水源地湖庫區(qū)生物控藻技術(shù)探討

宋敏

水源地湖庫區(qū)生物控藻技術(shù)探討

宋敏

（北京市南水北調(diào)團(tuán)城湖管理處，北京 100091）

近20年來，中國水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，而水體富營養(yǎng)化給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的危害。生物法具有對環(huán)境危害小等特點，更適用于水源地水體保護(hù)。著重對生物法中的生態(tài)浮床、生物操縱、微生物溶藻等技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)，以期給水源地湖庫區(qū)的藻類預(yù)防與控制工作提供一定幫助。

生態(tài)濾床；生物操縱；微生物溶藻；控藻技術(shù)

中國是一個多水庫湖泊國家，水庫湖泊在供水、防洪、航運、旅游景觀及維系生態(tài)平衡等方面發(fā)揮著巨大作用。近20年來，中國的水庫湖泊富營養(yǎng)化嚴(yán)重?！?018中國水資源公報》顯示，2018年，對124個湖泊共33 000 km2水面進(jìn)行了水質(zhì)評價，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類、劣Ⅴ類湖泊分別占評價湖泊總數(shù)的25.0%、58.9%和16.1%，主要污染項目是總磷、化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)。121個湖泊營養(yǎng)狀況評價結(jié)果顯示，中營養(yǎng)湖泊占26.5%，富營養(yǎng)湖泊占73.5%。對1 129座水庫進(jìn)行了水質(zhì)評價，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水庫分別占評價水庫總數(shù)的87.3%、10.1%和2.6%，主要污染項目是總磷、高錳酸鹽指數(shù)和五日生化需氧量等。 1 097座水庫營養(yǎng)狀況評價結(jié)果顯示，中營養(yǎng)水庫占69.6%，富營養(yǎng)水庫占30.4%。湖泊水庫水多為水源水，且流動性小、儲存時間長，一旦富營養(yǎng)化將會很難治理。本文對湖庫區(qū)水源地的富營養(yǎng)化生物防治方法研究進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)，以期為湖庫區(qū)的藻類預(yù)防與控制工作提供一定幫助。

1 富營養(yǎng)化的危害

水體富營養(yǎng)化主要是由于人為原因?qū)е滤w中氮、磷等營養(yǎng)元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水體的自凈能力，從而在水體中富集，水體中的藻類因為有了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)得以急劇增長，細(xì)菌也大量繁殖。急劇增長的藻類在水面越積越厚，一部分被壓在水面以下，由于缺乏陽光的照射而死亡。死亡的藻類為水中菌類提供營養(yǎng)，為菌類的繁殖創(chuàng)造條件，菌類的生長不斷消耗氧氣，隨著水中氧氣減少，水質(zhì)不斷惡化，魚類和其他水生生物大量死亡。水體富營養(yǎng)化造成藻類的大量繁殖，會使得水體透明度降低，溶解氧下降，大量的藻類和菌類的死亡，若不及時處理，會產(chǎn)生腥臭異味。研究表明，當(dāng)藍(lán)藻大量繁殖，死后其蛋白質(zhì)分解釋放出的毒害作用僅次于二惡英的藻毒素羥胺、2-甲基異冰片、硫化氫等有毒有害物質(zhì)，可造成水體生物大量死亡。同時，水體底層堆積的有機物質(zhì)在厭氧條件下分解產(chǎn)生的有害氣體和一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素也會傷害到水生生物[1]。水體富營養(yǎng)化會嚴(yán)重破壞水體的生態(tài)平衡。因此，水體富營養(yǎng)化發(fā)生在水源地會帶來很大的危害，會給水源地湖庫的水質(zhì)維護(hù)增加成本投入，會因管道腐蝕堵塞等問題而導(dǎo)致供水成本增加，嚴(yán)重的將直接影響飲用水質(zhì)安全。

2 控藻技術(shù)

目前，湖庫區(qū)富營養(yǎng)化的防治措施有很多，概括起來主要有物理法、化學(xué)法和生物法。物理法有底泥疏浚、深層曝氣等，該類方法效果顯著、無污染，但是周期較長、工程量較大、經(jīng)濟(jì)成本過高，實際應(yīng)用較困難?；瘜W(xué)法主要原理是投加化學(xué)試劑，將水中的氮、磷等營養(yǎng)元素形成沉淀，對于富營養(yǎng)化特別嚴(yán)重的水體則是投加除藻劑?；瘜W(xué)法速度快、效果明顯，但是化學(xué)試劑用量不好控制，容易殘留造成二次污染，對于水源地水體不適宜使用。生物法則是利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈攝取原理和生物相生相克關(guān)系來控制或抑制藻類水華，從而達(dá)到控制水體富營養(yǎng)化的目的[2]。生物法雖然周期長、效果緩慢、不易調(diào)控，但是只需一次投入，運行管理簡單，沒有二次污染等生態(tài)風(fēng)險，所以這類方法廣受關(guān)注，也更適合應(yīng)用于水源地控藻。生物方法主要有生態(tài)浮島控藻、濾食性魚類控藻、微生物控藻等技術(shù)。

2.1 生態(tài)浮床控藻

生態(tài)浮床是利用無土栽培技術(shù)原理，以水生植物為主體，以高分子材料等為載體和基質(zhì)，通過水生植物的根系對污染物質(zhì)的吸收，對附著在根系周圍的生物膜和細(xì)胞外酶對水體中污染物的降解，達(dá)到進(jìn)化水質(zhì)的目的，同時營造景觀效果。陳建軍等[3]通過仿真人工浮床在典型水庫水環(huán)境中對4種植物進(jìn)行了為期2個月的篩選研究，結(jié)果表明，皇冠草、鋪地黍、海濱雀稗3種植物能較好地解決水庫富營養(yǎng)化問題?；使诓萑コ粻I養(yǎng)物質(zhì)效果最佳，可以使30 L水庫水總氮減少0.67 mg/L，總磷減少0.018 mg/L。鄭紅芳等[4]利用人工浮床進(jìn)行小型池塘水質(zhì)凈化實驗，結(jié)果表明，栽植面積為10%時，黃花鳶尾的根系能夠明顯吸收和吸附水中有機物和氮磷等，對水中藻類的爆發(fā)也有明顯的抑制作用，使得核心保護(hù)區(qū)水質(zhì)始終處于富營養(yǎng)化水平之下。李華等[5]研究了靜態(tài)條件下及不同水力負(fù)荷下，種植黃菖蒲的生態(tài)浮床與人工濕地的凈水效果，試驗期間進(jìn)水高錳酸鹽指數(shù)、TN、TP、NH4+-N平均質(zhì)量濃度分別為4.74 mg/L、2.92 mg/L、 0.26 mg/L、1.77 mg/L。結(jié)果表明，在靜態(tài)條件下黃菖蒲生態(tài)浮床對污染水體具有較好的去除效果，高錳酸鹽指數(shù)、TN、TP去除率分別為37.6%、89.9%和65.5%。與3種水力負(fù)荷0.035 m3/（m2·d）、0.06 m3/（m2·d）、0.12 m3/（m2·d）相比較，0.035 m3/（m2·d）水力負(fù)荷下，生態(tài)浮床對TP、NH4+-N、TN、高錳酸鹽指數(shù)的去除率較好，分別為87.4%、66.8%、77.1%、21.16%。方媛媛等[6]認(rèn)為生態(tài)浮島作為一種生態(tài)修復(fù)技術(shù)已廣泛用于治理富營養(yǎng)化水體。該技術(shù)不但有凈水作用，還有一定的觀賞價值。

生態(tài)浮床技術(shù)經(jīng)過多年的實踐已經(jīng)較為成熟，在國內(nèi)外富營養(yǎng)化水體的防治中得到廣泛應(yīng)用，且效果良好，但是應(yīng)用于水源地水體依然存在問題和不足，即水源地所需處理的水量大，水力負(fù)荷很高影響處理效果；水源地有機物營養(yǎng)鹽含量低不利于植物生長；植物生長受溫度影響較大，低溫下處理效率低等。這些問題仍需要進(jìn)一步研究解決。

2.2 生物操縱技術(shù)控藻

SHAPIRO等首先提出了“生物操縱”的概念，定義為“通過一系列湖泊中生物及其環(huán)境的操縱，促進(jìn)一些對湖泊使用者有益的關(guān)系和結(jié)果，即藻類特別是藍(lán)藻類的生物量的下降”。研究者又區(qū)分為兩類，分別是經(jīng)典生物操縱和非經(jīng)典生物操縱。經(jīng)典生物操縱是指通過改變捕食者的種類組成或多度來操縱植食性的浮游動物群落的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)濾食效率高的植食性大型浮游動物，特別是枝角類種群的發(fā)展，進(jìn)而降低藻類生物量。非經(jīng)典生物操縱是利用濾食性魚類（主要有鰱魚、鳙魚、羅非魚等）來直接攝食藻類。

鄭君等[7]通過分析調(diào)蓄水庫魚種及其食性分析，采用非經(jīng)典生物操縱技術(shù)，有針對性地選擇濾食性魚類，如投放鰱、鳙和草魚3種魚類，投放比例為2∶2∶1，鰱鳙魚投放密度為10 g/m3，魚苗1～2齡，投放時間為每年的4—5月上中旬。結(jié)果表明，該方法對夏季高溫期調(diào)蓄水庫中的優(yōu)勢種屬微囊藻的控制效果明顯，藻類含量可以控制在每升2.0×107個左右，去除率可達(dá)到45%～50%，每年可節(jié)約費用16萬元。賈柏櫻等[8]在預(yù)沉池中采用放養(yǎng)鰱魚的生物操縱技術(shù)可高效、穩(wěn)定地控制藻類數(shù)量，并對原水濁度、氨氮起到穩(wěn)定作用，在高藻期還可降低原水CODMn、總磷濃度等。采用生物除藻技術(shù)，再聯(lián)合常規(guī)處理工藝除藻，可以使藻類得到較徹底的去除。特別是對于以藍(lán)藻為優(yōu)勢種的夏季原水，該聯(lián)合技術(shù)的效果更為明顯。陳來生等[9]對千島湖水域?qū)嵤B(yǎng)殖式圍隔，每年投放大規(guī)格鰱鳙魚種5.0×105kg以上，計 1 000萬尾，密度達(dá)到8.5 g/m3，同時對網(wǎng)圍養(yǎng)殖區(qū)域?qū)嵤┙麧O，經(jīng)3年試驗，水華未再出現(xiàn)。

經(jīng)典的生物操縱方法主要是利用浮游動物控制藻類，所以多運用于小型的、封閉的淺水水體。非經(jīng)典生物操縱核心是利用魚類控藻，對于藍(lán)藻水華控制效果較好，但是很難控制所有的藻類，且對于魚類的種類和密度也難以控制。

2.3 微生物控藻

微生物控藻技術(shù)是通過微生物直接或間接殺死藻類，溶解藻細(xì)胞，從而改善水質(zhì)。呂樂等[10]在北京市延慶縣媯水現(xiàn)場圍隔水體中，通過投加由芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌、放線菌和沼澤紅假單胞菌組成的環(huán)境有效微生物菌劑（EM菌劑）治理藍(lán)藻水華污染的效果進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明，EM菌劑可以快速降低藍(lán)藻數(shù)量，使藍(lán)藻生物量減少55%以上，還可以降低氮磷營養(yǎng)元素含量，從而控制藍(lán)藻水華的發(fā)展?？宗S等[11]利用前期分離獲得的溶藻菌Streptomyces sp.HJC-D1研究固定化微生物技術(shù)強化污染水源水除藻以及脫氮性能。結(jié)果表明，對照組和試驗組的水體葉綠素a平均去除率分別為（71.66±5.35）%和（80.94±4.36）%，NH4+-N的平均去除率為（77.76±2.83）%和（72.36±3.18）%。國內(nèi)外對微生物溶藻的研究已取得一定成果，并且逐步向溶藻活性物質(zhì)分離、提純和結(jié)構(gòu)鑒定等研究方向發(fā)展[2]。

微生物溶藻技術(shù)目前多停留在實驗室階段，缺乏實際大規(guī)模應(yīng)用實例。新的微生物物種的引進(jìn)對原有水體生態(tài)平衡的安全影響不可控的因素導(dǎo)致該種方法有一定限制。

3 結(jié)論與建議

相比物理法、化學(xué)法，生物法控制藻類具有投資少、二次污染小、對環(huán)境危害小等優(yōu)點，更加適用于水源地水體的富營養(yǎng)化防治。但是上述各種生物方法各有利弊，要依水體實際情況選擇使用，或者幾種方法結(jié)合。對于富營養(yǎng)化較重的水體可以結(jié)合物理、化學(xué)方法聯(lián)合治理。

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.14.040

2095－6835（2020）14－0101－02

〔編輯：王霞〕