河湖藍藻水華治理與氮磷營養(yǎng)鹽控制技術探析

劉勝男

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

近年來，藍藻水華問題逐漸引起國內(nèi)外學者的重點關注，深入探討了藍藻水華控制方法、爆發(fā)特點和誘發(fā)原因等內(nèi)容，并認為導致氮磷營養(yǎng)鹽是引起藍藻水化的關鍵因素。氮、磷與人類生產(chǎn)和工作密切相關，被廣泛應用于經(jīng)濟社會各個領域。因此，如何治理藍藻水華以及實現(xiàn)氮磷營養(yǎng)鹽有效控制就顯得十分重要，必須全面了解水華產(chǎn)生的原因、氮磷來源等知識，從而為河湖后期治理和水生態(tài)功能修復提供可靠保障。

1 河湖藍藻水華機理

1.1 營養(yǎng)物來源

1.1.1 外源氮磷污染

實踐表明，藍藻水華以及河湖富營養(yǎng)化的關鍵在于工業(yè)廢水、化學污染等水體以外的外源氮磷污染，總體上可以將其劃分成點源污染和面源污染兩大類[1]。

2)面源污染：一般是指后期破壞嚴重、污染范圍廣、作用時間長的全面性污染，例如殘留于土壤匯總的化肥、氮磷和農(nóng)藥等，按既定軌道這些污染物流入水體造成水體富營養(yǎng)化，并進一步誘發(fā)藍藻水華現(xiàn)象。在點源污染得以有效控制的條件下，水體富營養(yǎng)化主要取決于面源污染，對其控制難度較高。總體上，決定面源污染最關鍵的因素有：①養(yǎng)殖業(yè)污染，隨著經(jīng)濟的發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)逐漸成為重點產(chǎn)業(yè)，但禽畜養(yǎng)殖形成的糞便污染物，若未加以處理流入水體很容易造成嚴重污染，并且養(yǎng)殖業(yè)還會產(chǎn)生一定的氮磷營養(yǎng)鹽，從而加劇水體的富營養(yǎng)化。②化肥的過量施用，化肥的過量施用會造成氮磷等營養(yǎng)鹽富集，土壤中的氮磷等營養(yǎng)物隨降雨徑流進入水體，將嚴重污染河湖水質(zhì)。③降雨影響，降雨徑流攜帶氮磷等營養(yǎng)物流入河湖，水體內(nèi)營養(yǎng)鹽含量急劇增大并誘發(fā)富營養(yǎng)化現(xiàn)象。

1.1.2 內(nèi)源氮磷污染

內(nèi)源污染就是河湖內(nèi)的各類營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)鹽，經(jīng)物理、化學和生物作用進入河湖底部成為污染物主要來源。經(jīng)多個歷史時期的時代更替氮磷營養(yǎng)鹽遺留于河湖底泥中，污染水環(huán)境。實踐表明，河湖沉積物釋放的氮磷占入河污染負荷比例較高，特別是天氣晴朗時期底泥沉積物會發(fā)生化學反應，從而加快氮磷的釋放速度，水體富營養(yǎng)化與內(nèi)源氮磷污染直接相關[3-4]。此外，藍藻受營養(yǎng)物質(zhì)影響會大量繁殖，并進一步產(chǎn)生水華現(xiàn)象，并且酸堿度、氧氣含量、水溫等環(huán)境因素與氮磷的釋放速度有一定關聯(lián)，環(huán)境條件的改變使得水體中釋放的氮磷含量也會發(fā)生一定變化。

1.2 作用機理

實踐表明，藍藻水華和水體污染的關鍵在于氮磷，氮磷等營養(yǎng)鹽含量過高會加劇水體的富營養(yǎng)化，并進一步產(chǎn)生更加突出的藍藻水華問題。針對藍藻水華產(chǎn)生機理國內(nèi)外學者開展了許多研究，并形成了多種學說，但尚未達成統(tǒng)一的共識?？傮w上，可以將藍藻水華的產(chǎn)生劃分成單因子和多因子兩種假說。

1.2.1 單因子假說

結合相關研究資料，氮磷是誘發(fā)藍藻水化的關鍵因素，但尚未明確其決定作用的物質(zhì)有哪些[5]。具體而言，單因子假話包括以下3種類型：①氨氮假說，該假說以氮為主要誘發(fā)因素探究了單一因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)，微囊藻生長優(yōu)先選擇氨氮為主要單元，氮對微囊藻的生長產(chǎn)生很大的影響；依據(jù)微囊藻實驗結果，對于該假說有學者開展了全面探討，為氨氮引起藍藻水華提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。②溶解性反應磷假說，河湖富營養(yǎng)化時均具有較高的磷含量，故而許多學者認為藍藻水華的關鍵就在于水體中的溶解磷，無論是外源輸入亦或水體自身的磷含量。有研究發(fā)現(xiàn)，藍藻的暴發(fā)會在一定程度上提高酶的活性和數(shù)量，從而加快磷的分解速率和有機磷的形成。③氮磷比假說，部分英美學者于20世紀前期提出氮磷比假說，并結合實驗驗證了假說合理性；有學者利用施加磷肥、氮肥的方法探討了藍藻生長與氮磷比之間的關系，結果顯示氮磷比<10則產(chǎn)生藍藻，氮磷比>10則抑制藍藻生長。隨后，有學者從更深層次上探討了這一學說，并提出一系列的結論，在學術界該假說有了相關的支持。

1.2.2 多因子假說

目前，對于藍藻水華產(chǎn)生的原因需要進行更深刻的研究，這也是一個極具爭議的問題。多因子假說就是水體受多種不利因素影響而產(chǎn)生污染，其中藍藻水華就是內(nèi)、外應共同作用的結果，包括水藻特性、溫度和陽光等各種因素。

氮磷的產(chǎn)生與各種環(huán)境因素密切相關，其形成途徑也較多，雨水沖刷、風力、酸堿度、溫度等都會在一定程度上影響氮磷的釋放與形成。此外，河湖底泥中堆積的腐爛生物體以及沉淀的顆粒物發(fā)生一系列反應，釋放出的氮磷營養(yǎng)鹽加速富營養(yǎng)化和藍藻水華的進程。研究認為，氮素的釋放速率以及形成與多種環(huán)境因子息息相關，例如缺氧環(huán)境可以促進氮磷的釋放、低光會抑制水藻的生長[6]。風力擾動、化學反應、微生物也會促進氮磷的釋放，其中風力擾動主要是以物理的方式將底泥中的磷吸附或釋放到水體之中，化學反應會在不同程度上改變氮磷的濃度，水體酸堿度增加會使得微生物活性變強，從而加速有機氮的釋放。

分油機仿真面板的原理圖設計在完成之后，借助Altium Designer板卡設計軟件繪制原理圖并給原理圖中的每一個元件編號，在將原理圖導入到PCB圖之前需要對原理圖以及PCB圖進行編譯(Compile)。受安裝環(huán)境的影響，PCB板的大小不得超過110 mm×120 mm，設計為雙層板，通過螺柱固定在控制箱上，設計的板卡PCB見圖4。

2 河湖氮磷營養(yǎng)鹽控制技術

2.1 物理控制

物理控制就是利用各種物理學手段控制水體氮磷鹽含量，有效治理藍藻水華和水體富營養(yǎng)化問題，主要有原位覆蓋、底泥疏浚和調(diào)水沖稀等控制技術。

1)原位覆蓋：這是一種用未污染的粗砂、底泥等物質(zhì)覆蓋在已污染底泥上的物理控制方法，其作用原理并非清除底泥及其污染物。將富含污染物的底泥利用原位覆蓋技術覆蓋，能夠有效控制氮磷等營養(yǎng)鹽含量過高以及底泥中污染物進入水體，從而防止水化現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2)調(diào)水沖稀：該方法就是通過融合潔凈水與污染水減少營養(yǎng)鹽濃度，達到控制河湖富營養(yǎng)化程度的目的。實踐表明，調(diào)水沖稀實用成效顯著，對減少藍藻水華風險起著重要作用。然而，調(diào)水沖稀也存在許多不足支出，如短期控制效果較好，但調(diào)水也會引入營養(yǎng)鹽，長期以往依然存在發(fā)生水華的風險。

3)底泥疏浚：該方法可以有效減少底泥沉積中的營養(yǎng)物和其他污染物含量。富營養(yǎng)化的河湖底泥中沉積了大量氮磷等多種營養(yǎng)物，底泥疏浚就是利用人工或機械手段清除底泥表面懸浮物、除去底泥等物質(zhì)，從而確保河湖生態(tài)系統(tǒng)良性穩(wěn)定循環(huán)。不同河湖所選用的底泥疏浚技術不同，所達到的清除效果具有明顯差異，底泥疏浚的使用效果學術界尚未給出統(tǒng)一結論，對此仍需深入研究。

2.2 化學控制

化學控制是利用化學原理，促使水體中的污染物與添加的化學試劑發(fā)生反應，從而達到控制河湖中營養(yǎng)鹽含量以及水化的目的，該方法主要是向水體和底泥中投入一定量的化學試劑，通過與沉淀中的污染物以及水體反應來降低氮磷濃度[7]。

目前，化學控制包括直接調(diào)控和調(diào)節(jié)酸堿度兩種方式，其中直接調(diào)控氮磷含量就是促使氮磷營養(yǎng)鹽與化學試劑直接參與反應，并且化學物質(zhì)不同所達到的控制作用具有明顯差異，如石膏、氯化鋁能夠控制氮磷的釋放和濃度；端監(jiān)督調(diào)節(jié)就是改變水環(huán)境pH值來抑制氮磷的釋放，氮磷釋放與水體酸堿度息息相關，改變酸堿度可以控制磷的釋放量及其存在形式，使得水體中的磷的含量下降。實際上，酸堿度對水體中的氮、磷影響機理具有顯著差異，酸堿度越高則氮的釋放量就越少[8-10]。因此，酸堿度調(diào)節(jié)可以有效防止水華發(fā)生，保證氮、磷濃度維持在最低的水平。

短期內(nèi)化學控制具有明顯成效，但實際應用時還存在許多的不足，如通過投放化學物質(zhì)達到化學控制的方式只能起到短期作用，對于抑制污染物的排放化學物質(zhì)難以長期發(fā)揮效應；此外，必須合理地把握化學物質(zhì)的投放量，若投入過量極易引起其他危害，使水生態(tài)系統(tǒng)逐漸失衡。

2.3 生物控制

生物控制主要是通過動植物、微生物減少氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，以防出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象。生物控制不同于其他方法，使用過程中既能夠增強生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性還不會對水體環(huán)境造成二次污染。目前，有很多生物控制技術，但大多以水生物作用為主，其中以微生物降解、植物競爭和動物攝食為主要手段，對藍藻水華治理具有顯著成效[11-14]。

1)水生動物控制：該方法是以浮游生物以及食藻類魚類攝食藻類物質(zhì)為主，可以有效控制河湖內(nèi)藻類物質(zhì)以及氮磷的含量。實際上，動物控制就是將氮磷等轉移到生物體內(nèi)，以達到降低污染侵害的目的。工作人員將大型食藻浮游動物以及其他食藻魚類投放到河湖中，主要利用水生生物吞食生長的水藻維持河湖生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

2)水生植物控制：該方法是利用水生植物與藻類之間的氮磷營養(yǎng)鹽競爭吸收關系，在一定程度上抑制藻類生物的生長，從而防止出現(xiàn)水華現(xiàn)象。

3)水生微生物控制：在水華初期水生微生物具有較好的控制效果，短期成效明顯，但是中后期降解速度放緩。微生物釋放多肽等溶藻類物質(zhì)，該過程可以抑制藻類的生長。目前，在水華治理過程中微生物技術的應用日趨廣泛，并取得了顯著成效。

3 結 語

藍藻水華以及河湖富營養(yǎng)化既影響著人類的生產(chǎn)生活，還威脅河湖生態(tài)系統(tǒng)的平衡，水體富營養(yǎng)化問題逐漸成為水文水資源領域研究的熱點之一。因此，在藍藻水華治理和氮磷營養(yǎng)鹽控制過程中要合理利用化學、生物、物理等控制方法，逐步恢復水生態(tài)功能，保證河湖生態(tài)系統(tǒng)長效安全穩(wěn)定運行。