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        飲用水源水中藻類污染物的形成及治理

        2020-12-10 09:02:16歐燁強(qiáng)福建省平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)創(chuàng)新研究院福建平潭350400
        化工管理 2020年33期
        關(guān)鍵詞:藻類毒素水質(zhì)

        歐燁強(qiáng)(福建省平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)創(chuàng)新研究院,福建 平潭 350400)

        0 引言

        藻類污染已經(jīng)成為人們關(guān)注的新問題。營(yíng)養(yǎng)富集導(dǎo)致水源中藻類異常,從而引起嚴(yán)重的水污染,影響城市的自然景觀和供水質(zhì)量。

        1 水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀

        富營(yíng)養(yǎng)積累主要是由于水中氮,磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累,導(dǎo)致水體藻類的過度生長(zhǎng)和繁殖,并影響水的功能。全球約有75%以上的封閉型水體存在富營(yíng)養(yǎng)化問題。中華人民共和國(guó)水利部2019年發(fā)布的2018年中國(guó)水資源公報(bào)顯示:在121個(gè)湖泊中,中營(yíng)養(yǎng)湖泊占26.5%,富營(yíng)養(yǎng)湖泊占73.5%,和歷年數(shù)據(jù)相比,水體富營(yíng)養(yǎng)化仍較為嚴(yán)重。

        2 源水藻類繁殖的危害

        2.1 對(duì)水質(zhì)的不利影響

        2.1.1 藻類致臭

        飲用水中有各種類型的臭味物質(zhì),它主要包含腐爛和其他有機(jī)物,藻類放線菌,真菌分泌物,以及二甲基異冰片烯和土臭素。隨著藻類數(shù)量的變化,氣味的類型也會(huì)變化。通常,藻類細(xì)胞產(chǎn)生的土臭素含量為(1~4)×10-8μg/L,但是如果水的環(huán)境條件發(fā)生變化,藻類釋放的土臭素是健康生長(zhǎng)的2到3倍,而且藻類死亡后會(huì)釋放出更多的土臭素,導(dǎo)致自來水會(huì)有異味。飲用水的氣味不一定構(gòu)成直接的健康風(fēng)險(xiǎn),但會(huì)引起恐慌,質(zhì)疑水質(zhì)并降低公眾對(duì)飲用水安全性的信心。

        2.1.2 藻類產(chǎn)生藻毒素

        微囊藻毒素(MC)是由藍(lán)細(xì)菌產(chǎn)生的天然毒素。它是水資源中較常見的毒素,世界上大約25%至70%的藍(lán)細(xì)菌可以產(chǎn)生毒素。藻類毒素極具毒性,已被證明是“三種病原體”,在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了的80多種類型的微囊藻毒素中,微囊藻毒素LR最常見且毒性最大,它的存在威脅著人類健康,食入或直接接觸被藻類污染的水會(huì)引起皮膚反應(yīng),結(jié)膜炎,腸胃炎和許多其他疾病,有十多個(gè)國(guó)家報(bào)道過動(dòng)物飲用有毒藻類的水導(dǎo)致死亡的報(bào)道。

        2.2 對(duì)水廠和管網(wǎng)運(yùn)行的不利影響

        主要原因是大量藻類會(huì)堵塞過濾器,且藻類會(huì)增加pH值,會(huì)增加凝結(jié)劑量使用,而通過過濾器并進(jìn)入管網(wǎng)的一些藻類和水中殘留的有機(jī)物(AOC)會(huì)成為促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的基質(zhì),產(chǎn)生如線蟲和海綿等管狀網(wǎng)狀生物,這些動(dòng)物很難清除,嚴(yán)重時(shí)會(huì)阻塞水表和水龍頭。此外,其代謝產(chǎn)物也會(huì)與凝結(jié)劑發(fā)生反應(yīng),從而降低清理效果,增加藥劑成本。同時(shí),生成的復(fù)合物還會(huì)導(dǎo)致管網(wǎng)腐蝕和管網(wǎng)水質(zhì)惡化,加速水分配系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢,并縮短網(wǎng)管壽命。

        3 以三十六腳湖為例分析飲用水源水中藻類的污染分析

        3.1 調(diào)查背景

        三十六腳湖是福建省最大的淡水湖。南北長(zhǎng)4.6公里,寬5.3公里。保護(hù)區(qū)總面積為1340平方公里。三十六腳湖水庫始建于1966年,湖壩高3.94m,壩頂高約18.24m,水庫目前面積為13.4平方公里,在2012年清淤擴(kuò)容后,正常存儲(chǔ)容量為2056萬立方米,是平潭島唯一的具有多年調(diào)節(jié)性能的中型水庫。對(duì)該湖進(jìn)行的初步研究發(fā)現(xiàn),該庫區(qū)的富集指數(shù)在40~50之間,目前處于中等營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),可以看出其湖區(qū)水體長(zhǎng)期處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),偶有高于50的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)出現(xiàn),存在藻類爆發(fā)水華的風(fēng)險(xiǎn)。

        3.2 主要污染源類型

        湖區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查主要來自2018—2020年地表水質(zhì)指標(biāo),采用歷史數(shù)據(jù)分析、在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)得出,通過平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站提供的2018年至2020年每月測(cè)試的五個(gè)水質(zhì)參數(shù)CODMn、TP、TN、Chl-a和透明度計(jì)算得出三十六腳湖的富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)在40~50之間,表示該湖區(qū)的水域還是會(huì)出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)豐富情況,如圖1所示。

        圖1 2018-2020年三十六腳湖湖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)的年際和季節(jié)變化

        通過實(shí)地調(diào)查、抽樣調(diào)查和文獻(xiàn)調(diào)查,確定了三十六腳湖的基本污染源結(jié)構(gòu):(1)水中氮、磷的直接流動(dòng)。(2)流域周邊居民的生活污水和生活垃圾。(3)散布在渡槽上的動(dòng)物和家禽繁殖產(chǎn)生的尿和糞便滲透土壤或流入水庫。(4)將農(nóng)藥和化肥用于農(nóng)田水流和降雨到沿河水庫。(5)森林和草地的氮、磷養(yǎng)分流入水庫。(6)沉積物釋放出的內(nèi)在氮和磷污染。(7)大氣沉降引起的氮污染。

        3.3 浮游植物現(xiàn)狀和藍(lán)藻水華風(fēng)險(xiǎn)分析

        3.3.1 調(diào)查方法

        主要使用歷史數(shù)據(jù)分析和重點(diǎn)地區(qū)采樣分析,研究湖泊地區(qū)浮游植物群落分布結(jié)構(gòu)的分布特征,并監(jiān)測(cè)群落結(jié)構(gòu)的變化。

        3.3.2 采樣和分析方法

        (1)定性樣品。使用25#浮游生物網(wǎng),以20~30cm/s的速度從表面到0.5米的深度形成一個(gè)∞環(huán),然后緩慢拖拉1~3分鐘以進(jìn)行收集。收集定性樣品并將其標(biāo)記在樣品瓶上。返回實(shí)驗(yàn)室,并用10×40放大顯微鏡觀察以確認(rèn)物種。

        (2)定量樣品。使用有機(jī)玻璃集水器,在水面以下0.5米處收集1升水樣品,添加魯哥氏固定劑(15mL/L),在現(xiàn)場(chǎng)固定,標(biāo)記并在實(shí)驗(yàn)室放置24h。然后使用虹吸管小心將其取出。將水樣濃縮至30mL,并用10×40放大顯微鏡以0.1mL的計(jì)數(shù)(20mm×20mm)進(jìn)行計(jì)數(shù)。用于計(jì)算原始水樣本的浮游細(xì)胞密度的公式為:

        式中:N為每升原水樣中的浮游植物數(shù)量(個(gè)/L);S為計(jì)數(shù)框的面積(mm2);S0為計(jì)數(shù)面積(mm2),即視野數(shù)×視野面積;V為1L原水樣沉淀濃縮后的體積(mL);V0為計(jì)數(shù)框體積(mL);n為計(jì)數(shù)所得浮游植物的數(shù)目。

        根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和在三十六腳湖水生湖泊中的研究結(jié)果,在水樣本中發(fā)現(xiàn)了六類:浮游植物藍(lán)藻,綠藻,硅藻,二氟甲藻酸鹽,裸藻和隱藻6大類。根據(jù)研究數(shù)據(jù),浮游生物在不同時(shí)間的表現(xiàn)為夏季>秋季,冬季>春季。在春季和夏季初,硅藻門是最主要的種類,百分比高達(dá)58.81%至83.47%。在夏季和秋季,浮游植物占主導(dǎo)地位。其中銅綠微囊藻為主要種類,約占64.50%。秋季,隱藻的比例將顯著增加。冬季,三十六腳湖中浮游植物的總量大幅度減少,其中藍(lán)藻、硅藻和綠藻為主要類別。其分布如圖2所示。

        圖2 2018-2020年三十六腳湖不同季節(jié)浮游植物群落結(jié)構(gòu)

        3.4 產(chǎn)生的危害

        由于水源的補(bǔ)水帶來的營(yíng)養(yǎng)及周邊影響,藻類爆發(fā)具有更大的影響和有害因素。特別是近年來,由于藻類的經(jīng)常性爆發(fā),導(dǎo)致水質(zhì)的泥土氣味發(fā)臭以及水管的堵塞已成為主要問題。

        3.5 整治措施

        目前,這個(gè)三十六腳湖的湖泊水域中仍然有各種影響水質(zhì)的藻類。認(rèn)真控制藻類需要同時(shí)治療根本癥狀和病因。目前,國(guó)內(nèi)外湖泊與水庫的藻類控制技術(shù)主要有三種方法:物理、化學(xué)和生物方法。

        3.5.1 物理方法

        (1)人工和機(jī)械撈藻。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直接、效率高且不會(huì)造成二次污染,但是效果有限,無法遏制藻類生長(zhǎng)。

        (2)遮光控藻。將遮光板或遮光球覆蓋在水面上會(huì)抑制藻類的光合作用并阻止其傳播,這種方法成本較大,而且適合在藻類生長(zhǎng)之前使用,可用性不強(qiáng)。

        (3)黏土除藻。利用黏土除藻優(yōu)勢(shì)在于原料來源廣泛,并且具有出色的除藻效果,但是添加了粘土?xí)黾映练e物,淤泥增多,后續(xù)清理麻煩。

        3.5.2 化學(xué)方法

        使用化學(xué)殺滅藻類和抑制藻類以防止其生長(zhǎng)的試劑的優(yōu)點(diǎn)是快速、有效且易于操作。但是,化學(xué)藥品會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響,而死亡的藻還會(huì)造成二次污染。除非威脅緊急和生態(tài)安全,否則化學(xué)方法去除藻類的方法通常是不合適的。

        3.5.3 生物方法

        (1)生物操縱。通過以藻類為食的動(dòng)物,例如鰱魚、魚等控制藻類的繁殖。但是浮游動(dòng)物和魚類對(duì)藻類牧食壓力不大,且對(duì)藻類牧食具有選擇性。

        (2)人工浮島。該方法的原理是,根部直接吸收水中的養(yǎng)分以限制藻類的生長(zhǎng),但是養(yǎng)分吸收慢導(dǎo)致藻類的去除效率低。根據(jù)各種實(shí)踐,物理化學(xué)和生物技術(shù)組合治理被認(rèn)為是治療三十六腳湖較好的方法。首先要控制沉積物和藻類內(nèi)源的氮和磷,減少周邊農(nóng)村生活污水、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)藥化肥的污染,其次加強(qiáng)預(yù)警和防范,在三十六腳湖容易爆發(fā)藍(lán)藻水華的取水口加裝水質(zhì)監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng),加強(qiáng)對(duì)藍(lán)藻水華預(yù)警防范,最后通過布設(shè)生物浮礁吸磷、底層微納米曝氣、調(diào)整水域浮游植物群落結(jié)構(gòu)等方式對(duì)水質(zhì)進(jìn)行改善和修復(fù),恢復(fù)健康的水生生態(tài)系統(tǒng)。

        3.6 水環(huán)境教育工程

        為了改善三十六腳湖的水質(zhì),除了治理監(jiān)督外,還需要在中小學(xué)中加強(qiáng)水環(huán)境保護(hù)教育,從根本上提高公眾對(duì)水下環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí),建議建立一個(gè)水環(huán)境教育中心,以水環(huán)境保護(hù)的宣傳和教育為內(nèi)容教育,建立公眾與自然之間的健康關(guān)系,并繼續(xù)保護(hù)水資源,從而促進(jìn)自然教育基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),以減少資源污染。

        4 結(jié)語

        文章介紹了從微污染水源中檢測(cè)和去除藻類的方法探討。隨著我國(guó)飲用水源處理技術(shù)的發(fā)展,在未來的工作中,藻類和有機(jī)物的去除將達(dá)到更高的水平。

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