，從而使各種原先不具有除藻能力的當(dāng)?shù)仞ね粱虺练e物變成高效除藻劑，不僅特別適合于淡水藻華的清除，而且投入量也大大減少。改性黏土是創(chuàng)新技術(shù)，它使得利用當(dāng)?shù)仞ね林卫懋?dāng)?shù)卦迦A的理想得以實(shí)現(xiàn)。

4.2.2 機(jī)械除藻技術(shù)

采用的工藝是利用水面吸藻器吸藻。經(jīng)真空過濾濃縮器或者是絮凝氣浮濃縮，藻漿真空脫水或者直接運(yùn)送至工廠加工，達(dá)到資源化利用的目的。該項(xiàng)技術(shù)在治理滇池藍(lán)藻水華的過程中曾實(shí)施過，同時(shí)也在太湖梅梁灣水源地水質(zhì)改善項(xiàng)目中也得到了應(yīng)用。據(jù)報(bào)道：該技術(shù)用于太湖后，兩年通過機(jī)械和人工的方法共清除了“強(qiáng)化凈化區(qū)”水華藍(lán)藻干物質(zhì)216.6 t。根據(jù)所收獲的水華藍(lán)藻干物質(zhì)成分分析結(jié)果，機(jī)械除藻共從實(shí)驗(yàn)區(qū)清除了氮1.71 t、磷l.06 t。

4.2.3 其他物理控藻技術(shù)

過濾法：主要是通過物理手段，以丙綸絲為濾料，利用篩分截留與吸附_絮凝作為過濾器，濾除水中的藻類?？捎行コ自澹瑫r(shí)對(duì)C O D、T N、T P及葉綠素a也有一定的去除。

遮光法：主要通過在水面覆蓋部分遮光板，遏止藻類的光合作用，可控制水庫中藻類的大量繁殖。

沉淀法：主要是在水庫中投入高分子混凝劑或吸附劑，利用混凝或吸附的原理，使藻類沉淀，從而達(dá)到去除的目的。

超聲波法：利用超聲波與水作用產(chǎn)生空化現(xiàn)象，損傷藻細(xì)胞內(nèi)的生物分子，從而導(dǎo)致藻類的死亡。實(shí)際過程中選擇超聲波的強(qiáng)度至關(guān)重要，近年來研究表明：超聲波與臭氧結(jié)合起來，對(duì)抑制藻類的生長有較好效果。

紫外線法：利用紫外線的輻射作用，破壞藻類的D N A結(jié)構(gòu)，從而殺死藻類。

4.3 化學(xué)控藻技術(shù)［2］

目前，用得最多的化學(xué)除藻劑主要有硫酸銅、氯和二氧化氯、高錳酸鉀和復(fù)合藥劑。硫酸銅中的C u2+能使藻類蛋白質(zhì)變性，使其失去活性，從而抑制藻類新陳代謝。二氧化氯（）是一種廣譜殺菌消毒劑和水質(zhì)凈化劑，具高度的氧化能力，可使微生物蛋白質(zhì)中的氨基酸氧化分解，從而使微生物死亡。二氧化氯可殺滅細(xì)菌、病毒、芽孢、原生動(dòng)物和藻類。臭氧是一種高效殺菌劑，對(duì)任何病菌都有強(qiáng)烈的殺菌能力，而且作用迅速可靠；臭氧的氧化產(chǎn)物往往是無毒或生物可降解的物質(zhì)；臭氧氧化后，不生成污泥，大大減少有機(jī)物沉積；具有處理設(shè)備占地面積小，易于控制并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但是用臭氧發(fā)生器的電耗較大，處理成本較高；處理后的水沒有持續(xù)滅菌的功能，易遭二次污染。

化學(xué)控藻技術(shù)，主要是利用化學(xué)藥劑來抑制水中藻類的繁殖，一般都具有立竿見影的效果，但不可避免地破壞生態(tài)平衡并造成一定的環(huán)境污染，且化學(xué)控藻長期使用一種藥劑，會(huì)造成水體溶解氧下降，增加內(nèi)部的氮循環(huán)，特別是重金屬離子C u2+在底泥中積累，增加了藻類對(duì)重金屬離子C u2+的抗性。化學(xué)除藻雖然具有除藻速度快、效果明顯的優(yōu)點(diǎn)，但容易造成二次污染，具有較大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此，化學(xué)控藻是一種不科學(xué)的除藻方法，一般不推薦使用。

4.4 生物控藻技術(shù)［3］

4.4.1 微生物控藻技術(shù)

微生物控藻技術(shù)主要是利用微生物溶解藻類。主要包括溶藻病毒、溶藻真菌、溶藻細(xì)菌和微生物控藻劑。溶藻病毒大量存在于水體中，通過特異性溶解宿來維持種群關(guān)系的平衡。溶藻細(xì)菌有黏細(xì)菌，據(jù)報(bào)道：黏細(xì)菌能夠溶解魚腥藻、束絲藻、微囊藻和顫藻。真菌主要通過釋放抗生素和寄生溶菌來控藻，一般濃度為0.02μ g/m L的青霉素就可以抑制微囊藻的生長。微生物控藻劑作為廣譜微生物，投入水中之后與好氧、厭氧、兼氧等微生物作用，可以快速清除藻類，同時(shí)克制藻類的再形成，使水體透明度逐漸提高。

肥海菌是一種復(fù)合活菌肥，主要菌群為光合細(xì)菌、芽孢桿菌，并配以海洋微藻所需的微量元素。肥海菌投放到水中后，休眠菌能很快復(fù)蘇和崩解，并以成數(shù)倍速度繁殖擴(kuò)增，很快形成優(yōu)勢(shì)種群，迅速分解水體中的有機(jī)污染物，消除水體中的氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硫化氫等有毒物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為海洋微藻類的營養(yǎng)源，促進(jìn)硅藻、綠藻、金藻類等餌料生物的繁殖和生長，抑制有害藻類的繁殖，起到增氧、凈化水質(zhì)和產(chǎn)生免疫活性物質(zhì)的作用，并間接地控制致病菌。如光合細(xì)菌（P ho t o s y nt he s i sba c t e r i a，簡(jiǎn)稱P SB）、硝化細(xì)菌（N i t r i f y i ngba c t e r i a）、芽孢桿菌、復(fù)合微生物制劑、益生素、E M菌、肥海菌等得到廣泛的應(yīng)用。

4.4.2 魚類除藻技術(shù)［4_5］

生物操縱理論認(rèn)為：隨著取食浮游生物魚類的生長，其食餌浮游動(dòng)物數(shù)量下降，故浮游植物在捕食壓力降低的情況下，密度上升，造成水質(zhì)的惡化。應(yīng)降低慮食性魚類（鰱魚、鳙魚）數(shù)量，可以通過引入兇猛性魚類（河鱸、北方狗魚、虹鱒和大嘴黑鱸）來控制捕食浮游生物的魚類，或者直接去除食游生物的魚類，使浮游動(dòng)物數(shù)量上升，達(dá)到控制浮游藻類的生長。魚類削減量對(duì)于湖泊、水庫的生態(tài)恢復(fù)是十分必要的，但需要保證削減作用的長期性，必須確定足夠的魚類削減量。有資料表明：魚類的削減目標(biāo)一般控制在5kg/hm2為宜。近年來，由于微藻利用及收獲技術(shù)的研究得到了關(guān)注，微藻過濾技術(shù)也隨之得到發(fā)展，如序批式微藻過濾技術(shù)、微藻稀釋培養(yǎng)技術(shù)、微藻固定化技術(shù)等。牧食生物混合培養(yǎng)技術(shù)和貝類或蝦類組成的復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)等為微藻的收獲利用提供了技術(shù)保證。

4.4.3 植物感化控藻技術(shù)［6］

植物感化控藻技術(shù)是利用植物對(duì)藻類的感化抑制作用來控制水體中藻類生長的新技術(shù)，是一種植物通過向環(huán)境中釋放化學(xué)物質(zhì)影響藻類生長的現(xiàn)象。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道：感化物質(zhì)對(duì)藻類的生長抑制機(jī)理主要影響藻類的光合作用、破壞細(xì)胞膜、影響酶的活性以及破壞細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)。B a l l A B，Wi l_ l i a m s M等利用大麥桿來抑制水體中的藻類，結(jié)果顯示：在非常低的濃度（0.005%）也能對(duì)銅綠微囊藻產(chǎn)生抑制作用。2003年清華大學(xué)在國際上首次發(fā)現(xiàn)蘆葦具有很強(qiáng)的感化抑藻作用，并從中分離出具有高效抑藻效果的感化物質(zhì)2-甲基乙酰乙酸乙酯。參考2003年3月國家環(huán)境保護(hù)總局公布的第一批已形成嚴(yán)重危害的8種水生植物，可供選擇的水生植物見表1。

表1 具有抑藻作用的高等水生植物及其有效抑藻類

生物控藻主要是利用生態(tài)平衡等原理對(duì)藻類的生長和繁殖進(jìn)行抑制，從而控制藻類大量繁殖的目的。該方法具有低投資、低能耗、處理過程與自然生態(tài)系統(tǒng)有更大的相融性等。有效控制藻類的生長，不會(huì)產(chǎn)生副作用，具有成本低、安全、高效的優(yōu)點(diǎn)，是一種最佳環(huán)境保護(hù)的控藻方法，但由于運(yùn)行周期長，見效慢，實(shí)施也有一定難度，技術(shù)本身還有待完善成熟。

5 結(jié)論

物理除藻技術(shù)具有無污染，效果好等特點(diǎn)，但存在工程量大、耗時(shí)和運(yùn)作周期長，具有一次性投入成本較高等缺點(diǎn)，一般不具備大規(guī)模實(shí)施?；瘜W(xué)控藻技術(shù)是現(xiàn)階段短期效果較好，一般都具有立竿見影的效果，但不可避免地破壞生態(tài)平衡并造成一定的環(huán)境污染，化學(xué)控藻劑在殺滅藻類的同時(shí)也殺死其他水生生物，具有較大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，一般不推薦使用。而生物控藻技術(shù)并不是想徹底殺滅或消除藻類，而是利用生態(tài)平衡等原理對(duì)藻類的生長和繁殖進(jìn)行抑制，從而達(dá)到控制藻類數(shù)量和種類。相比較而言，生物除藻技術(shù)具有更為廣闊的前景。從城市供水安全、水環(huán)境保護(hù)、水生態(tài)平衡和修復(fù)等角度出發(fā)，在漁洞水庫控藻技術(shù)問題上，建議推行生物控藻方法。

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申開旭（1978年—），男，工程師。