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 水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀

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

2 源水藻類繁殖的危害

2.1 對水質(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的2到3倍，而且藻類死亡后會釋放出更多的土臭素，導(dǎo)致自來水會有異味。飲用水的氣味不一定構(gòu)成直接的健康風(fēng)險(xiǎn)，但會引起恐慌，質(zhì)疑水質(zhì)并降低公眾對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，有十多個國家報(bào)道過動物飲用有毒藻類的水導(dǎo)致死亡的報(bào)道。

2.2 對水廠和管網(wǎng)運(yùn)行的不利影響

主要原因是大量藻類會堵塞過濾器，且藻類會增加pH值，會增加凝結(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)會成為促進(jìn)微生物生長的基質(zhì)，產(chǎn)生如線蟲和海綿等管狀網(wǎng)狀生物，這些動物很難清除，嚴(yán)重時會阻塞水表和水龍頭。此外，其代謝產(chǎn)物也會與凝結(jié)劑發(fā)生反應(yīng)，從而降低清理效果，增加藥劑成本。同時，生成的復(fù)合物還會導(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，目前處于中等營養(yǎng)狀態(tài)，可以看出其湖區(qū)水體長期處于中營養(yǎng)狀態(tài)，偶有高于50的富營養(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)測站提供的2018年至2020年每月測試的五個水質(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養(yǎng)指數(shù)在40～50之間，表示該湖區(qū)的水域還是會出現(xiàn)營養(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。(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∞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/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治療根本癥狀和病因。目前，國內(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)是簡單、直接、效率高且不會造成二次污染，但是效果有限，無法遏制藻類生長。

(2)遮光控藻。將遮光板或遮光球覆蓋在水面上會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之前使用，可用性不強(qiáng)。

(3)黏土除藻。利用黏土除藻優(yōu)勢在于原料來源廣泛，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)藥品會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，而死亡的藻還會造成二次污染。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物，例如鰱魚、魚等控制藻類的繁殖。但是浮游動物和魚類對藻類牧食壓力不大，且對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，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水下環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識，建議建立一個水環(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和去除藻類的方法探討。隨著我國飲用水源處理技術(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。