淡水藻類在監(jiān)測水質和凈化污水中的運用

孫天陽 高英 張志萍

摘 要：水資源是人類生存、生活和生產不可或缺的重要資源。現(xiàn)階段除了水資源短缺問題外，水資源浪費、污染等問題也十分嚴重，總體上呈現(xiàn)出江河湖泊整體污染嚴重、地下水質惡化等問題。在綠色發(fā)展理念下，相關部門也積極探究水質監(jiān)測和污水凈化措施。其中，淡水藻類由于具有敏感性高、變化反應迅速、易于采集、成本較低等特點，在水質監(jiān)測與污水凈化中得到了廣泛運用。

關鍵詞：淡水藻類;水質監(jiān)測;污水凈化

引言：浮游藻類是高原湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，雖然這些淡水藻類處于食物鏈的最底端，但是種類豐富、數量龐大，在維持生態(tài)系統(tǒng)自凈功能中發(fā)揮了不可或缺的作用。但是在實際應用中，也要防止因為藻類快速生長對水體造成的二次污染。因此，必須要針對高原湖泊開展充分的調研，制定關于淡水藻類監(jiān)測水質、凈化污水的詳細方案，通過這種生物技術措施，保證高原湖泊水質安全，滿足其飲用、灌溉、養(yǎng)殖、觀光等多重價值。

一、淡水中藻類生長的影響因子

1、pH值

不同的淡水藻類適宜生長的環(huán)境有一定差異，對于水體pH值的適應能力也不盡相同。以小球藻為例，適宜生存的水體環(huán)境的pH值在6.0-7.0之間，即弱酸性水體環(huán)境。如果某一水域的pH值低于6.0或是高于7.0，小球藻的生存會受到影響，并隨著pH值的逐漸降低或增加，存活小球藻的數量也會不斷的變化。藻類生物在進行生命活動時，會吸收水體中的CO2。而CO2溶于水會產生的H2CO3。當水體中藻類數量達到一定值后，水中CO2大量減少，酸堿平衡被打破，導致水體的pH值上升。而堿性環(huán)境又會抑制藻類的生長，從而讓水生態(tài)系統(tǒng)維持在動態(tài)平衡狀態(tài)。

2、氮磷比

氮磷比是影響高原湖泊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的核心要素。在一些靠近城鎮(zhèn)或是周圍有大片農田的湖泊，經常會因為濫用化肥、排放有機物等原因，導致水體中氮磷比失衡，造成水體富營養(yǎng)化。這些高濃度的營養(yǎng)元素促使水體中浮游植物的瘋長，導致水生生物因缺氧而死亡，也是造成水體污染的一方面因素。

3、致毒物及其他

水體中的重金屬元素會危害藻類細胞結構而導致藻類死亡，由于淡水藻類對于這些致毒物的反應較為敏感，因此即便是含有少量致毒物，也會引起淡水藻類在形體結構、生存狀態(tài)的劇烈變化。以小球藻為例，毒性較強的重金屬元素依次為汞、鎘、銅、鋅、鉻。以鉻為例，當水體中鉻的濃度達到0.05mg/L時，小球藻的細胞體積開始縮小，當濃度達到0.25mg/L后，顯微鏡下可以觀察到細胞生長受限，運動器結構發(fā)生變化等。除了上述致毒物外，像水體的溫度、曝氣的方式，以及高原湖泊水源補給方式等，也都會對水體中藻類的生長造成一定程度的影響。

二、淡水藻類在監(jiān)測水質方面的運用

1、重金屬監(jiān)測

高原湖泊中的重金屬在自然狀態(tài)下很難被降解和轉化，并且隨著食物鏈的富集作用，最終危害人類。淡水藻類對重金屬元素均有敏感反映，特別是汞、鋰、銅等重金屬元素，當水體中濃度達到特定數值后，輕則出現(xiàn)藻類形態(tài)與結構改變，嚴重時還會出現(xiàn)細胞破裂、核酸改變等情況。例如Cu2+的濃度達到34.4μg/L后，小球藻的生長明顯受限;當Cu2+的濃度達到190.5μg/L后，水體中的小球藻大量死亡。利用淡水藻類對重金屬含量變化反應敏感的特點，可以從湖泊中獲取樣品，觀察樣品中淡水藻類生長與生存情況，監(jiān)測水體中重金屬含量變化。

2、農藥監(jiān)測

高原湖泊周圍有牧場、農田或是工廠的，殘留的農藥、過量的化肥等會隨著地表水或地下水匯集到湖泊中，造成湖泊中農藥含量和有機物濃度超標。淡水藻類對于不同類型農藥的毒性反應存在差異，淡水藻類接觸或吸收農藥后，農藥中的致毒物會導致藻類細胞膜的滲透能力變差，光合作用受阻，不能獲得有機物而逐漸死亡。通過獲取高原湖泊的水樣，觀察淡水藻類的生理變化，可以推測出水樣中農藥的濃度等級，甚至可以通過特定藻類的特殊反應，大致判斷出致毒物的類型，進而反推農藥類型。

3、有機污染物監(jiān)測

隨著化學合成技術的成熟，越來越多的有機化合物出現(xiàn)在日常生活和工業(yè)領域，其中比較常見的有酚類、醛類、芳烴類等。藻類可以對這些有機化合物進行降解，自身也會因為中毒而死亡。國內學者湯琳做過關于洗滌劑的十二烷基苯磺酸鈉（LAS）對斜生柵藻、蛋白核小球藻、羊角月牙藻的急性毒性效應研究，結果表明LAS對3種藻類均產生明顯的抑制作用，其中水華魚腥藻對LAS的毒性最敏感。另外學者黨亞愛研究顯示，超過10mg/L濃度的LAS，會對水網藻的生長產生明顯抑制作用。

4、工業(yè)廢物監(jiān)測

如果湖泊周圍或是匯入湖泊的河流上游存在礦場、化工廠等，也容易造成湖泊水體受到工業(yè)廢物的污染。例如，冶煉廠排放的污染氣體中含有大量的硫元素，而這些硫蒸氣遇冷后伴隨著雨水落下，形成酸雨，導致高原湖泊pH值降低，硫含量增加，同時水體中淡水藻類的生長也會受到明顯的抑制。利用藻類的這一生物特征也可以用來檢測高原湖泊中工業(yè)廢物的濃度變化。

三、淡水藻類在凈化污水中的運用

1、氧化塘工藝

生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我凈化和自我修復能力，只要排入水域中的污染物控制在一定范圍內，可以通過水生態(tài)系統(tǒng)將污染物進行自我消化，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。氧化塘工藝的原理與生態(tài)系統(tǒng)自凈有一定的類似性。進入高原湖泊的農藥、化肥或是重金屬物質，首先有水體中的好氣性細菌進行氧化分解。在這一過程中，細菌需要消耗大量的氧氣，而淡水藻類通過光合作用可以釋放出充足的氧氣，從而滿足了分解所需。氧化塘具有建設費用低、運行維護方便等特點，另外還可以發(fā)揮美化環(huán)境的作用，適用于一些經過旅游開發(fā)的高原湖泊。

2、活性藻技術

活性藻污水處理技術始于20世紀70年代初期，該技術從污水中去除有機廢物和氮、磷營養(yǎng)的基本原理是依據藻菌共生代謝。藻類是光無機型營養(yǎng)菌，能從光和無機碳獲得能量，并釋放足夠的氧分解營養(yǎng)物。藻類大量繁殖所吸收的營養(yǎng)正是污水處理系統(tǒng)中應予去除的。利用活性藻技術處理污水，其應用優(yōu)勢在于具有較低的選擇性，可以對多種類型的污染物進行講解、處理，從而在高原湖泊污水凈化中發(fā)揮了更加理想的作用。

3、藻類固定化技術

目前藻類固定化技術主要有吸附法和包埋法。吸附法主要依據靜電、表面張力和粘附力的作用在微生物和載體之間形成生物膜的方法進行吸附，但吸附法可固定細胞有限，固定的細胞易脫落。包埋法是將微生物細胞截留在水不溶性的凝膠聚合物的網絡空間中，細胞和載體間沒有束縛，對微生物活性影響小，顆粒強度高，適用于大多數藻類的固定化，是目前應用最廣泛的藻類固定化方法。

結語：利用淡水藻類的生物特性，將其應用到高原淡水湖泊的水質監(jiān)測與污水凈化中，可以為加強高原湖泊水環(huán)境管理提供一定的幫助。由于不同種類的淡水藻類，適宜生長的環(huán)境和對污染物的敏感度不同，這就需要技術人員提前做好目標水體的取樣測試工作，重點在高原湖泊中培養(yǎng)適合該環(huán)境的淡水藻類，從而更加靈敏的監(jiān)測水質變化，在污水凈化中發(fā)揮更大的作用。需要注意的是，淡水藻類的污水凈化只是一種事后補救措施，更重要的是從源頭上加強污染源管理，保證高原湖泊水質優(yōu)良。

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