淡水藻类在监测水质和净化污水中的运用

孙天阳 高英 张志萍

摘 要：水资源是人类生存、生活和生产不可或缺的重要资源。现阶段除了水资源短缺问题外，水资源浪费、污染等问题也十分严重，总体上呈现出江河湖泊整体污染严重、地下水质恶化等问题。在绿色发展理念下，相关部门也积极探究水质监测和污水净化措施。其中，淡水藻类由于具有敏感性高、变化反应迅速、易于采集、成本较低等特点，在水质监测与污水净化中得到了广泛运用。

关键词：淡水藻类;水质监测;污水净化

引言：浮游藻类是高原湖泊生态系统中的重要组成部分，虽然这些淡水藻类处于食物链的最底端，但是种类丰富、数量庞大，在维持生态系统自净功能中发挥了不可或缺的作用。但是在实际应用中，也要防止因为藻类快速生长对水体造成的二次污染。因此，必须要针对高原湖泊开展充分的调研，制定关于淡水藻类监测水质、净化污水的详细方案，通过这种生物技术措施，保证高原湖泊水质安全，满足其饮用、灌溉、养殖、观光等多重价值。

一、淡水中藻类生长的影响因子

1、pH值

不同的淡水藻类适宜生长的环境有一定差异，对于水体pH值的适应能力也不尽相同。以小球藻为例，适宜生存的水体环境的pH值在6.0-7.0之间，即弱酸性水体环境。如果某一水域的pH值低于6.0或是高于7.0，小球藻的生存会受到影响，并随着pH值的逐渐降低或增加，存活小球藻的数量也会不断的变化。藻类生物在进行生命活动时，会吸收水体中的CO2。而CO2溶于水会产生的H2CO3。当水体中藻类数量达到一定值后，水中CO2大量减少，酸碱平衡被打破，导致水体的pH值上升。而碱性环境又会抑制藻类的生长，从而让水生态系统维持在动态平衡状态。

2、氮磷比

氮磷比是影响高原湖泊生态系统稳定性的核心要素。在一些靠近城镇或是周围有大片农田的湖泊，经常会因为滥用化肥、排放有机物等原因，导致水体中氮磷比失衡，造成水体富营养化。这些高浓度的营养元素促使水体中浮游植物的疯长，导致水生生物因缺氧而死亡，也是造成水体污染的一方面因素。

3、致毒物及其他

水体中的重金屬元素会危害藻类细胞结构而导致藻类死亡，由于淡水藻类对于这些致毒物的反应较为敏感，因此即便是含有少量致毒物，也会引起淡水藻类在形体结构、生存状态的剧烈变化。以小球藻为例，毒性较强的重金属元素依次为汞、镉、铜、锌、铬。以铬为例，当水体中铬的浓度达到0.05mg/L时，小球藻的细胞体积开始缩小，当浓度达到0.25mg/L后，显微镜下可以观察到细胞生长受限，运动器结构发生变化等。除了上述致毒物外，像水体的温度、曝气的方式，以及高原湖泊水源补给方式等，也都会对水体中藻类的生长造成一定程度的影响。

二、淡水藻类在监测水质方面的运用

1、重金属监测

高原湖泊中的重金属在自然状态下很难被降解和转化，并且随着食物链的富集作用，最终危害人类。淡水藻类对重金属元素均有敏感反映，特别是汞、锂、铜等重金属元素，当水体中浓度达到特定数值后，轻则出现藻类形态与结构改变，严重时还会出现细胞破裂、核酸改变等情况。例如Cu2+的浓度达到34.4μg/L后，小球藻的生长明显受限;当Cu2+的浓度达到190.5μg/L后，水体中的小球藻大量死亡。利用淡水藻类对重金属含量变化反应敏感的特点，可以从湖泊中获取样品，观察样品中淡水藻类生长与生存情况，监测水体中重金属含量变化。

2、农药监测

高原湖泊周围有牧场、农田或是工厂的，残留的农药、过量的化肥等会随着地表水或地下水汇集到湖泊中，造成湖泊中农药含量和有机物浓度超标。淡水藻类对于不同类型农药的毒性反应存在差异，淡水藻类接触或吸收农药后，农药中的致毒物会导致藻类细胞膜的渗透能力变差，光合作用受阻，不能获得有机物而逐渐死亡。通过获取高原湖泊的水样，观察淡水藻类的生理变化，可以推测出水样中农药的浓度等级，甚至可以通过特定藻类的特殊反应，大致判断出致毒物的类型，进而反推农药类型。

3、有机污染物监测

随着化学合成技术的成熟，越来越多的有机化合物出现在日常生活和工业领域，其中比较常见的有酚类、醛类、芳烃类等。藻类可以对这些有机化合物进行降解，自身也会因为中毒而死亡。国内学者汤琳做过关于洗涤剂的十二烷基苯磺酸钠（LAS）对斜生栅藻、蛋白核小球藻、羊角月牙藻的急性毒性效应研究，结果表明LAS对3种藻类均产生明显的抑制作用，其中水华鱼腥藻对LAS的毒性最敏感。另外学者党亚爱研究显示，超过10mg/L浓度的LAS，会对水网藻的生长产生明显抑制作用。

4、工业废物监测

如果湖泊周围或是汇入湖泊的河流上游存在矿场、化工厂等，也容易造成湖泊水体受到工业废物的污染。例如，冶炼厂排放的污染气体中含有大量的硫元素，而这些硫蒸气遇冷后伴随着雨水落下，形成酸雨，导致高原湖泊pH值降低，硫含量增加，同时水体中淡水藻类的生长也会受到明显的抑制。利用藻类的这一生物特征也可以用来检测高原湖泊中工业废物的浓度变化。

三、淡水藻类在净化污水中的运用

1、氧化塘工艺

生态系统具有一定的自我净化和自我修复能力，只要排入水域中的污染物控制在一定范围内，可以通过水生态系统将污染物进行自我消化，以维持生态系统的稳定性。氧化塘工艺的原理与生态系统自净有一定的类似性。进入高原湖泊的农药、化肥或是重金属物质，首先有水体中的好气性细菌进行氧化分解。在这一过程中，细菌需要消耗大量的氧气，而淡水藻类通过光合作用可以释放出充足的氧气，从而满足了分解所需。氧化塘具有建设费用低、运行维护方便等特点，另外还可以发挥美化环境的作用，适用于一些经过旅游开发的高原湖泊。

2、活性藻技术

活性藻污水处理技术始于20世纪70年代初期，该技术从污水中去除有机废物和氮、磷营养的基本原理是依据藻菌共生代谢。藻类是光无机型营养菌，能从光和无机碳获得能量，并释放足够的氧分解营养物。藻类大量繁殖所吸收的营养正是污水处理系统中应予去除的。利用活性藻技术处理污水，其应用优势在于具有较低的选择性，可以对多种类型的污染物进行讲解、处理，从而在高原湖泊污水净化中发挥了更加理想的作用。

3、藻类固定化技术

目前藻类固定化技术主要有吸附法和包埋法。吸附法主要依据静电、表面张力和粘附力的作用在微生物和载体之间形成生物膜的方法进行吸附，但吸附法可固定细胞有限，固定的细胞易脱落。包埋法是将微生物细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物的网络空间中，细胞和载体间没有束缚，对微生物活性影响小，颗粒强度高，适用于大多数藻类的固定化，是目前应用最广泛的藻类固定化方法。

结语：利用淡水藻类的生物特性，将其应用到高原淡水湖泊的水质监测与污水净化中，可以为加强高原湖泊水环境管理提供一定的帮助。由于不同种类的淡水藻类，适宜生长的环境和对污染物的敏感度不同，这就需要技术人员提前做好目标水体的取样测试工作，重点在高原湖泊中培养适合该环境的淡水藻类，从而更加灵敏的监测水质变化，在污水净化中发挥更大的作用。需要注意的是，淡水藻类的污水净化只是一种事后补救措施，更重要的是从源头上加强污染源管理，保证高原湖泊水质优良。

参考文献：

[1]汤琳，袁峻峰，陈德辉.十二烷基苯磺酸钠对几种藻类的毒性试验[J].上海师范大学学报（自然科学版），2000，29（2）：70-74.

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[3]高爽，朱长军，李步东.聚类分析法在水质监测断面水质分析中的应用[J].河北工程大学学报（自然科学版），2018，35（1）.