藍(lán)藻水華的危害及主要控制技術(shù)研究進(jìn)展

鄧莎 周鍵

摘 要：該文對(duì)藍(lán)藻水華的危害及目前主要的控制技術(shù)進(jìn)行了綜述，分析了物理、化學(xué)、生物等控藻方法的主要機(jī)理和優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)藍(lán)藻水華控制技術(shù)今后的研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：藍(lán)藻水華;危害;物理控藻;化學(xué)控藻;生物控藻

中圖分類號(hào) X524文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）18-0150-03

Research Advances in the Harm of Cyanobacteria Bloom and Its Main Control Technology

DENG Sha et al.

（Yunnan Appraisal Center for Ecological and Environmental Engineering，Kunming 650032，China）

Abstract：In this paper，the harm of cyanobacteria bloom and its main control technology are reviewed，the mechanisms and comparison of physical，chemical and biological methods are introduced，and several aspects that need to be further studied are put forward.

Key words：Cyanobacteria bloom;Harm;Physical method;Chemical method;Biological method

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)廢水、生活污水及農(nóng)田徑流將大量的氮、磷帶入到水體中富集，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。在合適的溫度等環(huán)境因素的影響下，水體中藍(lán)藻大量生長，形成了肉眼可見的藍(lán)藻水華，給水體生態(tài)環(huán)境造成了不利影響，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并直接或間接地影響了人類健康，已成為全世界普遍存在的主要環(huán)境問題之一。

1 藍(lán)藻水華的危害

1.1 影響水域生態(tài)環(huán)境，破壞水域生態(tài)景觀 藍(lán)藻水華暴發(fā)時(shí)，水體透明度降低，陽光無法照射到水下，影響水體中浮游植物等的光合作用，導(dǎo)致氧氣產(chǎn)生量降低，形成的水面覆蓋物阻礙水面溶氧，加之藍(lán)藻繁殖及死亡藻類分解消耗，進(jìn)一步降低水體中溶解氧含量，致使水體中魚蝦等窒息。同時(shí)，由于不易消化，魚類不喜歡攝食藍(lán)藻[1]，形成優(yōu)勢種的藍(lán)藻抑制其他有益藻類生長，影響魚蝦等捕食者的進(jìn)食，引起魚蝦等死亡。藻類大量死亡時(shí)產(chǎn)生的藍(lán)藻毒素、羥胺及硫化氫等有毒物質(zhì)會(huì)危害水生生物生長，死亡藻類還會(huì)釋放大量的有機(jī)質(zhì)，使水體pH值升高，刺激致病的化能異樣細(xì)菌滋生，水體持續(xù)惡化，形成惡性循環(huán)，原有群落關(guān)系遭到破壞，水域生態(tài)環(huán)境失衡，水體功能逐漸退化。藻類大量繁殖時(shí)散發(fā)腥臭味，水體顏色變綠，水面形成覆蓋物，死亡的水生生物漂浮其中，破壞了原有的生態(tài)景觀。

1.2 威脅人體健康，影響人類生產(chǎn)生活 藍(lán)藻會(huì)釋放多種生物毒素[2]，一些神經(jīng)毒素會(huì)直接破壞和損傷組織，在數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)內(nèi)發(fā)生不可逆的病理變化，如造成肝臟血腫、出血和壞死;一些藻毒素能生成“三致”物質(zhì)，在動(dòng)物或人體內(nèi)累積從而致突變、致畸和致癌。部分生物毒素（如微囊藻毒素）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能耐高溫、耐酸堿[3]，間接通過食物鏈影響人類健康。暴發(fā)的藍(lán)藻水華和死亡的浮游生物還會(huì)造成水質(zhì)下降，水體藻毒素升高，影響水廠處理效率，增加處理成本，導(dǎo)致供水水量和供水安全難以保障。藍(lán)藻覆蓋水面并產(chǎn)生腥臭味，從而影響水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)發(fā)展等。1996年，巴西經(jīng)市政水處理廠處理后的水庫水配水至透析中心使用，因未發(fā)現(xiàn)藻毒素污染，導(dǎo)致血透析水污染，致死達(dá)60多人[4]。1999年，昆明世博會(huì)期間，滇池藍(lán)藻暴發(fā)水華覆蓋面積達(dá)到20km2，厚度達(dá)數(shù)10cm，嚴(yán)重影響生態(tài)景觀，并導(dǎo)致昆明市第三自來水廠停產(chǎn)。2007年6月，武漢蔡甸區(qū)藍(lán)藻暴導(dǎo)致漁場約10萬kg魚死亡，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過70萬元。2007年，貢湖取水口附近出現(xiàn)大規(guī)模藍(lán)藻暴發(fā)和湖泛，湖水變臭進(jìn)而造成供水危機(jī)[5]。

2 藍(lán)藻水華主要控制技術(shù)

藍(lán)藻水華控制技術(shù)主要可分為物理法、化學(xué)法和生物法。

2.1 物理法 物理法控藻主要有機(jī)械法、氣浮法、遮光法、超聲波法、揚(yáng)水曝氣法、黏土絮凝、稀釋沖刷等。機(jī)械法主要是利用陸上固定設(shè)備或移動(dòng)吸藻船等機(jī)械設(shè)備對(duì)藍(lán)藻直接打撈，該方法主要適用于藍(lán)藻暴發(fā)后形成沿岸堆積或湖面聚集的區(qū)域，對(duì)于短時(shí)間內(nèi)藍(lán)藻水華應(yīng)急清除可以起到良好效果，去除藍(lán)藻的同時(shí)也可以降低內(nèi)源氮、磷等污染物負(fù)荷[6]，但在風(fēng)速大或湖水流動(dòng)大的情況下效率低、能耗高、作用范圍有限，做不到標(biāo)本兼治。

2.1.1 氣浮法 氣浮法除藻是通過水下通氣形成微細(xì)氣泡與藍(lán)藻黏附，從而利用浮力使藍(lán)藻浮上水面進(jìn)而去除的方法。該方法具有較高的除藻效率，藻毒素釋放概率低，但所需設(shè)備復(fù)雜且投資大，主要用于水廠凈水，在湖庫水體藍(lán)藻控制中應(yīng)用較少。湯鴻宵[7]等發(fā)明了一種船式氣浮除藻裝置及方法，利用溶氣式氣浮方法去除藍(lán)藻后將水直接排放回水體，但該方法覆蓋范圍小，適用于局部水域除藻。

2.1.2 遮光法 遮光法是通過遮擋射入水面的光線阻止藻類光合作用，以達(dá)到抑制藻類增殖的效果。該方法會(huì)對(duì)于水體景觀造成影響，且投入成本高，對(duì)其他需要靠光合作用生長的水生植物也會(huì)造成不利影響，可作為水源地控藻技術(shù)，但在湖庫控藻應(yīng)用中較為少見。

2.1.3 超聲波法 超聲波法主要通過聲波振動(dòng)等破壞藻類細(xì)胞或抑制細(xì)胞分裂以達(dá)到控藻目的，短時(shí)間的超聲波不會(huì)使藍(lán)藻細(xì)胞破裂釋放藻毒素，但超聲結(jié)束后細(xì)胞生長會(huì)快速恢復(fù)使其抑制細(xì)胞分裂作用大打折扣[8]。低強(qiáng)度超聲對(duì)藍(lán)藻有抑制作用，對(duì)浮游動(dòng)物、魚類及沉水植物沒有明顯的抑制作用[9]。超聲波不會(huì)帶來化學(xué)污染和生物入侵，但能耗較高，在水體中容易衰減，應(yīng)用上有一定的局限性。

2.1.4 揚(yáng)水曝氣 揚(yáng)水曝氣的原理是通過揚(yáng)水筒底部壓縮氣彈使不同層水體垂直混合，水體表層藻類隨水體混合被驅(qū)趕至底層，因溫度變化和光照條件受到限制逐漸失去活性而消亡，同時(shí)由于造流揚(yáng)水帶來的復(fù)氧效應(yīng)使污染物濃度得到進(jìn)一步降低[10]，抑制藻類生長。揚(yáng)水曝氣見效慢，實(shí)際應(yīng)用中受限于水體深度，10m以下淺水湖泊可能造成底泥擾動(dòng)釋放污染物。

2.1.5 物理絮凝 物理絮凝主要通過投加物理絮凝劑使藍(lán)藻從水體中轉(zhuǎn)移到沉積物中，主要使用的是黏土絮凝劑，其來源充足，對(duì)環(huán)境影響較小，在深水湖泊去除水華有一定作用，但對(duì)于大多數(shù)淺水湖泊來說效率低，也不能防止藻類再次泛起和底泥二次污染[11]。

2.1.6 稀釋沖刷 稀釋沖刷主要通過引入新水將原水進(jìn)行稀釋或沖刷，使水中營養(yǎng)鹽濃度降低不能滿足藍(lán)藻生長需求，從而防止水華產(chǎn)生。該方法對(duì)于大型水體來說需要新水量較大，難以達(dá)到足夠的強(qiáng)度。

2.2 化學(xué)法控藻 化學(xué)法主要是利用化學(xué)產(chǎn)品或者采用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行控藻，主要包括投加化學(xué)藥劑滅活、化學(xué)絮凝沉淀等?；瘜W(xué)藥劑主要有硫酸銅、高錳酸鉀、次氯酸鈉、臭氧、二氧化氯、過氧化氫、除草劑等，化學(xué)藥劑主要通過抑制藻類正常代謝快速殺滅藍(lán)藻，控制效果好。部分化學(xué)藥劑具有毒性，會(huì)對(duì)水體正常生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，例如，銅離子生物富集易造成水體二次污染，氯化過程會(huì)生成有害副產(chǎn)物。除草劑對(duì)魚類的毒性小，但長期使用可能會(huì)使藻類產(chǎn)生抗性，造成效果下降。臭氧、過氧化氫對(duì)水體環(huán)境的副作用小，但臭氧運(yùn)行成本高、難以推廣，過氧化氫自身容易氧化分解而只能用于短時(shí)間內(nèi)除藻[12]?；瘜W(xué)絮凝主要通過化學(xué)反應(yīng)絮凝使藍(lán)藻從水體中轉(zhuǎn)移到沉積物中，主要包括有機(jī)絮凝劑、無機(jī)絮凝劑、復(fù)合絮凝劑等。復(fù)合絮凝劑效果優(yōu)于單一絮凝劑。有機(jī)高分子絮凝劑控藻效果好，但大多成本較高。無機(jī)絮凝劑價(jià)格低、效果好，在污水處理中應(yīng)用較多，但產(chǎn)生的沉降物較多，鋁鹽絮凝劑用于飲用水中可能對(duì)人體健康造成不良影響[13]。

2.3 生物法 生物法控藻主要利用的是水生動(dòng)物、水生植物和微生物控藻。

2.3.1 水生動(dòng)物法 水生動(dòng)物法主要是通過改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)，增加水生動(dòng)物對(duì)藍(lán)藻的牧食從而控藻。用于控藻的主要是濾食性魚類鰱魚、鳙魚和雜食性魚類羅非魚，通過魚類攝食再進(jìn)行成魚捕獲，降低水體中的藻類。但鰱魚、鳙魚對(duì)藍(lán)藻的消化不易破壞其細(xì)胞壁，其對(duì)藍(lán)藻的消化率很低，導(dǎo)致糞便中還存在大量未消化的具有生命力的藍(lán)藻[14]，再次釋放會(huì)造成二次污染。羅非魚消化可破壞藍(lán)藻細(xì)胞壁，陸開宏等[15]在寧波月湖等富營養(yǎng)化景觀水體中放養(yǎng)羅非魚試驗(yàn)表明，羅非魚對(duì)水華藍(lán)藻有很強(qiáng)的攝食與消化能力，是控制藍(lán)藻水華的理想措施之一。另外，屈銘志、潘建林等[16，17]的研究表明，投放螺、貝等軟體動(dòng)物也可以起到一定的控藻作用。橈足類、鏢水蚤等浮游動(dòng)物的攝食對(duì)藍(lán)藻也有控制作用[18，19]，且具有生態(tài)友好、無污染、去除成本低等優(yōu)點(diǎn)，但在缺氧條件下難以運(yùn)用。

2.3.2 水生植物法 水生植物法主要利用營養(yǎng)鹽競爭、化感物質(zhì)抑制等原理進(jìn)行控藻。水生植物光合作用能釋放氧氣，并與藻類競爭吸收水中營養(yǎng)鹽，漂浮水生植物還可以遮光，從而抑制藻類生長。部分水生植物還能分泌產(chǎn)生化感物質(zhì)，如長鏈脂肪酸、酚酸以及萜類等，通過破壞藻細(xì)胞結(jié)構(gòu)、影響光合作用、影響藻細(xì)胞呼吸作用、影響藻細(xì)胞酶活性、影響藻細(xì)胞內(nèi)小分子物質(zhì)的含量等機(jī)理控藻[20]。利用水生植物化感作用控藻的主要方式包括水生植物栽種分泌化感物質(zhì)、植物秸稈投放腐敗釋放化感物質(zhì)、植物提取或人工合成化感物質(zhì)進(jìn)行投放。植物栽種需要的生長周期長，秸稈投放對(duì)水體美觀不利，提取或合成化感物質(zhì)成本較高，化感作用控藻已有研究主要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下開展，實(shí)際水體中的生態(tài)安全性還有待進(jìn)一步研究。利用水生植物控藻要關(guān)注后期處置，凋亡衰敗的水生植物會(huì)釋放營養(yǎng)鹽并降低水中溶解氧。

2.3.3 微生物控藻 微生物控藻主要是利用病毒、原生動(dòng)物、放線菌、真菌和細(xì)菌等控藻。細(xì)菌可通過直接作用或間接作用2種方式溶藻，放線菌主要通過分泌溶藻活性物質(zhì)控藻，真菌除分泌抗生素類抑藻外還可寄生于藻細(xì)胞溶藻，原生動(dòng)物主要通過攝食控制藻類密度，病毒控藻主要通過感染引起宿主細(xì)胞裂解[21]。微生物控藻目前大多在實(shí)驗(yàn)階段，在實(shí)際水體中應(yīng)用可能存在影響生態(tài)系統(tǒng)安全的風(fēng)險(xiǎn)，在眾多環(huán)境條件影響下的效用及長期效果還有待深入研究。

3 結(jié)語

物理法、化學(xué)法、生物法除藻各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體技術(shù)選擇需根據(jù)湖庫水體情況及投資情況綜合考量。物理法、化學(xué)法在藍(lán)藻水華暴發(fā)時(shí)用于應(yīng)急效果顯著，但投資大、長效性的不足。另外，化學(xué)法有造成二次污染和毒性殘留等風(fēng)險(xiǎn)。生物法控藻要結(jié)合水體實(shí)際進(jìn)行生物篩選，謹(jǐn)防物種入侵對(duì)水生態(tài)造成破壞，微生物控藻實(shí)際應(yīng)用還不足，環(huán)境安全性還有待進(jìn)一步研究。如何提升多方法聯(lián)合控藻效果，兼顧效率和投資，實(shí)現(xiàn)控藻作用的長效性和控藻技術(shù)的安全性，還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1]袁湖業(yè).淡水養(yǎng)殖中藍(lán)藻水華的危害及治理方法[J].養(yǎng)殖技術(shù)顧問，2012（7）：250-251.

[2]謝平.藍(lán)藻水華及其次生危害[J].水生態(tài)學(xué)雜志，2015（4）：1-13.

[3]Zhang Dawen，Xie Ping，Chen Jun.Effects of temperature on the stability of microcystins in muscle of fish and its consequences for food safety[J].Bull Environ Contam Toxicol，2010（84）：202-207.

[4]Shideh Pouria，A de Andrade，J Barbosa，et al.Fatal microcystin intoxication in haemodialysis unit in Caruaru，Brazil[J].Lancet，1998（352）：21-26.

[5]王惠，朱喜.太湖藍(lán)藻打撈和資源化利用的實(shí)踐與思考[J].江蘇水利，2009（7）：35-37.

[6]沈銀武，劉永定，吳國樵，等.富營養(yǎng)湖泊滇池水華藍(lán)藻的機(jī)械清除[J].水生生物學(xué)報(bào)，2004（2）：131-136.

[7]湯鴻霄，郭瑾瓏，王毅力.一種船式氣浮除藻裝置及方法[P].中國：CN1143826C，2004-3-31.

[8]Chi yong Ahn，Myung hwan Park，Seung hyun Joung，et al.Growth inhibition of cyanobacteria by ultrasonic radiation：Laboratory and enclosure studies[J].Environmental Science & Technology，2003（13）：3031-3037.

[9]儲(chǔ)昭升，龐燕，鄭朔芳，等.超聲波控藻及對(duì)水生生態(tài)安全的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008（7）：1335-1339.

[10]陳雪初，孔海南，李春杰.富營養(yǎng)化湖庫水源地原位控藻技術(shù)研究進(jìn)展[J].水資源保護(hù)，2008（2）：10-13.

[11]胡利靜，肖艷翼，蔣新益，等.淡水藍(lán)藻控制方法的概述[J].水產(chǎn)養(yǎng)殖，2015（2）：6-11.

[12]王壽兵，徐紫然，張潔.大型湖庫富營養(yǎng)化藍(lán)藻水華防控技術(shù)發(fā)展述評(píng)[J].水資源保護(hù)，2016（4）：88-99.

[13]付軍，閆海，王東升，等.聚鋁及其加載黏土礦物高效絮凝沉降銅綠微囊藻的研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006（6）：76-79.

[14]陳少蓮，劉肖芳，胡傳林，等.論鰱、鳙對(duì)微囊藻的消化利用[J].水生生物學(xué)報(bào)，1990（1）：49-59.

[15]陸開宏，金春華，王揚(yáng)才.羅非魚對(duì)藍(lán)藻的攝食消化及對(duì)富營養(yǎng)化水體水華的控制[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2005（6）：811-818.

[16]屈銘志，屈云芳，任文偉，等.銅銹環(huán)棱螺控制微囊藻水華的機(jī)理研究[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（3）：301-308.

[17]潘建林，徐在寬，唐建清，等.湖泊大型貝類控藻與凈化水質(zhì)的研究[J].海洋湖沼通報(bào)，2007（2）：69-78.

[18]Pablo Urrutia Cordero，Mattias Ekvall，Lars Anders Hansson.Responses of cyanobacteria to herbivorous zooplankton across predator regimes：who mows the bloom？[J].Freshwater Biology，2015（5）：960-972.

[19]Pablo Urrutia Cordero，Mattias Ekvall，Lars Anders Hansson.Controlling harmful cyanobacteria：taxa-specific responses of cyanobacteria to grazing by large-bodied Daphnia in a biomanipulation scenario[J].PloS One，2016（4）.

[20]洪喻，胡洪營.水生植物化感抑藻作用研究與應(yīng)用[J].科學(xué)通報(bào)，2009（3）：287-293.

[21]陳莉婷，左俊，陶思依，等.利用微生物控制藍(lán)藻研究進(jìn)展[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2019（4）：401-410. （責(zé)編：張宏民）