河湖蓝藻水华治理与氮磷营养盐控制技术探析

刘胜男

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)

近年来，蓝藻水华问题逐渐引起国内外学者的重点关注，深入探讨了蓝藻水华控制方法、爆发特点和诱发原因等内容，并认为导致氮磷营养盐是引起蓝藻水化的关键因素。氮、磷与人类生产和工作密切相关，被广泛应用于经济社会各个领域。因此，如何治理蓝藻水华以及实现氮磷营养盐有效控制就显得十分重要，必须全面了解水华产生的原因、氮磷来源等知识，从而为河湖后期治理和水生态功能修复提供可靠保障。

1 河湖蓝藻水华机理

1.1 营养物来源

1.1.1 外源氮磷污染

实践表明，蓝藻水华以及河湖富营养化的关键在于工业废水、化学污染等水体以外的外源氮磷污染，总体上可以将其划分成点源污染和面源污染两大类[1]。

2)面源污染：一般是指后期破坏严重、污染范围广、作用时间长的全面性污染，例如残留于土壤汇总的化肥、氮磷和农药等，按既定轨道这些污染物流入水体造成水体富营养化，并进一步诱发蓝藻水华现象。在点源污染得以有效控制的条件下，水体富营养化主要取决于面源污染，对其控制难度较高。总体上，决定面源污染最关键的因素有：①养殖业污染，随着经济的发展养殖业逐渐成为重点产业，但禽畜养殖形成的粪便污染物，若未加以处理流入水体很容易造成严重污染，并且养殖业还会产生一定的氮磷营养盐，从而加剧水体的富营养化。②化肥的过量施用，化肥的过量施用会造成氮磷等营养盐富集，土壤中的氮磷等营养物随降雨径流进入水体，将严重污染河湖水质。③降雨影响，降雨径流携带氮磷等营养物流入河湖，水体内营养盐含量急剧增大并诱发富营养化现象。

1.1.2 内源氮磷污染

内源污染就是河湖内的各类营养物质和营养盐，经物理、化学和生物作用进入河湖底部成为污染物主要来源。经多个历史时期的时代更替氮磷营养盐遗留于河湖底泥中，污染水环境。实践表明，河湖沉积物释放的氮磷占入河污染负荷比例较高，特别是天气晴朗时期底泥沉积物会发生化学反应，从而加快氮磷的释放速度，水体富营养化与内源氮磷污染直接相关[3-4]。此外，蓝藻受营养物质影响会大量繁殖，并进一步产生水华现象，并且酸碱度、氧气含量、水温等环境因素与氮磷的释放速度有一定关联，环境条件的改变使得水体中释放的氮磷含量也会发生一定变化。

1.2 作用机理

实践表明，蓝藻水华和水体污染的关键在于氮磷，氮磷等营养盐含量过高会加剧水体的富营养化，并进一步产生更加突出的蓝藻水华问题。针对蓝藻水华产生机理国内外学者开展了许多研究，并形成了多种学说，但尚未达成统一的共识。总体上，可以将蓝藻水华的产生划分成单因子和多因子两种假说。

1.2.1 单因子假说

结合相关研究资料，氮磷是诱发蓝藻水化的关键因素，但尚未明确其决定作用的物质有哪些[5]。具体而言，单因子假话包括以下3种类型：①氨氮假说，该假说以氮为主要诱发因素探究了单一因素的影响。研究发现，微囊藻生长优先选择氨氮为主要单元，氮对微囊藻的生长产生很大的影响；依据微囊藻实验结果，对于该假说有学者开展了全面探讨，为氨氮引起蓝藻水华提供了可靠的数据支撑。②溶解性反应磷假说，河湖富营养化时均具有较高的磷含量，故而许多学者认为蓝藻水华的关键就在于水体中的溶解磷，无论是外源输入亦或水体自身的磷含量。有研究发现，蓝藻的暴发会在一定程度上提高酶的活性和数量，从而加快磷的分解速率和有机磷的形成。③氮磷比假说，部分英美学者于20世纪前期提出氮磷比假说，并结合实验验证了假说合理性；有学者利用施加磷肥、氮肥的方法探讨了蓝藻生长与氮磷比之间的关系，结果显示氮磷比<10则产生蓝藻，氮磷比>10则抑制蓝藻生长。随后，有学者从更深层次上探讨了这一学说，并提出一系列的结论，在学术界该假说有了相关的支持。

1.2.2 多因子假说

目前，对于蓝藻水华产生的原因需要进行更深刻的研究，这也是一个极具争议的问题。多因子假说就是水体受多种不利因素影响而产生污染，其中蓝藻水华就是内、外应共同作用的结果，包括水藻特性、温度和阳光等各种因素。

氮磷的产生与各种环境因素密切相关，其形成途径也较多，雨水冲刷、风力、酸碱度、温度等都会在一定程度上影响氮磷的释放与形成。此外，河湖底泥中堆积的腐烂生物体以及沉淀的颗粒物发生一系列反应，释放出的氮磷营养盐加速富营养化和蓝藻水华的进程。研究认为，氮素的释放速率以及形成与多种环境因子息息相关，例如缺氧环境可以促进氮磷的释放、低光会抑制水藻的生长[6]。风力扰动、化学反应、微生物也会促进氮磷的释放，其中风力扰动主要是以物理的方式将底泥中的磷吸附或释放到水体之中，化学反应会在不同程度上改变氮磷的浓度，水体酸碱度增加会使得微生物活性变强，从而加速有机氮的释放。

分油机仿真面板的原理图设计在完成之后，借助Altium Designer板卡设计软件绘制原理图并给原理图中的每一个元件编号，在将原理图导入到PCB图之前需要对原理图以及PCB图进行编译(Compile)。受安装环境的影响，PCB板的大小不得超过110 mm×120 mm，设计为双层板，通过螺柱固定在控制箱上，设计的板卡PCB见图4。

2 河湖氮磷营养盐控制技术

2.1 物理控制

物理控制就是利用各种物理学手段控制水体氮磷盐含量，有效治理蓝藻水华和水体富营养化问题，主要有原位覆盖、底泥疏浚和调水冲稀等控制技术。

1)原位覆盖：这是一种用未污染的粗砂、底泥等物质覆盖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。将富含污染物的底泥利用原位覆盖技术覆盖，能够有效控制氮磷等营养盐含量过高以及底泥中污染物进入水体，从而防止水化现象的出现。

2)调水冲稀：该方法就是通过融合洁净水与污染水减少营养盐浓度，达到控制河湖富营养化程度的目的。实践表明，调水冲稀实用成效显著，对减少蓝藻水华风险起着重要作用。然而，调水冲稀也存在许多不足支出，如短期控制效果较好，但调水也会引入营养盐，长期以往依然存在发生水华的风险。

3)底泥疏浚：该方法可以有效减少底泥沉积中的营养物和其他污染物含量。富营养化的河湖底泥中沉积了大量氮磷等多种营养物，底泥疏浚就是利用人工或机械手段清除底泥表面悬浮物、除去底泥等物质，从而确保河湖生态系统良性稳定循环。不同河湖所选用的底泥疏浚技术不同，所达到的清除效果具有明显差异，底泥疏浚的使用效果学术界尚未给出统一结论，对此仍需深入研究。

2.2 化学控制

化学控制是利用化学原理，促使水体中的污染物与添加的化学试剂发生反应，从而达到控制河湖中营养盐含量以及水化的目的，该方法主要是向水体和底泥中投入一定量的化学试剂，通过与沉淀中的污染物以及水体反应来降低氮磷浓度[7]。

目前，化学控制包括直接调控和调节酸碱度两种方式，其中直接调控氮磷含量就是促使氮磷营养盐与化学试剂直接参与反应，并且化学物质不同所达到的控制作用具有明显差异，如石膏、氯化铝能够控制氮磷的释放和浓度；端监督调节就是改变水环境pH值来抑制氮磷的释放，氮磷释放与水体酸碱度息息相关，改变酸碱度可以控制磷的释放量及其存在形式，使得水体中的磷的含量下降。实际上，酸碱度对水体中的氮、磷影响机理具有显著差异，酸碱度越高则氮的释放量就越少[8-10]。因此，酸碱度调节可以有效防止水华发生，保证氮、磷浓度维持在最低的水平。

短期内化学控制具有明显成效，但实际应用时还存在许多的不足，如通过投放化学物质达到化学控制的方式只能起到短期作用，对于抑制污染物的排放化学物质难以长期发挥效应；此外，必须合理地把握化学物质的投放量，若投入过量极易引起其他危害，使水生态系统逐渐失衡。

2.3 生物控制

生物控制主要是通过动植物、微生物减少氮磷等营养物质，以防出现富营养化现象。生物控制不同于其他方法，使用过程中既能够增强生态系统的稳定性还不会对水体环境造成二次污染。目前，有很多生物控制技术，但大多以水生物作用为主，其中以微生物降解、植物竞争和动物摄食为主要手段，对蓝藻水华治理具有显著成效[11-14]。

1)水生动物控制：该方法是以浮游生物以及食藻类鱼类摄食藻类物质为主，可以有效控制河湖内藻类物质以及氮磷的含量。实际上，动物控制就是将氮磷等转移到生物体内，以达到降低污染侵害的目的。工作人员将大型食藻浮游动物以及其他食藻鱼类投放到河湖中，主要利用水生生物吞食生长的水藻维持河湖生态系统良性循环。

2)水生植物控制：该方法是利用水生植物与藻类之间的氮磷营养盐竞争吸收关系，在一定程度上抑制藻类生物的生长，从而防止出现水华现象。

3)水生微生物控制：在水华初期水生微生物具有较好的控制效果，短期成效明显，但是中后期降解速度放缓。微生物释放多肽等溶藻类物质，该过程可以抑制藻类的生长。目前，在水华治理过程中微生物技术的应用日趋广泛，并取得了显著成效。

3 结 语

蓝藻水华以及河湖富营养化既影响着人类的生产生活，还威胁河湖生态系统的平衡，水体富营养化问题逐渐成为水文水资源领域研究的热点之一。因此，在蓝藻水华治理和氮磷营养盐控制过程中要合理利用化学、生物、物理等控制方法，逐步恢复水生态功能，保证河湖生态系统长效安全稳定运行。