微納米曝氣工程對(duì)東牙溪水庫(kù)水質(zhì)改善效果

黃 磊，張?zhí)?yáng)女，蘇玉萍，*，林 佳，曾小妹，楊燕梅，廖福萍

(1.福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350007;2.福建省湖庫(kù)流域生態(tài)修復(fù)工程研究中心，福建 福州 350008)

近幾十年來(lái)，我國(guó)江河湖海及局部地下水源遭受到氮、磷污染。據(jù)1996年調(diào)查，全國(guó)329個(gè)地表水的飲用水源地，有222個(gè)水源地的質(zhì)量不符合《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，占調(diào)查水源的65%以上[1]。地表水的污染比較嚴(yán)重，尤其是作為飲用水源地的湖泊、水庫(kù)由于富營(yíng)養(yǎng)化所產(chǎn)生的水華藻類(lèi)，嚴(yán)重地威脅著城市供水安全，同時(shí)影響旅游景觀、養(yǎng)殖業(yè)等[2-4]。

目前，國(guó)內(nèi)外除藻方法主要分為物理(光控技術(shù)、打撈過(guò)濾、絮凝沉降、曝氣充氧等)、化學(xué)(化學(xué)藥劑鈍化、滅藻等)以及生物(生物濾食、化感抑藻、浮體控藻、微生物和酶技術(shù))等，各種方法均有其優(yōu)點(diǎn)及局限性[5]。以生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)為指導(dǎo)，結(jié)合多學(xué)科技術(shù)的方法成為現(xiàn)今流域生態(tài)修復(fù)的主要指導(dǎo)思路[6]；通過(guò)恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和協(xié)調(diào)的關(guān)系來(lái)重建受損生態(tài)系統(tǒng)[7]，達(dá)到有效抑制湖泊水庫(kù)水體中內(nèi)源污染物釋放的目的，從而實(shí)現(xiàn)湖庫(kù)生態(tài)的恢復(fù)和對(duì)水體水華藻類(lèi)的有效控制[8]。目前，生態(tài)修復(fù)技術(shù)手段眾多，主要有人工濕地、生態(tài)浮床[9]、生物操縱及生態(tài)控制[10]、水動(dòng)力學(xué)循環(huán)、深水曝氣[11]等。近年來(lái)，曝氣技術(shù)因其環(huán)保高效而被廣泛運(yùn)用于生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域。

微納米曝氣作為一種新型的人工水體曝氣技術(shù)，產(chǎn)生的微納米氣泡與普通曝氣技術(shù)相比，具有更佳的性能，且具有投資少、見(jiàn)效快的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于水環(huán)境的治理與修復(fù)中[12-13]。微納米氣泡區(qū)別于普通氣泡在于其體積比普通氣泡小，一般將氣泡尺寸在200 nm～50 μm之間的氣泡稱(chēng)為微納米氣泡。一般情況下，氣泡尺寸越小、與水體中一些分子的差異性越大，對(duì)某些粒子的分離效果就越好，從而使得水體的溶氧效率越高，當(dāng)氣泡達(dá)到微米級(jí)別以上時(shí)，氣泡的整體理化性質(zhì)也發(fā)生了質(zhì)變，主要表現(xiàn)為氣泡的比表面積大、水力停留時(shí)間長(zhǎng)、氧傳質(zhì)效率高、表面電位電勢(shì)高和產(chǎn)生羥基自由基等特性。研究發(fā)現(xiàn)，微納米曝氣技術(shù)可以改變水體中的溶解氧，恢復(fù)和增強(qiáng)水體中的微生物活性，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。William B等的研究認(rèn)為納米氣泡具有很好的潛在應(yīng)用前景[14]；其良好的吸附性能凈化水質(zhì)[15]；將微納米曝氣技術(shù)應(yīng)用于湖水、城市景觀水體的修復(fù)，可提高湖體相關(guān)區(qū)域的溶解氧溶度[16]。改善溶解氧指標(biāo)[17]，去除被修復(fù)水體中的化學(xué)需氧量、總磷、氨氮和總氮[18]。微納米曝氣技術(shù)的應(yīng)用目前主要見(jiàn)于污水治理和景觀水生態(tài)修復(fù)，應(yīng)用于飲用水源地及對(duì)湖庫(kù)藻類(lèi)控制的較少。飲用水源地水質(zhì)安全關(guān)乎民生大計(jì)，微納米曝氣技術(shù)無(wú)二次污染、運(yùn)行管理方便。本研究以福建省三明市東牙溪水庫(kù)為對(duì)象，采用在一年的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，將位于牛嶺庫(kù)灣的微納米曝氣區(qū)及非曝氣區(qū)進(jìn)行對(duì)比，考察氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽等水質(zhì)指標(biāo)以及浮游植物等指標(biāo)的變化，探討微納米曝氣對(duì)飲用水源地水庫(kù)的水質(zhì)及水生態(tài)所產(chǎn)生的影響，旨在為微納米曝氣技術(shù)的生態(tài)修復(fù)機(jī)理研究以及在飲用水湖庫(kù)的實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究區(qū)域概況

東牙溪水庫(kù)位于福建省三明市三元區(qū)東南部的中村鄉(xiāng)境內(nèi)，距三明市區(qū)約9 km，于1995年12月建成，1996年被當(dāng)?shù)卣_定為三明市區(qū)飲用水源地，其總庫(kù)容約有2.263×107m3，年平均徑流量約1.36×108m3；東牙溪水庫(kù)屬山谷型月調(diào)節(jié)水庫(kù)，最大水深為63.4 m，主河道全長(zhǎng)30 km，全流域面積188 km2，壩址上游集雨面積156 km2；東牙溪是由大田、沙縣交界的大峰、大眾山、蓮花頂?shù)确炙畮X源匯而成，屬于閩江水系沙溪河的一條支流，其主源上有三條支流，于雙溪橋、半洋匯合后由東向西注入三明城關(guān)上游的沙溪[19]。東牙溪水庫(kù)自建庫(kù)以來(lái)，隨著周邊生態(tài)環(huán)境的改變和人類(lèi)活動(dòng)的影響，使得水庫(kù)面臨著水體污染的問(wèn)題。水庫(kù)水體TN一般在0.9 mg/L左右，TP一般在0.04 mg/L左右，屬地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類(lèi)水。

2015年夏季，水庫(kù)的牛嶺庫(kù)灣爆發(fā)了藍(lán)藻水華事件，總氮和總磷濃度分別達(dá)到1.41 mg/L和0.087 mg/L，氮磷比達(dá)到17∶1，磷為富營(yíng)養(yǎng)化限制因素且濃度較高，其藻類(lèi)豐度高達(dá)108cells/L以上，夏季藻類(lèi)以綠藻門(mén)、藍(lán)藻門(mén)為主，嚴(yán)重影響了水質(zhì)，且對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬎盟踩斐梢欢ǖ耐{。政府高度重視此次藍(lán)藻水華事件，采取了一系列的措施對(duì)爆發(fā)的藍(lán)藻水華進(jìn)行控制，微納米曝氣工程就是其中的一項(xiàng)措施。

1.2 微納米曝氣工程概況

1.2.1 工程裝置

本研究所用的微納米曝氣裝置采用福建省華川技術(shù)有限公司專(zhuān)利生產(chǎn)的湖庫(kù)流域生態(tài)基因納米調(diào)控裝置(專(zhuān)利號(hào)：ZL201410013804.5)。微納米曝氣裝置所用的曝氣頭為福建省華川技術(shù)有限公司與澳大利亞公司合作設(shè)計(jì)生產(chǎn)的陶瓷微納米氣泡擴(kuò)散曝氣頭(專(zhuān)利號(hào)：ZL201110180368.7)，曝氣方式為高壓切割。

微納米曝氣工程的微納米曝氣發(fā)生裝置安置于牛嶺庫(kù)灣岸邊的工程項(xiàng)目建設(shè)機(jī)房?jī)?nèi)，陣列可控溶氧盤(pán)則安置在水庫(kù)牛嶺庫(kù)灣區(qū)域的河道底部，牛嶺庫(kù)灣區(qū)域安裝深度約為20～25 m，由機(jī)房?jī)?nèi)的曝氣裝置產(chǎn)生的氣體通過(guò)管道輸送到陣列可控溶氧盤(pán)上，再由陣列可控溶氧盤(pán)上的微納米氣泡擴(kuò)散曝氣頭將微納米氣泡擴(kuò)散至水體中。該微納米曝氣工程具體如圖1所示。

1.2.2 工程參數(shù)

東牙溪水庫(kù)作為一個(gè)山谷型水庫(kù)，沿岸兩邊環(huán)山，河道蜿蜒曲折，且其庫(kù)灣眾多，因庫(kù)灣內(nèi)的水體流動(dòng)較為緩慢，外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入由于長(zhǎng)時(shí)間的累積而逐漸增加，加之湖庫(kù)沉積物自身的內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，使得此類(lèi)庫(kù)灣易爆發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化水華風(fēng)險(xiǎn)。本研究選擇在曾爆發(fā)過(guò)水華的牛嶺庫(kù)灣開(kāi)展微納米曝氣修復(fù)研究。牛嶺庫(kù)灣(N 26°10′、E 117°38′)位于水庫(kù)中游偏上地區(qū)，由于該庫(kù)灣面積較大，上游往大壩的水流流經(jīng)此處流速變緩；牛嶺庫(kù)灣區(qū)域微納米曝氣工程運(yùn)行時(shí)間為2016年7月至今，布設(shè)了40個(gè)陣列可控溶氧盤(pán)，曝氣區(qū)域面積約為6 hm2，非曝氣區(qū)域面積約為94 hm2。具體工程參數(shù)如表1所示。

表1 東牙溪水庫(kù)微納米曝氣工程相關(guān)參數(shù)

1.3 采樣方法

本研究按照《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》進(jìn)行采樣調(diào)查，采樣時(shí)間為2017年5月、8月、10月及12月，采樣地點(diǎn)是三明市東牙溪庫(kù)區(qū)，采集水庫(kù)上游S1(N 26°11′11″、E 117°39′2″)、非曝氣區(qū)S2(N 26°11′9″、E 117°38′42′)、牛嶺庫(kù)灣曝氣區(qū)S3(N 26°11′1″、E 117°38′29″)和大壩S4(N 26°12′6″、E 117°38′14″)四個(gè)斷面的水樣，重點(diǎn)采樣監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)槠貧鈪^(qū)域(設(shè)2～4個(gè)采樣點(diǎn))與非曝氣區(qū)域(設(shè)2～4個(gè)采樣點(diǎn))，上游(設(shè)2個(gè)采樣點(diǎn))和大壩斷面(設(shè)2個(gè)采樣點(diǎn)位)則作為本研究的對(duì)照或者參照對(duì)象。

采樣時(shí)按照國(guó)家頒布的《水質(zhì) 湖泊和水庫(kù)采樣技術(shù)指導(dǎo)》(GB/T 14581—1993)進(jìn)行，使用2.5 L有機(jī)玻璃深水取水器在水面下0.5 m采集水樣。進(jìn)行理化指標(biāo)分析的水樣使用500 mL聚乙烯采樣瓶存放；進(jìn)行浮游植物分析的水樣使用1 000 mL聚乙烯采樣瓶存放，加入10～15 mL魯哥試劑進(jìn)行浮游植物固定。所有樣品均在低溫(0～4℃)避光處保存。采樣現(xiàn)場(chǎng)記錄天氣、水溫、pH值、透明度和溶解氧等指標(biāo)。

1.4 監(jiān)測(cè)方法

1.4.1 水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定

水樣中總氮(TN)采用堿性過(guò)硫酸鉀消解分光光度法測(cè)定(GB/T 11894—1989)；總磷(TP)采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定(GB/T 11893—1989)；葉綠素a(Chl-a)采用丙酮提取分光光度法測(cè)定(SL 88—2012)；溶解氧(DO)和水溫使用德國(guó)WTW公司的Oxi 3310 IDS便攜式溶解氧分析儀測(cè)定；pH使用pH計(jì)測(cè)定；水深使用聲納儀測(cè)定；透明度采用賽氏盤(pán)法測(cè)定。

1.4.2 浮游植物的豐度的測(cè)定

將采集回來(lái)由魯哥試劑固定的樣品靜置48 h之后，利用離心機(jī)離心的方法將固定樣品濃縮至30 mL，再將濃縮后的樣品置于0.1 mL的浮游植物計(jì)數(shù)框(20 mm×20 mm)中，在生物顯微鏡400倍數(shù)下進(jìn)行樣品的觀察與計(jì)數(shù)后計(jì)算，計(jì)算公式為：

(1)

式中：N為每升水樣所有浮游植物的數(shù)量(cells/L)；A為計(jì)數(shù)框面積(mm2)；A0為視野的面積(mm2)；VS為原水樣濃縮后的計(jì)數(shù)樣品體積(mL)；V為計(jì)數(shù)框的體積(mL)；n為計(jì)數(shù)結(jié)果所得的浮游植物細(xì)胞個(gè)數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

樣品采集時(shí)，所有斷面均采集多組平行樣，通過(guò)測(cè)定多組平行樣，采用狄克遜(Dixon)檢驗(yàn)法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，剔除離散值，從中選取較為精確的平均值進(jìn)行分析。使用Origin 9.0和Excel軟件完成數(shù)據(jù)制圖工作。

2 結(jié)果與分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況

以分子形式存在的氧溶解于水中便為溶解氧(DO)，水體中的溶解氧含量和空氣中氧的分壓、水的溫度、水深、水中不同種的鹽類(lèi)和藻類(lèi)的含量以及光照強(qiáng)度等多種條件有關(guān)[12，20]。春夏季水體溶解氧較高，可達(dá)到10.0 mg/L，在秋冬季水體溶解氧則較低，在10月份和12月份，對(duì)水體底層的溶解氧的監(jiān)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，在水體底層，因曝氣區(qū)存在微納米曝氣，使得其溶解氧比非曝氣區(qū)域的溶解氧要高0.3～1.1 mg/L。一般來(lái)說(shuō)，微納米曝氣可以提升水體中的溶解氧，對(duì)溶解氧本底值低的水體進(jìn)行一定的曝氣，可使得水體中的溶解氧逐漸升高，而水體溶解氧的提升率隨著溶解氧濃度的逐漸上升而不斷下降，這是因?yàn)樵谡４髿鈮簵l件下，氧氣在水體中的溶解度是一定的，當(dāng)水體中的溶解氧濃度本底值較高或接近飽和時(shí)，其溶解氧的提升率則變化不明顯[20]，因此大部分時(shí)候微納米曝氣區(qū)的溶解氧比非曝氣區(qū)的溶解氧略微高些，特別是曝氣區(qū)水體底層。

表2 監(jiān)測(cè)時(shí)段各斷面的現(xiàn)場(chǎng)情況

2.2 水體中總磷濃度變化

各季節(jié)總磷濃度變化情況如圖3所示。由SPSS 22.0顯著性分析可得，曝氣區(qū)域總磷濃度與非曝氣區(qū)域總磷濃度存在顯著性差異(P<0.05)。5月份，水體總磷濃度分布在0.039～0.068 mg/L之間；8月份，水體總磷濃度分布在0.035～0.057 mg/L之間；10月份，水體總磷濃度分布在0.020～0.061 mg/L之間；12月份，水體總磷濃度分布在0.030～0.094 mg/L之間；不同季節(jié)大小分布均為上游>非曝氣區(qū)>曝氣區(qū)>大壩。上游斷面的總磷濃度總是高于其他斷面，是因?yàn)樯嫌巫鳛樗畮?kù)原水匯入點(diǎn)，周邊村落人類(lèi)活動(dòng)釋放的營(yíng)養(yǎng)鹽隨著支流匯入水庫(kù)，使得其總磷濃度相比其他斷面表現(xiàn)為較高；在12月份，上游斷面的總磷平均濃度高達(dá)0.094 mg/L，比其他斷面的總磷濃度高一倍以上，原因可能是水庫(kù)上游岸邊及離庫(kù)區(qū)較近的竹林、樹(shù)林區(qū)有不少農(nóng)田果園，施用了大量的氮磷化肥和農(nóng)藥，使土壤的總氮、總磷含量偏高，而其容易隨著雨水進(jìn)入河流。岸邊的公路擴(kuò)建，不少棄土倒入溪河，也使水庫(kù)上游流域水體污染加重。而曝氣區(qū)與非曝氣區(qū)相比，曝氣區(qū)的總磷濃度均比非曝氣區(qū)的總磷濃度低，表明了水流經(jīng)過(guò)了曝氣區(qū)域后，總磷濃度有了一定的削減，以曝氣區(qū)和非曝氣區(qū)的差值與非曝氣區(qū)的比值作為曝氣斷面的削減率，得到實(shí)施微納米曝氣技術(shù)區(qū)域水體在不同季節(jié)的總磷平均削減率為14.0%～29.1%。

2.3 水體中總氮濃度變化

各時(shí)段總氮濃度含量情況如圖4所示。由SPSS 22.0顯著性分析可得，曝氣區(qū)域總氮濃度與非曝氣區(qū)域總氮濃度不存在顯著性差異(P>0.05)。5月份，水體總氮濃度分布在0.97～1.11 mg/L之間；8月份，水體總氮濃度分布在0.84～1.60 mg/L之間；10月份，水體總氮濃度分布在0.94～1.23 mg/L之間；12月份，水體總氮濃度分布在0.96～1.43 mg/L之間；不同季節(jié)總氮濃度大小分布均為上游>非曝氣區(qū)>曝氣區(qū)>大壩。在不同季節(jié)，水體的總氮濃度變化不大，上游、非曝氣區(qū)、曝氣區(qū)和大壩總氮濃度平均值分別為1.34、1.09、1.02和1.00 mg/L，曝氣區(qū)與非曝氣區(qū)之間相差不大。上游的水質(zhì)總氮濃度情況與總磷濃度情況一致，由于營(yíng)養(yǎng)鹽的入庫(kù)，致其上游的氮磷濃度較高。通過(guò)削減率計(jì)算，可得不同季節(jié)的總氮平均削減率為1.1%～11.0%，整體的削減率較低，表明純粹地對(duì)水體進(jìn)行曝氣，并不能有效降低水體中的總氮濃度。

2.4 水體中葉綠素a濃度變化

葉綠素a作為水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)判的重要指標(biāo)之一，能夠相應(yīng)地反映水體中浮游植物含量情況[21]。圖5所示為各個(gè)時(shí)段所測(cè)的葉綠素a含量變化情況。由SPSS 22.0顯著性分析可得，春夏季曝氣區(qū)域葉綠素a濃度與非曝氣區(qū)域葉綠素a濃度存在顯著性差異(P<0.05)，秋冬季則不存在顯著性差異(P>0.05)。5月份，水體葉綠素a含量分布在6.8～21.3 μg/L之間；8月份，水體葉綠素a含量分布在10.8～26.4 μg/L之間；10月份，水體葉綠素a含量分布在1.9～4.3 μg/L之間；12月份，水體葉綠素a含量分布在1.1～4.7 μg/L之間；不同季節(jié)水體中葉綠素a濃度大小分布基本為上游>非曝氣區(qū)>大壩>曝氣區(qū)。春夏季節(jié)水庫(kù)整體的葉綠素a濃度較高，是因?yàn)榇合募緶囟容^高，適宜浮游植物生長(zhǎng)繁殖；而10月份和12月份整體的葉綠素a濃度較低，是因?yàn)闅鉁氐?，浮游植物在秋冬季生長(zhǎng)繁殖較慢。在5月份和8月份，曝氣區(qū)的葉綠素a濃度明顯比非曝氣區(qū)域更低，表明在微納米曝氣區(qū)的浮游植物得到了一定量的削減，5月份和8月份平均削減率分別為51.0%和49.2%；在10月份和12月份，其平均削減率則為33.0%和25.1%，因?yàn)?0月份和12月份水體葉綠素a濃度整體較低，使得微納米曝氣的削減效果并不明顯。

2.5 水體中藻類(lèi)含量變化

水體中藻類(lèi)含量情況如圖7所示。由SPSS 22.0相關(guān)性分析可得，藻類(lèi)細(xì)胞豐度與葉綠素a呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.850。不同季節(jié)水體中的藻類(lèi)主要包含藍(lán)藻、綠藻、硅藻、隱藻、裸藻和甲藻，且主要以為藍(lán)藻、綠藻和硅藻為主，隱藻、裸藻和甲藻則占比較少，在秋冬季的時(shí)候更為明顯。藻類(lèi)各季節(jié)曝氣區(qū)與非曝氣區(qū)的規(guī)律與葉綠素a規(guī)律呈現(xiàn)一致。春夏季節(jié)，水體中藻類(lèi)含量較多，8月份達(dá)到107cells/L，而10月份和12月份，水體藻類(lèi)較少，密度在105～106cells/L之間。其原因是春夏季氣溫較高，藻類(lèi)生長(zhǎng)較為旺盛，而秋冬季溫度逐漸下降，水溫分層現(xiàn)象逐漸減弱，上下層水體做垂直交換，P分散于水體上下層，部分被底泥吸附，使水體上層總磷濃度降低，從而使得藻類(lèi)含量降低。曝氣區(qū)域的藻類(lèi)含量低于非曝氣區(qū)域，削減率分布在16.9%～37.9%之間，表明曝氣的作用對(duì)藻類(lèi)有一定量的削減，且5月和8月削減率高，說(shuō)明在藻類(lèi)生物量高的時(shí)候，微納米曝氣對(duì)于藻類(lèi)生長(zhǎng)控制效果較為明顯。在不同季節(jié)，藻類(lèi)含量與葉綠素a含量的變化規(guī)律一致，從8月份可以看出，曝氣區(qū)域的藻類(lèi)含量明顯低于非曝氣區(qū)域，這與8月份曝氣區(qū)葉綠素a含量呈現(xiàn)一致的規(guī)律，表明曝氣作用能夠抑制浮游植物的生長(zhǎng)，8月份藻類(lèi)密度根據(jù)曝氣區(qū)相比非曝氣區(qū)，其削減率為37.9%。在不同月份或季節(jié)之間，藻類(lèi)結(jié)構(gòu)存在著一定的差異，曝氣區(qū)與非曝氣區(qū)的藻中類(lèi)占比均有一定的差異。

東牙溪2016—2017年水體藻類(lèi)含量情況表明，水庫(kù)內(nèi)水體中的藻類(lèi)群落存在一定的季節(jié)性演替。從空間上來(lái)看，相同季節(jié)下曝氣區(qū)域與非曝氣區(qū)域水體中藻類(lèi)結(jié)構(gòu)相近，水體中藻類(lèi)主要由甲藻、硅藻、綠藻、藍(lán)藻、隱藻和裸藻組成，其中夏季以藍(lán)藻和綠藻占比居多為主，藍(lán)藻約占30%～50%，豐度分布在4.0×105cells/L～4.5×106cells/L之間，綠藻約占30%～40%，豐度分布在3.0×105cells/L～4.0×106cells/L之間；而秋冬季則以藍(lán)藻、綠藻、硅藻占比居多為主，藍(lán)藻約占約15%～30%，綠藻約占20%～35%，硅藻約占20%～35%，其豐度則因秋季與冬季藻類(lèi)總豐度不同而分布得較為廣泛。夏季時(shí)藍(lán)藻門(mén)又以平裂藻和微囊藻為主，秋冬季時(shí)藍(lán)藻門(mén)則以微囊藻為主。綠藻門(mén)主要以衣藻為主，硅藻門(mén)主要以直鏈藻為主。實(shí)施微納米曝氣工程以來(lái)，曝氣區(qū)與非曝氣區(qū)相比較，藻類(lèi)細(xì)胞豐度的削減率為16.9%～37.9%，藍(lán)藻的削減率為14%～26%，綠藻的削減率為19%～51%，硅藻削減率為20%～36%。大壩區(qū)域水體藻類(lèi)豐度比曝氣區(qū)也有所減少，是四個(gè)點(diǎn)位最低，可能是曝氣區(qū)下游溶解氧提高、總磷濃度降低帶來(lái)的效應(yīng)。綜上所述，微納米曝氣能在一定程度上抑制浮游植物的生長(zhǎng)。

3 討論

2017年5月—12月，對(duì)面積為6 hm2的牛嶺庫(kù)灣微納米曝氣工程生態(tài)修復(fù)效果監(jiān)測(cè)表明，微納米曝氣能夠使得水體的總磷濃度有一定的削減，在不同季節(jié)的微納米曝氣技術(shù)對(duì)總磷平均削減率為14.0%～29.1%，而對(duì)水體總氮的削減效率則表現(xiàn)為不顯著。曝氣對(duì)總磷去除過(guò)程較為復(fù)雜，可能是通過(guò)微納米氣泡吸附、粘附、沉淀等作用對(duì)水體顆粒物質(zhì)的去除產(chǎn)生影響，且磷易被富含F(xiàn)e、Al及Ca等的礦物質(zhì)吸附[21]。微納米曝氣對(duì)總氮的去除效果不明顯，可能因?yàn)椴煌貧鈼l件影響銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的去除效果。陸暉等[18]將微納米曝氣技術(shù)用于城市景觀水體修復(fù)，微納米曝氣對(duì)校園景觀水體中總磷的化學(xué)需氧量、總磷、氨氮和總磷的去除率分別為67.59%、17.30%、70.20%和66.75%；而本研究中微納米曝氣對(duì)總磷的削減比較顯著，表明在不同污染狀況下的水體中總磷去除效果存在差異，這與原污染水體中的磷的本底值有一定的關(guān)系。

微納米曝氣能夠使水體中的浮游植物有一定量的削減，5月份和8月份葉綠素a平均削減率分別為51%和49%，10月份和12月份，其平均削減率則為33%和25%。8月份，曝氣區(qū)域的藻類(lèi)含量明顯低于非曝氣區(qū)域，藻類(lèi)總密度的削減率為37.9%。王云中等研究發(fā)現(xiàn)微納米曝氣對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)抑制作用可能是因?yàn)榈啄辔⑸飳?duì)磷的釋放有抑制作用從而導(dǎo)致藻類(lèi)急劇消亡[22]。微納米曝氣技術(shù)不僅增強(qiáng)了底泥好氧聚磷微生物的活性，而且還可以通過(guò)氣泡粘附沉淀作用使得吸附磷的礦物質(zhì)得到去除，從而使水體的總磷濃度降低。微納米曝氣的增氧作用和氣泡吸附作用都對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)有明顯的抑制效果。

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，春夏季節(jié)相較于秋冬季節(jié)在微納米曝氣工程實(shí)施后對(duì)葉綠素a和藻類(lèi)的生長(zhǎng)抑制效果較好，曝氣區(qū)域的藻類(lèi)含量明顯低于非曝氣區(qū)域，水體富營(yíng)養(yǎng)化易于在春夏季節(jié)爆發(fā)，當(dāng)氣溫開(kāi)始逐漸上升的時(shí)候，微納米曝氣工程可在春夏季節(jié)運(yùn)行，以達(dá)到抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)的目的，而在秋冬季節(jié)則可適當(dāng)減少曝氣，以達(dá)到效益最優(yōu)化。

微納米曝氣生態(tài)修復(fù)技術(shù)的運(yùn)行費(fèi)用方面，由于設(shè)備質(zhì)量穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)分析只計(jì)算設(shè)備運(yùn)行的能耗，運(yùn)行能耗主要是電能的消耗，設(shè)備運(yùn)行總功率20 kW，電費(fèi)按單價(jià)0.6元/(kW/h)計(jì)算，東牙溪水庫(kù)供水2.8×104m3/d，則噸水處理費(fèi)用為(20×0.6×24)/(2.8×104)=0.01元/m3。

4 結(jié)論

在東牙溪水庫(kù)實(shí)施微納米曝氣工程后，2017年的四個(gè)季節(jié)對(duì)其進(jìn)行了采樣監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)工程對(duì)庫(kù)區(qū)水體的物理、化學(xué)和生物指標(biāo)均有明顯的影響，對(duì)水質(zhì)有一定的改善。

1)微納米曝氣區(qū)域的透明度比非曝氣區(qū)域高。春夏季節(jié)，水體溶解氧較高，可達(dá)到10 mg/L；秋冬季節(jié)，水溫分層現(xiàn)象逐漸減弱，上下層水體混合均勻。在水體底層，曝氣區(qū)的溶解氧比非曝氣區(qū)域高，并通過(guò)上下層水體垂直交換將底層溶解氧較高的水體帶到表層。

2)不同季節(jié)，東牙溪水庫(kù)水體總磷濃度分布在0.020～0.094 mg/L之間，水體總氮濃度分布在0.84～1.60 mg/L之間。微納米曝氣技術(shù)對(duì)總磷平均削減率為14.0%～29.1%，對(duì)水體總氮的削減效率則表現(xiàn)為不顯著。

3)水體中的葉綠素a和藻類(lèi)的削減呈一致性，從8月份可以看出，曝氣區(qū)域的藻類(lèi)含量明顯低于非曝氣區(qū)域，藻類(lèi)總密度的削減率為37.9%，與8月份曝氣區(qū)葉綠素a含量明顯低于非曝氣區(qū)呈現(xiàn)一致的規(guī)律，表明曝氣可在一定程度上削減控制浮游植物的生長(zhǎng)，尤其是在春夏季節(jié)?？紤]到噸水處理成本的因素，微納米曝氣工程可在春夏季節(jié)全部運(yùn)行，達(dá)到抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)的目的，而在秋冬季節(jié)可適當(dāng)減少曝氣，以降低運(yùn)營(yíng)成本，達(dá)到效益最優(yōu)化。