云贵高原昭通渔洞水库控藻技术初探

申开旭

（云南省水文水资源局昭通分局，云南昭通657000）

云贵高原昭通渔洞水库控藻技术初探

申开旭

（云南省水文水资源局昭通分局，云南昭通657000）

文章详细分析了渔洞水库藻类数量和优势种群的变化，藻类与富营养化之间的关系，探讨水库藻类控制的有效方法，指出物理除藻技术、化学控藻技术应用的局限性，进而从城市供水安全、水环境保护、水生态平衡和修复等角度出发，提出生物控藻方法，以利更好解决渔洞水库控藻技术问题。

渔洞水库；控藻技术；初探

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.021

众所周知，藻类生长的碳源主要来自水体中溶解的二氧化碳，氢和氧来自于水，这两种物质在水体中基本上不会枯竭。全面分析藻类细胞质（原生质）的组成，得出氮、磷、碳元素是调节和控制藻类生命活动的基本要素。因此，有效控制藻类的生长和繁殖，必须要破坏碳、氮、磷之间的比例（即106∶16∶1）。在富营养化水体中，氮、磷的限制相对较小，而在贫～中营养的湖泊和水库中，限制氮、磷的作用更加突出。

1 概述

渔洞水库（东经103°19′～32′，北纬27°10′～34′）是目前云南省昭通市最大的集中式供水水源地，具有防洪、水产养殖、灌溉、蓄水发电等多种功能。径流区面积709km2，水库正常集水面积13.6km2，总库容量为3.64亿m3，平均水深约27m，属大型深水分层河道型水库，承担昭阳区、鲁甸县城区供水。近年来，水库水体藻类异常增殖，水色异常变化给城区安全供水带来较大的压力和风险。当前，有效控制渔洞水库藻类，特别是微囊藻、盘星藻和脆杆藻等异常繁殖显得重要而迫切。

2 藻类状况

渔洞水库藻类监测，2009年细胞密度由1.33×103个/L上升到503×104个/L，包括蓝藻门、绿藻门、硅藻门、隐藻门、裸藻门、金藻门和甲藻门共7门，涉及22种，其中微囊藻、盘星藻占优势种群交替出现，6月出现贫营养指示的锥囊藻。

2010年共检出6门34属，其中蓝藻门5属，绿藻门15属，硅藻门8属，隐藻门1属，裸藻门2属，甲藻门3属；1～6月微囊藻占优势种群，7～12月脆杆藻站优势种群。全年微囊藻、盘星藻、针杆藻、脆杆藻占优势，主汛期细胞密度在49.47～426.80（万个/L）变化，非汛期细胞密度在6.70～71.47（万个/L）变化。

2011年共检出藻类7门28属，其中蓝藻门3属、绿藻门12属、硅藻门6属、隐藻门1属，裸藻门2属，金藻门1属，甲藻门3属。优势种群主要有微囊藻，针杆藻，脆杆藻，盘星藻，实球藻，细胞密度在（28.44～202.00）×100万个/L之间变化；从优势种群出现的频率来看，针杆藻和脆杆藻＞微囊藻＞盘星藻＞实球藻，即硅藻门＞蓝藻门＞绿藻门。

2012年共检出6门29属，其中蓝藻属2属，蓝藻门2属，绿藻门14属，硅藻门7属，隐藻门1属，裸藻门1属，甲藻门2属；1～6月微囊藻占优势种群，7～12月脆杆藻为优势种群。主汛期细胞密度在85.20～153.33（万个/L）变化，非汛期细胞密度在65.33～95.07（万个/L）变化。

2009～2012年间，细胞密度大于100万个/L的月份主要集中在夏、秋季节。

3 藻类与富营养化

有资料显示，藻类的个体数量小于3×105个/L为贫营养，（3～10）×105个/L为中营养，大于10×105个/L为富营养化。日本概括了湖泊富营养化和浮游生物优势种的关系，提出了从贫营养化向富营养化过渡时出现的浮游生物优势种名录：贫营养性浮游硅藻（小环藻、平板藻）→浮游黄鞭毛藻（锥囊藻）→富营养性浮游硅藻（星杆藻、脆杆藻、冠盘藻和颗粒直链藻）→富营养性浮游绿藻（盘星藻、栅藻）→浮游蓝藻（微囊藻、囊丝藻、鱼腥藻）→眼虫藻类浮游生物（裸藻）→细菌类浮游生物。在贫营养湖中，硅藻类的小环藻等占优势，当过渡到富营养化初期，星杆藻等富营养化硅藻类成为优势种；再进一步富营养化，绿藻、蓝藻大量产生。因此，可根据生物种类组成来指示水环境的富营养程度。

渔洞水库藻类监测资料表明，2009～2012年优势种群是微囊藻、盘星藻和脆杆藻交替出现。按照渔洞水库各藻类门、属、种间的分布和在水环境中的适应性，表明渔洞水库水环境逐步由中营养向富营养化方向发展。

4 藻类控制

微囊藻、直链藻、脆杆藻等藻类的大量繁殖不仅导致水质下降，而且还能产生大量的藻毒素，严重威胁到人类饮用水安全。水体中藻类的大量繁殖不但加速了营养物质在水中的循环，同时加剧了水体富营养化的进程。同时，水体中的污染物质在细菌和藻类的作用下，不断地进行着从无机形式到有机形式，再从有机形式向其他形式的循环，每完成一次循环都把外源营养物质以有机的形式固定下来，使水体中的营养物质不断增加。因此，要有效控制渔洞水库藻类，特别是微囊藻、盘星藻和脆杆藻等的大量繁殖。

4.1 营养盐水平控制

合田健博士认为：总氮与总磷的浓度比为12∶1～13∶1时，最适于藻类增殖。控制水体营养盐水平的主要目的是降低水体中氮、磷营养物质的浓度，从根本上控制藻类爆发性的生长。需集中处理好径流区生活污水、农业生产废水、工业废水、大气降水、暴雨径流带来的营养盐负荷，从源头上控制营养盐物质的涉入。

4.2 藻类生长的控制［1］

4.2.1 物理化学方法

目前用得最多是黏土，黏土除藻的核心就是利用絮凝的原理将浮于水面的水华凝聚，使藻与黏土共同沉入水底，从而达到清除水华的目的。所用黏土可以是黏土矿物，也可以是当地的土壤和沉积物。筛选黏土有两个指标：一是除藻率（除藻平衡后藻的去除量），二是除藻速率（除藻动力学参数，去除50%和80%藻所用时间）。二者最佳者归为第一类，次之为第二类，依次类推。在明确机理的基础上，确定改性剂、配比和安全性。改性剂必须满足安全环保、价格低廉、适于淡水等多项要求。目前已确认的天然改性剂为壳聚糖。有实验证明：壳聚糖可以大大加强架桥网捕作用，使黏土的物理特性和化学成分不再成为絮凝过程中的主要因素，从而使各种原先不具有除藻能力的当地黏土或沉积物变成高效除藻剂，不仅特别适合于淡水藻华的清除，而且投入量也大大减少。改性黏土是创新技术，它使得利用当地黏土治理当地藻华的理想得以实现。

4.2.2 机械除藻技术

采用的工艺是利用水面吸藻器吸藻。经真空过滤浓缩器或者是絮凝气浮浓缩，藻浆真空脱水或者直接运送至工厂加工，达到资源化利用的目的。该项技术在治理滇池蓝藻水华的过程中曾实施过，同时也在太湖梅梁湾水源地水质改善项目中也得到了应用。据报道：该技术用于太湖后，两年通过机械和人工的方法共清除了“强化净化区”水华蓝藻干物质216.6 t。根据所收获的水华蓝藻干物质成分分析结果，机械除藻共从实验区清除了氮1.71 t、磷l.06 t。

4.2.3 其他物理控藻技术

过滤法：主要是通过物理手段，以丙纶丝为滤料，利用筛分截留与吸附_絮凝作为过滤器，滤除水中的藻类。可有效去除甲藻，同时对C O D、T N、T P及叶绿素a也有一定的去除。

遮光法：主要通过在水面覆盖部分遮光板，遏止藻类的光合作用，可控制水库中藻类的大量繁殖。

沉淀法：主要是在水库中投入高分子混凝剂或吸附剂，利用混凝或吸附的原理，使藻类沉淀，从而达到去除的目的。

超声波法：利用超声波与水作用产生空化现象，损伤藻细胞内的生物分子，从而导致藻类的死亡。实际过程中选择超声波的强度至关重要，近年来研究表明：超声波与臭氧结合起来，对抑制藻类的生长有较好效果。

紫外线法：利用紫外线的辐射作用，破坏藻类的D N A结构，从而杀死藻类。

4.3 化学控藻技术［2］

目前，用得最多的化学除藻剂主要有硫酸铜、氯和二氧化氯、高锰酸钾和复合药剂。硫酸铜中的C u2+能使藻类蛋白质变性，使其失去活性，从而抑制藻类新陈代谢。二氧化氯（）是一种广谱杀菌消毒剂和水质净化剂，具高度的氧化能力，可使微生物蛋白质中的氨基酸氧化分解，从而使微生物死亡。二氧化氯可杀灭细菌、病毒、芽孢、原生动物和藻类。臭氧是一种高效杀菌剂，对任何病菌都有强烈的杀菌能力，而且作用迅速可靠；臭氧的氧化产物往往是无毒或生物可降解的物质；臭氧氧化后，不生成污泥，大大减少有机物沉积；具有处理设备占地面积小，易于控制并实现自动化。但是用臭氧发生器的电耗较大，处理成本较高；处理后的水没有持续灭菌的功能，易遭二次污染。

化学控藻技术，主要是利用化学药剂来抑制水中藻类的繁殖，一般都具有立竿见影的效果，但不可避免地破坏生态平衡并造成一定的环境污染，且化学控藻长期使用一种药剂，会造成水体溶解氧下降，增加内部的氮循环，特别是重金属离子C u2+在底泥中积累，增加了藻类对重金属离子C u2+的抗性。化学除藻虽然具有除藻速度快、效果明显的优点，但容易造成二次污染，具有较大的生态风险。因此，化学控藻是一种不科学的除藻方法，一般不推荐使用。

4.4 生物控藻技术［3］

4.4.1 微生物控藻技术

微生物控藻技术主要是利用微生物溶解藻类。主要包括溶藻病毒、溶藻真菌、溶藻细菌和微生物控藻剂。溶藻病毒大量存在于水体中，通过特异性溶解宿来维持种群关系的平衡。溶藻细菌有黏细菌，据报道：黏细菌能够溶解鱼腥藻、束丝藻、微囊藻和颤藻。真菌主要通过释放抗生素和寄生溶菌来控藻，一般浓度为0.02μ g/m L的青霉素就可以抑制微囊藻的生长。微生物控藻剂作为广谱微生物，投入水中之后与好氧、厌氧、兼氧等微生物作用，可以快速清除藻类，同时克制藻类的再形成，使水体透明度逐渐提高。

肥海菌是一种复合活菌肥，主要菌群为光合细菌、芽孢杆菌，并配以海洋微藻所需的微量元素。肥海菌投放到水中后，休眠菌能很快复苏和崩解，并以成数倍速度繁殖扩增，很快形成优势种群，迅速分解水体中的有机污染物，消除水体中的氨态氮、亚硝态氮、硫化氢等有毒物质，并将其转化为海洋微藻类的营养源，促进硅藻、绿藻、金藻类等饵料生物的繁殖和生长，抑制有害藻类的繁殖，起到增氧、净化水质和产生免疫活性物质的作用，并间接地控制致病菌。如光合细菌（P ho t o s y nt he s i sba c t e r i a，简称P SB）、硝化细菌（N i t r i f y i ngba c t e r i a）、芽孢杆菌、复合微生物制剂、益生素、E M菌、肥海菌等得到广泛的应用。

4.4.2 鱼类除藻技术［4_5］

生物操纵理论认为：随着取食浮游生物鱼类的生长，其食饵浮游动物数量下降，故浮游植物在捕食压力降低的情况下，密度上升，造成水质的恶化。应降低虑食性鱼类（鲢鱼、鳙鱼）数量，可以通过引入凶猛性鱼类（河鲈、北方狗鱼、虹鳟和大嘴黑鲈）来控制捕食浮游生物的鱼类，或者直接去除食游生物的鱼类，使浮游动物数量上升，达到控制浮游藻类的生长。鱼类削减量对于湖泊、水库的生态恢复是十分必要的，但需要保证削减作用的长期性，必须确定足够的鱼类削减量。有资料表明：鱼类的削减目标一般控制在5kg/hm2为宜。近年来，由于微藻利用及收获技术的研究得到了关注，微藻过滤技术也随之得到发展，如序批式微藻过滤技术、微藻稀释培养技术、微藻固定化技术等。牧食生物混合培养技术和贝类或虾类组成的复合养殖系统等为微藻的收获利用提供了技术保证。

4.4.3 植物感化控藻技术［6］

植物感化控藻技术是利用植物对藻类的感化抑制作用来控制水体中藻类生长的新技术，是一种植物通过向环境中释放化学物质影响藻类生长的现象。相关文献报道：感化物质对藻类的生长抑制机理主要影响藻类的光合作用、破坏细胞膜、影响酶的活性以及破坏细胞的亚显微结构。B a l l A B，Wi l_ l i a m s M等利用大麦杆来抑制水体中的藻类，结果显示：在非常低的浓度（0.005%）也能对铜绿微囊藻产生抑制作用。2003年清华大学在国际上首次发现芦苇具有很强的感化抑藻作用，并从中分离出具有高效抑藻效果的感化物质2-甲基乙酰乙酸乙酯。参考2003年3月国家环境保护总局公布的第一批已形成严重危害的8种水生植物，可供选择的水生植物见表1。

表1 具有抑藻作用的高等水生植物及其有效抑藻类

生物控藻主要是利用生态平衡等原理对藻类的生长和繁殖进行抑制，从而控制藻类大量繁殖的目的。该方法具有低投资、低能耗、处理过程与自然生态系统有更大的相融性等。有效控制藻类的生长，不会产生副作用，具有成本低、安全、高效的优点，是一种最佳环境保护的控藻方法，但由于运行周期长，见效慢，实施也有一定难度，技术本身还有待完善成熟。

5 结论

物理除藻技术具有无污染，效果好等特点，但存在工程量大、耗时和运作周期长，具有一次性投入成本较高等缺点，一般不具备大规模实施。化学控藻技术是现阶段短期效果较好，一般都具有立竿见影的效果，但不可避免地破坏生态平衡并造成一定的环境污染，化学控藻剂在杀灭藻类的同时也杀死其他水生生物，具有较大的生态风险，一般不推荐使用。而生物控藻技术并不是想彻底杀灭或消除藻类，而是利用生态平衡等原理对藻类的生长和繁殖进行抑制，从而达到控制藻类数量和种类。相比较而言，生物除藻技术具有更为广阔的前景。从城市供水安全、水环境保护、水生态平衡和修复等角度出发，在渔洞水库控藻技术问题上，建议推行生物控藻方法。

［1］黄延林，丛海兵，等.饮用水水质污染控制［M］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［2］王晓丽.硫酸盐及其组合除藻的比较分析［J］.试验与技术，2008，24（12）：1060_1061.

［3］王家玲.环境微生物学（第二版）［M］.北京：高等教育出版社，2004：237_245.

［4］谢平.鲢、鳙与藻类水华控制［M］.北京：科学出版社，2003.

［5］此里能布，毛建忠，黄少峰.经典与非经典生物操纵理论及其应用［J］.生态科学，2012，31（01）：86_90.

［6］崔丽娟，李伟，等.表流湿地不同植物配置对富营养化循环水体的净化效果［J］.生态与农村环境学报，2011，27（02）：81_86.

Q 178.1

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1008_1305（2015）06_0053_04

申开旭（1978年—），男，工程师。