除藻剂应急治理湖水蓝藻水华案例分析

陈思莉，邴永鑫，常 莎，虢清伟，张政科，姚玲爱，梁荣昌，曾圣科

(生态环境部华南环境科学研究所， 广州 510530)

广东某湖湖面约0.9 km2，平均水深2.5 m，该湖基本与外界水环境隔绝，由于水体换水速度缓慢，虽然周边排污设施逐渐完善，常规水质指标达标并逐年改善，稳定达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅳ类标准，但从富营养化指数可看出，水质仍处于中高富营养化水平，藻类暴发风险较高。2018年8月，该湖湖水出现pH超标，暴发蓝藻水华事件，课题组受当地环保局委托，对该湖蓝藻水华暴发进行全面分析研判，制定科学有效的应急措施，控制蓝藻水华，保障水质达标。

由于该湖蓝藻优势种群为伪鱼腥藻，是一种丝状蓝藻[2]，不易聚集成团，不能采用机械除藻的方法去除，本文选择化学除藻剂，其原理主要是通过除藻剂能抑制藻细胞活性，阻碍其生长繁殖，达到除藻的目的，具有快速、高效等优点，可短时间内控制藻类生长[3]，本文选择常用除藻药剂硫酸铜[4]、高锰酸钾[5-7]和聚合氯化铝[8-9]，进行小试实验，确定药剂种类及最佳投加量，最后进行应急处置工程实施。

1 广东某湖水质及水生态现状

2018年8月1日开始，连续五天观测广东某湖湖水水质，采样监测发现湖水pH异常，超过9上限值，同时溶解氧出现过饱和，富营养化指数处于中度水平。常规指标见表1所示，通过监测藻细胞密度，该湖浮游植物细胞密度大于2.0×108个/L，可以判断该湖发生蓝藻水华现象，浮游植物群落结构调查显示，水华优势种较单一，伪鱼腥藻细胞密度占的比例超过90%，浮游植物细胞密度分布图见图1，显微镜下优势种照片见图2。

表1 广东某湖藻类暴发水质数据

图1 浮游植物细胞密度分布图

2 试验材料与方法

2.1 原水水质与试剂

8月3日取广东某湖原水作为实验用水。混凝剂聚合氯化铝(有效成分30%)购置于天津博迪化工有限公司；高锰酸钾、硫酸铜为天津市江天化工科技有限公司，分析纯。

2.2 水化学与水生生物检测

主要检测的理化指标有藻细胞密度、Cu2+和锰离子等，Cu2+和锰离子测定方法均为原子吸收分光光度法，浮游植物鉴定与计数参考《湖泊生态安全调查与评估技术指南》，野外采集及室内分析方法参照文献[10]。

2.3 实验方法

2.3.1 硫酸铜除藻实验

在15 L实验水样中加入一定量的硫酸铜，硫酸铜投加量分别为0、0.01、0.05、1.0 mg/L，混合均匀后静置24、48、72、96 h后，用虹吸法取液面下2～3 cm 水样，测定藻密度。

2.3.2 高锰酸钾除藻实验

在15 L实验水样中加入一定量的高锰酸钾药剂，高锰酸钾投加量分别为0、0.25、0.5 mg /L，混合均匀后静置12、24、48、72、96 h后，用虹吸法取液面下2～3 cm 水样，测定藻密度。

2.3.3 混凝除藻实验

在15 L实验水样中加入一定量的聚合氯化铝药剂，聚合氯化铝投加量为0、5、10、20、30、50 mg/L，投加一定量混凝剂后立即以200 r/min 快速搅拌2 min，然后以60 r/min 慢速搅拌15 min，最后静置12、24、48 h，用虹吸法取液面下2～3 cm 水样，测定藻密度。

3 试验结果与讨论

3.1 硫酸铜除藻实验

硫酸铜是目前使用最广泛的除藻剂之一，它可以在短时间内降低水体中藻类的浓度，具有操作简单、效果明显等特点[11]，硫酸铜对景观海水中藻类去除效果见图3。研究结果表明，当硫酸铜投加量大于0.05 mg/L时，投加后48 h开始藻细胞密度明显下降，藻类去除率90%以上，表明硫酸铜对景观水体中藻类生长具有明显抑制作用，铜离子可以与藻类细胞壁上带负电和官能团发生螯合反应，还可以破坏叶绿体等胞内物质，影响藻细胞光合作用，导致藻细胞生物减少或死亡。但是金属离子本身具有一定的毒性，且投加浓度过高容易造成水体中铜离子残留，对水体生态系统造成破坏。图4为投加不同硫酸铜后水中铜离子含量变化，原水铜离子浓度为0.000 9 mg/L，随着硫酸铜投加量的增加，铜离子浓度升高，当硫酸铜投加量为1.0 mg/L时，铜离子浓度为0.527 8 mg/L，是原水铜离子浓度的585倍左右。

图3 硫酸铜投加对藻类去除效果

图4 硫酸铜投加后水中残留铜离子浓度

3.2 高锰酸钾除藻实验

氧化剂除藻是一种常用的化学除藻手段，化学药剂与构成微生物蛋白质的半胱氨酸-SH基反应，使-SH基为活性点的酶钝化，破坏某些藻类的细胞壁、细胞膜及细胞内含物而使其灭活甚至解体，从而杀灭活体藻细胞[12]。高锰酸钾对藻类去除效果见图5。结果表明，在投加量为0.25～0.5 mg/L条件下，藻细胞去除率仅为20%～25%；通过监测水体中锰离子浓度，结果表明当高锰酸钾投加0.5 mg/L时，水中锰离子浓度接近地表水环境质量标准0.1 mg/L，继续加大高锰酸钾投加量将会导致水体锰离子超标，见表2所示。

图5 高锰酸钾投加对藻类去除效果

mg/L

3.3 聚合氯化铝除藻实验

混凝法可使悬浮小颗粒胶体脱稳凝聚成大颗粒，以便能自然沉降，达到固液分离的目的，相对于其他方法，混凝法价格低廉，操作简单。本文采用聚合氯化铝作为混凝剂对藻类进行去除，该药剂在实际应急处置中常使用，如龙江镉污染污染事件[13]、贺江镉铊污染事件[14]。实验结果见图6，当聚合氯化铝投加量大于20 mg/L时，经过观察，藻细胞去除率达到90%以上，表明聚合氯化铝混凝沉底具有较好的去除效果。

图6 聚合氯化铝投加对藻类去除效果

4 实验小结

(1)硫酸铜投加量大于0.05 mg/L时，投加后48 h后藻类去除率90%以上，表明硫酸铜对景观水体中藻类生长具有明显抑制作用，但由于硫酸铜投加会带来水体中铜离子浓度升高，因此对投药量需要精准控制，同时在封闭水体中由于水体更换周期较长，不建议采用硫酸铜杀藻。

(2)高锰酸钾投加量为0.25～0.5 mg/L时，对藻类去除效果不明显，而超过此投加量时，则会导致水体中锰离子含量超标，同时水体中色度也会超标。

(3)聚合氯化铝投加量超过20 mg/L时，藻类去除率90%以上，对藻类具有较好的去除效果，且聚合氯化铝为净水剂，广泛应用于自来水厂中，安全无毒。

综合以上因素考虑，针对2018年8月某湖蓝藻暴发事件，采取应急方式除藻建议采用聚合氯化铝，理论最佳投加量为20 mg/L。

5 应急处置工程案例分析

5.1 药剂投加方式及用量

2018年8月15-20日，利用拖船和高压喷枪对湖水水面均匀喷洒液态聚合氯化铝，合计用量约135 t，平均用药量为150 g/m2。

5.2 实施效果

投加药剂前，水华遍及整个湖水，藻密度大于2.0×108个/L，应急治理后， 经过连续三天的观察，藻密度比例下降90%，水体表观质量明显提高，各项指标均达到标准，结果见表3所示。

表3 投药前后湖水水质

6 结论与建议

(1)针对广东某湖湖水pH超标，蓝藻水华事件，通过对比三种化学除藻剂硫酸铜、高锰酸钾、聚合氯化铝小试试验的去除效果等问题，选择聚合氯化铝作为除藻剂，作为某湖蓝藻水华事件的应急处置药剂，并确定最佳投药量，指导工程实施。

(2)根据试验结果，将聚合氯化铝均匀投加到广东某湖湖水后，在初始藻密度大于2.0×108个/L的基础上下降了90%，其他各项指标均达标，应急处置措施非常成功。

(3)化学除藻剂虽然见效快、成本低、操作简便， 但仅用于蓝藻水华的应急治理，不能从根本上解决富营养化问题，为防止该湖今后再次暴发蓝藻水华，需要加强该湖水污染防治工作。

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