湖庫(kù)高藻水成因分析及凈水廠應(yīng)對(duì)策略研究

關(guān)鍵詞：高藻水；影響因素；處理工藝

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）04-0263-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.074

Analysis of the Causes of High Algal Water in Lake and Reservoir and Study on the Response Strategies of Water Treatment Plants

XIAO Ning （Shanghai FudanWater Engineering Technology Co.，Ltd.，Shanghai2OO433，China）

Abstract：ManylakesandreservoirsinChinaarefacing varyingdegreesofalgae polution.Whenthealgaecontent is too highandformshighalgaewater，itwillposeaseriouschallngetodrinking watersafety.Detailedanalysiswasconductedon theinfluencingfactorsthatinducethegenerationofhighalgaewaterinlakesandreservoirs，includingbasicconditionssuch astemperature，utrients，andlight，asellashdrauliconditionssuchasflowvelocityturbulene，shearstress，dwater retentiontime.Atthesame time，thecurrent processesadoptedby water purification plants for treating highalgae water， suchas physical，chemical，andbiologicalmethods，weresummarized，andtheadvantagesanddisadvantagesofrelted processes wereanalyzed.Intended toprovide strong technical supportandreference basis foroptimizing high algae water treatmentschemesandefectivelyensuringwatersafety，andtoasistinthedevelopmentndimprovementofdrinkingater safety assurance.

Keywords：high algal water; influencing factors; treatment process

近年來(lái)，氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流人水體，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化并引發(fā)藻類大量滋生，特別是在湖泊和水庫(kù)等封閉型水體中，易形成高藻水。我國(guó)眾多湖泊和水庫(kù)面臨不同程度的藻類污染問(wèn)題。例如，太湖和滇池等地常年出現(xiàn)藻類嚴(yán)重滋生現(xiàn)象，而北方地區(qū)部分水源在特定季節(jié)也會(huì)頻繁出現(xiàn)藻類過(guò)度繁殖現(xiàn)象[1]。藻類滋生導(dǎo)致湖泊和水庫(kù)中水源的有機(jī)物濃度升高，不僅加劇了消毒副產(chǎn)物風(fēng)險(xiǎn)，還嚴(yán)重威脅了生態(tài)系統(tǒng)健康和飲用水安全。同時(shí)，藻類過(guò)度生長(zhǎng)將消耗大量溶解氧，導(dǎo)致沉積物中的錳離子被還原，從而重新進(jìn)入水體，增加凈水廠處理難度。部分藻類能夠分泌毒素，一旦進(jìn)入飲用水源，就會(huì)對(duì)人類健康構(gòu)成潛在威脅，包括引起腸胃不適、肝臟損傷甚至致癌的風(fēng)險(xiǎn)。此外，高藻水給常規(guī)水處理工藝帶來(lái)極大挑戰(zhàn)，如顯著增加混凝劑用量、造成濾池堵塞、干擾消毒效果等。面對(duì)湖庫(kù)高藻水體的問(wèn)題，目前已有用多種處理技術(shù)和方法。本研究主要梳理了湖庫(kù)高藻水形成的原因并評(píng)估了當(dāng)前處理技術(shù)的不足，以期為湖庫(kù)高藻水的凈化提供技術(shù)性參考。

1藻類滋生的影響因素

1.1基礎(chǔ)條件

溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽、光照均可影響藻類生長(zhǎng)。在適宜的溫度范圍下，隨著溫度的升高，藻類的代謝和生長(zhǎng)速度通常會(huì)加快。但當(dāng)溫度超出這一范圍，蛋白質(zhì)可能會(huì)變性，酶的活性降低，進(jìn)而抑制藻類的生長(zhǎng)[2]。在營(yíng)養(yǎng)鹽充足的環(huán)境中，藻類的細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)速度通常會(huì)有所提高。然而，營(yíng)養(yǎng)鹽比例不平衡可能會(huì)擾亂藻類的正常生長(zhǎng)和繁殖過(guò)程，甚至影響某些有毒藻類毒素的產(chǎn)生[3]。光照強(qiáng)度通過(guò)影響藻類的光合作用效率從而控制藻類生長(zhǎng)。因此，深入理解這些因素對(duì)于研究藻類的生態(tài)特征及控制藻類生長(zhǎng)具有重要意義。

1.2水力條件

水動(dòng)力學(xué)通過(guò)影響水體的流速、湍流強(qiáng)度和化學(xué)物質(zhì)分布來(lái)影響藻類的形成和生長(zhǎng)過(guò)程。流速通過(guò)影響水體的流動(dòng)速度間接調(diào)控藻類的分布和遷移。例如，人工水庫(kù)的建設(shè)通常會(huì)導(dǎo)致水體流速的降低，形成熱分層現(xiàn)象，這會(huì)阻礙物質(zhì)的垂直交換，便于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累和藻類的增長(zhǎng)。進(jìn)一步的，水力學(xué)通過(guò)改變水體的溫度分布、混合狀態(tài)以及營(yíng)養(yǎng)物分布，影響藻類的繁殖。已有研究表明，較高的流速會(huì)破壞藻類的聚生狀態(tài)，抑制其生長(zhǎng)，而適中或較低的流速則可能促進(jìn)藻華的形成，即“低促進(jìn)、高抑制”的速度效應(yīng)。而與流速相比，湍流和切應(yīng)力更全面地反映了水體的流動(dòng)特性，對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響更直接、更具體。適宜的湍流條件通過(guò)促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收和能量代謝來(lái)促進(jìn)藻類的生長(zhǎng)。更細(xì)致的湍流動(dòng)力學(xué)研究表明，適度的湍流可以通過(guò)提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的擴(kuò)散效率來(lái)提高藻類的利用率。水體的剪切應(yīng)力對(duì)藻類細(xì)胞的形態(tài)、抗氧化系統(tǒng)和光合作用等生理過(guò)程也有影響。

水體的停留時(shí)間決定了溶解物在水中的駐留時(shí)長(zhǎng)。較長(zhǎng)的停留時(shí)間通常有利于藻華的形成和發(fā)展，反之，通過(guò)調(diào)控措施減少水體的停留時(shí)間可以有效地遏制藻類的滋生。此外，水中的溫度分層現(xiàn)象對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)和分布產(chǎn)生顯著影響。在水層穩(wěn)定的情況下，藻類更易于向溫暖的水面層遷移，進(jìn)行光合作用，這種向上的垂直移動(dòng)顯著促進(jìn)了藻類的生長(zhǎng)與繁衍。

2水廠應(yīng)對(duì)高藻水的措施

當(dāng)前凈水廠處理高藻水所采取的工藝措施主要包括如物理法、化學(xué)法以及生物法等。

2.1物理法處理

2.1.1 沉淀與氣浮法

混凝沉淀通過(guò)投加混凝劑使水中雜質(zhì)形成絮體，然后沉降去除?；炷恋韺?duì)于高藻水中較大藻類顆粒的沉降相對(duì)容易，但對(duì)微小藻類和浮游藻類沉降效果較差。沉淀工藝簡(jiǎn)單、成本低，常作為預(yù)處理手段，以減輕后續(xù)處理負(fù)荷。例如，某小型水廠采用沉淀預(yù)處理高藻水，可去除 3 0 % ～ 5 0 % 的藻類，但后續(xù)仍需深度處理以滿足水質(zhì)要求[4]。

氣浮法利用微小氣泡附著藻類顆粒使其上浮分離，其中溶氣氣浮較為常見。溶氣氣浮利用高壓使空氣溶解于水，再常壓釋放形成氣泡。氣浮對(duì)藻類和懸浮顆粒去除效率較高，尤其適用于低濁高藻水，具有處理速度快、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。但是，氣浮設(shè)備復(fù)雜，運(yùn)行成本高，對(duì)操作管理要求嚴(yán)格。研究顯示，氣浮工藝對(duì)藻類去除率可達(dá) 8 0 % 以上，但實(shí)際運(yùn)行中氣泡大小、氣浮時(shí)間等因素會(huì)影響處理效果。

2.1.2 過(guò)濾法

過(guò)濾的兩種常見形式包括砂濾和超濾膜。砂濾工藝是以砂粒作為過(guò)濾介質(zhì)，主要通過(guò)物理截留去除藻類和其他雜質(zhì)。水體流經(jīng)濾池時(shí)，較大的顆粒被砂粒間的孔隙截留，同時(shí)部分有機(jī)物和細(xì)小顆粒被吸附固定。砂濾工藝操作簡(jiǎn)單、成本低廉，并且過(guò)濾效果穩(wěn)定，能夠有效減少出水濁度。然而，該方法存在一些缺點(diǎn)，如易堵塞、反沖洗耗水量較大、對(duì)溶解性有機(jī)物和小粒徑藻類的去除效果有限等。

超濾膜過(guò)濾基于膜（孔徑 0 . 0 0 1 ～ 0 . 1 0 0 μ m ）的篩分原理，能夠有效去除藻類。該技術(shù)無(wú)須使用化學(xué)藥劑，操作簡(jiǎn)便，但存在膜污染的問(wèn)題，超濾膜受污染后其通量降低，并導(dǎo)致運(yùn)行成本增加。為解決膜污染的問(wèn)題，水廠通常會(huì)采用預(yù)處理和定期膜清洗等手段。

2.1.3粉末活性炭吸附法

粉末活性炭具有巨大比表面積，能有效吸附藻類、有機(jī)物、嗅味物質(zhì)等。其吸附原理包括物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附基于微孔結(jié)構(gòu)對(duì)分子的吸附，化學(xué)吸附是活性炭表面官能團(tuán)與吸附質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。粉末活性炭吸附對(duì)嗅味物質(zhì)和部分有機(jī)物去除效果好，可改善水的口感和氣味，作為應(yīng)急處理措施能快速降低水中污染物濃度。但粉末活性炭吸附容量有限，需定期更換或再生，再生過(guò)程復(fù)雜且成本高。

2.2化學(xué)法處理

2.2.1 臭氧預(yù)氧化

臭氧可有效破壞藻類使其細(xì)胞失活，從而達(dá)到除藻的目的。同時(shí)，臭氧的強(qiáng)氧化性可有效降解水中有機(jī)物，打破顆粒表面電荷平衡，從而提升后續(xù)混凝沉淀處理的效果。在大型水處理廠中，臭氧預(yù)氧化通常與生物活性炭等工藝聯(lián)合使用。例如，在處理高藻地表水時(shí)，借助臭氧的強(qiáng)氧化與活性炭的吸附能力，并利用附著在活性炭孔隙內(nèi)的微生物作用，能夠顯著去除藻類、有機(jī)物、嗅味物質(zhì)。然而，臭氧氧化也存在部分缺陷，在應(yīng)用中需要嚴(yán)格控制臭氧的投加量和接觸時(shí)間，以減少溴酸鹽等有害副產(chǎn)物的生成[5]。

2.2.2 高錳酸鹽預(yù)氧化

高錳酸鉀預(yù)氧化通過(guò)溶解藻細(xì)胞，從而去除水中藻類。該方法可以在一定程度上去除水中的有機(jī)物、嗅味，同時(shí)藥劑成本較低。但是，過(guò)量投加高錳酸鉀可能導(dǎo)致水中的錳離子濃度增加，改變水體顏色，還可能導(dǎo)致藻細(xì)胞溶解從而釋放胞內(nèi)物質(zhì)，如嗅味物質(zhì)和其他有機(jī)物。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要合理控制藥劑的投加量以保證處理效果。

2.2.3 預(yù)氯化

預(yù)氯化利用氯的強(qiáng)氧化性殺滅藻類，殺藻效果顯著，能快速降低藻類數(shù)量，且氯價(jià)格低廉、投加設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。但是，預(yù)氯化會(huì)產(chǎn)生三鹵甲等消毒副產(chǎn)物，該類物質(zhì)具有突變、致畸和致癌風(fēng)險(xiǎn)，還可能導(dǎo)致藻細(xì)胞破裂釋放胞內(nèi)物。因此，在工程應(yīng)用中需謹(jǐn)慎控制加氯量和反應(yīng)時(shí)間。

2.3生物法處理

生物法通過(guò)微生物生長(zhǎng)繁殖在載體表面形成生物膜，并通過(guò)生物膜代謝作用來(lái)去除水中的藻類及其代謝產(chǎn)物。當(dāng)水體流經(jīng)生物膜時(shí)，藻類被微生物吸附、分解和轉(zhuǎn)化。同時(shí)該方法可有效去除有機(jī)物及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而削減藻類所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而抑制藻類生長(zhǎng)。生物膜法的運(yùn)行成本相對(duì)低廉，且無(wú)須大量添加化學(xué)藥劑。然而，該方法需一定的時(shí)間培養(yǎng)和馴化生物膜，因此建立和啟動(dòng)過(guò)程較慢。

常用的生物預(yù)處理技術(shù)包括生物接觸氧化法和生物濾池法。在生物接觸氧化法中，填料被布設(shè)在曝氣池內(nèi)，微生物在填料表面附著，曝氣為微生物提供必需的氧氣，使微生物能夠氧化分解水中的污染物。而生物濾池法則通過(guò)濾材表面的生物膜來(lái)過(guò)濾和凈化水質(zhì)。生物預(yù)處理的優(yōu)勢(shì)在于有效提高原水水質(zhì)，從而增強(qiáng)傳統(tǒng)水處理工藝的效率，并減少化學(xué)藥劑的使用，最終降低整體處理成本。然而，該方法對(duì)水質(zhì)和水溫有一定的依賴性，需要為微生物提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，還需要相對(duì)較大的空間。在一些以地表水為水源的水處理廠，采用生物預(yù)處理技術(shù)可以有效降低原水中的有機(jī)物和藻類含量，減輕后續(xù)處理如混凝和沉淀的壓力，從而提升處理后水的質(zhì)量。

3結(jié)論

本研究梳理了湖庫(kù)水源中藻華發(fā)生的影響因素，闡述了凈水廠所采用的應(yīng)對(duì)策略。藻類的爆發(fā)性生長(zhǎng)主要由富營(yíng)養(yǎng)化、光照條件和溫度等因素共同驅(qū)動(dòng)，水力條件也直接或間接地影響藻類生長(zhǎng)過(guò)程。同時(shí)，探討了這些方法在不同環(huán)境條件和水質(zhì)要求下的優(yōu)勢(shì)及其局限性。未來(lái)，應(yīng)當(dāng)從多角度評(píng)估藻華發(fā)生原因，全面探究影響藻類生長(zhǎng)的環(huán)境因素，同時(shí)從以下方面開展藻類生長(zhǎng)過(guò)程評(píng)估及廠區(qū)應(yīng)對(duì)方法的探究：構(gòu)建精準(zhǔn)預(yù)測(cè)模型以預(yù)測(cè)藻類生長(zhǎng)繁殖過(guò)程，實(shí)現(xiàn)源頭控制；深入探究藻類與水環(huán)境各因素的交互作用，針對(duì)性地制定控制策略；進(jìn)一步研究和優(yōu)化膜技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)等現(xiàn)代水處理技術(shù)在實(shí)際操作中的表現(xiàn)和成本效益，尤其是這些技術(shù)在去除藻毒素和其他有害物質(zhì)方面的有效性。通過(guò)開展這些方向的研究，更深入地理解藻類問(wèn)題的根本原因及其生態(tài)影響，從而開發(fā)出更有效、更經(jīng)濟(jì)的管理策略。

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