馬鑫標(biāo)

(深圳市北部水源工程管理處，廣東 深圳 518110)

0 引 言

深圳供水水庫(kù)的特點(diǎn)是自產(chǎn)水不足，來(lái)水主要靠引水，另一方面，供水需求量較大，水庫(kù)需常年維持較高水位運(yùn)行，水體交換周期較長(zhǎng)、能力不足，若引水水質(zhì)下降或底泥被擾動(dòng)，易造成水體呈富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)，有形成藍(lán)藻水華的風(fēng)險(xiǎn)。水庫(kù)藍(lán)藻水華引起水質(zhì)下降，一方面影響水庫(kù)水生態(tài)平衡，加劇水質(zhì)惡化，另一方面影響供水安全，帶來(lái)一定的社會(huì)影響，因此研究城市供水水庫(kù)藍(lán)藻水華控制尤為重要和緊迫。文章拋磚引玉，以深圳某供水水庫(kù)為例，對(duì)城市供水水庫(kù)藍(lán)藻水華控制技術(shù)的適用性進(jìn)行評(píng)估，并針對(duì)性提出長(zhǎng)效控制策略。

1 藍(lán)藻水華及控制技術(shù)應(yīng)用情況

該供水水庫(kù)為所在區(qū)域一座調(diào)蓄型中型水庫(kù)，來(lái)水主要靠引水，供水任務(wù)較重，近年來(lái)水庫(kù)常年保持高水位運(yùn)行，也未有底泥擾動(dòng)行為。2018年4月至10月，該水庫(kù)出現(xiàn)一定規(guī)模的藍(lán)藻水華現(xiàn)象，經(jīng)及時(shí)、有效地藍(lán)藻水華控制技術(shù)應(yīng)用，未影響供水水質(zhì)安全，水庫(kù)水環(huán)境狀況整體逐漸好轉(zhuǎn)。2019年3月至7月，僅局部區(qū)域出現(xiàn)藍(lán)藻水華現(xiàn)象；2020年4月至10月，局部區(qū)域雖仍出現(xiàn)藍(lán)藻水華現(xiàn)象，但極為輕微；2021年至今未出現(xiàn)藍(lán)藻水華現(xiàn)象，水庫(kù)水質(zhì)良好。

2 藍(lán)藻水華成因分析

1)從污染源的角度看，由于目前該水庫(kù)實(shí)行封閉管理，一級(jí)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)無(wú)點(diǎn)源和面源污染，與此同時(shí)，該水庫(kù)的沉積物氮磷濃度在珠三角地區(qū)水庫(kù)中也屬于中等偏低的水平，因此存在較高內(nèi)源污染負(fù)荷的可能性也不大，也未有底泥擾動(dòng)行為。考慮到該水庫(kù)來(lái)水主要靠引水，引水水源也是最為主要的外來(lái)物質(zhì)來(lái)源，營(yíng)養(yǎng)鹽輸入可能是該水庫(kù)氮磷營(yíng)養(yǎng)的重要來(lái)源。該水庫(kù)較高的透明度提供了較寬的真光層，使藻類能夠在較深的水體中進(jìn)行光合作用，并利用營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行生長(zhǎng)，在形成后迅速漂浮到表面形成水華[1]。

2)從水體中磷、氮比例失調(diào)角度看，總氮是目前該水庫(kù)水質(zhì)超標(biāo)的主要指標(biāo)，但該水庫(kù)的氨氮和硝酸鹽氮濃度均不高。該水庫(kù)的總磷濃度雖然總體不高，但總磷在水華形成階段的明顯上升則表明磷輸入可能是該水庫(kù)藻華形成在營(yíng)養(yǎng)層面的原因。

3)從該水庫(kù)的浮游植物調(diào)查結(jié)果看，該水庫(kù)的浮游植物以綠藻和藍(lán)藻占優(yōu)勢(shì)，且浮游植物密度和葉綠素濃度都并未達(dá)到水華形成的標(biāo)準(zhǔn)，這也和調(diào)查中該水庫(kù)較低的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度相對(duì)應(yīng)。另一方面，葉綠素濃度和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度分布的不均勻性也說(shuō)明，該水庫(kù)的藻類聚集現(xiàn)象可能是受到了風(fēng)力作用和水動(dòng)力作用影響的結(jié)果，并且葉綠素濃度有向主壩附近聚集的趨勢(shì)。

4)從該水庫(kù)的底棲動(dòng)物調(diào)查結(jié)果來(lái)看，該水庫(kù)的生物量和多樣性均較低，主要以耐污的搖蚊和水絲蚓為主，底棲動(dòng)物群落健康度較低。

5)從該水庫(kù)的水體交換情況來(lái)看，該水庫(kù)近年來(lái)長(zhǎng)期高水位運(yùn)行，水動(dòng)力不足，也為藻華形成提供了有利條件，有利于藻華向主壩取水口附近聚集。

從目前研究的結(jié)果看，該水庫(kù)的藻華形成可能是由于來(lái)水水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)鹽釋放，疊加水體透明度、水生物結(jié)構(gòu)分布、風(fēng)力以及水動(dòng)力不足等共同作用而導(dǎo)致的。

3 藍(lán)藻水華控制技術(shù)評(píng)估

目前，國(guó)內(nèi)外藍(lán)藻水華控制技術(shù)較多，需針對(duì)該水庫(kù)水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、水文水動(dòng)力特點(diǎn)和藍(lán)藻水華現(xiàn)狀，對(duì)各項(xiàng)藍(lán)藻水華控制技術(shù)的適用性進(jìn)行評(píng)估，方能“對(duì)癥下藥”，切實(shí)制定長(zhǎng)效控制策略，遏制藍(lán)藻水華現(xiàn)象的形成。

3.1 植物地毯技術(shù)

先進(jìn)性：本項(xiàng)技術(shù)是基于人工強(qiáng)化生物膜原理，通過(guò)人工投加高比表面積的人工水草(植物地毯)，在其表面形成生物膜，通過(guò)生物膜的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)作用和對(duì)化感除藻作用，對(duì)藻類水華進(jìn)行抑制。目前該項(xiàng)技術(shù)已獲得發(fā)明專利支撐，并在國(guó)內(nèi)多個(gè)水體開(kāi)展應(yīng)用[2]。

穩(wěn)定性：該技術(shù)依靠微生物作用對(duì)藻類水華進(jìn)行去除和控制，生物膜結(jié)構(gòu)本身具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，同時(shí)人工基質(zhì)也具有較強(qiáng)的可靠性，運(yùn)行過(guò)程后期維護(hù)工作量低。

適宜性：該技術(shù)針對(duì)藍(lán)藻水華從營(yíng)養(yǎng)鹽和種間競(jìng)爭(zhēng)角度出發(fā)的生態(tài)長(zhǎng)效控藻技術(shù)，針對(duì)該水庫(kù)保障供水需求和不經(jīng)常形成水華的特點(diǎn)，這一生態(tài)安全的長(zhǎng)效控制技術(shù)具有較高的適宜性。

經(jīng)濟(jì)型：該技術(shù)主要成本為生物膜基質(zhì)和框架，成本較低，適宜在水庫(kù)中大范圍使用。

綜合評(píng)估：綜合來(lái)看，該技術(shù)是一項(xiàng)適用于該水庫(kù)的長(zhǎng)效藻華控制技術(shù)。

3.2 生物操縱技術(shù)

先進(jìn)性：基于鰱鳙魚的下行效應(yīng)生物控藻技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的生物操縱控藻技術(shù)。通過(guò)投加鰱鳙魚并改良魚類種群結(jié)構(gòu)，利用鰱鳙魚對(duì)藻類的濾食作用對(duì)藍(lán)藻水華進(jìn)行控制。該項(xiàng)技術(shù)是目前較為成熟的藍(lán)藻水華生物控制技術(shù)。

穩(wěn)定性：主要基于濾食性魚類對(duì)藻類水華進(jìn)行控制，是針對(duì)藍(lán)藻水華控制的長(zhǎng)效技術(shù)。放養(yǎng)鰱鳙魚不需要進(jìn)行復(fù)雜的管理維護(hù)，同時(shí)水庫(kù)的初級(jí)生產(chǎn)力本身也能夠維持鰱鳙魚的生長(zhǎng)需求，因此該技術(shù)具有較好的穩(wěn)定性。

適宜性：該技術(shù)是一項(xiàng)經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐驗(yàn)證的藻類水華控制技術(shù)，目前在包括武漢東湖、千島湖等天然水體或人工水庫(kù)都有較好的應(yīng)用實(shí)踐。該技術(shù)采用純生物方式控制藍(lán)藻水華，安全性較高，適宜應(yīng)用于保障飲用水安全的該水庫(kù)。

經(jīng)濟(jì)型：該技術(shù)經(jīng)濟(jì)型較高，放養(yǎng)鰱鳙魚主要是魚苗成本，放養(yǎng)后無(wú)需更多后續(xù)運(yùn)維操作，主要依靠鰱鳙魚自身生長(zhǎng)。

綜合評(píng)估：綜合來(lái)看，該技術(shù)是一項(xiàng)適用于該水庫(kù)的長(zhǎng)效藻華控制技術(shù)。

3.3 磁分離打撈技術(shù)

先進(jìn)性：磁分離藍(lán)藻打撈技術(shù)采用特制的磁性絮凝劑，將水體中藍(lán)藻絮凝后，利用永磁分離裝置快速吸附絮體，從而將藍(lán)藻移出水面。該技術(shù)為專利技術(shù)，是目前較為先進(jìn)的藍(lán)藻快速打撈技術(shù)，是一種應(yīng)用于藍(lán)藻水華應(yīng)急防控的可靠打撈技術(shù)。

穩(wěn)定性：該技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)的絮凝除藻工藝和永磁體分離技術(shù)，將絮凝后的藻體迅速帶出水面，絮凝劑和藻體結(jié)合迅速，藻水分離效果好，具有較好的穩(wěn)定性。

適宜性：該項(xiàng)技術(shù)雖然需要向水中添加磁性絮凝劑，但之后立即使用永磁體將絮凝劑分離出水面，相當(dāng)于并未向水中添加外源性物質(zhì)。根據(jù)在其他水體的使用情況，除藻效率可達(dá)到99%以上，且不會(huì)帶來(lái)有毒有害重金屬污染。在該水庫(kù)具有較好的適宜性。

經(jīng)濟(jì)型：磁分離打撈技術(shù)需要使用專用的磁性絮凝劑和永磁體分離裝置，同時(shí)需要岸基抽水或使用船只過(guò)水，在使用過(guò)程中存在一定的材料成本和能耗成本。但該項(xiàng)技術(shù)主要針對(duì)突發(fā)性藍(lán)藻水華形成進(jìn)行應(yīng)急處理，設(shè)備并不一定需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因此成本可控。

綜合評(píng)估：綜合來(lái)看，該技術(shù)是一種適用于該水庫(kù)的藍(lán)藻應(yīng)急處置技術(shù)。

3.4 揚(yáng)水曝氣技術(shù)

先進(jìn)性：揚(yáng)水曝氣技術(shù)是利用揚(yáng)水曝氣器底部輸入的壓縮空氣形成微小氣泡向水體充氧，實(shí)現(xiàn)向水庫(kù)底層進(jìn)行溶解氧的高效傳輸，提高底層溶解氧，抑制內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)釋放。同時(shí)形成垂向混合流，將底層低溫底藻水體引向表層，并將表層高藻水體帶入深層，抑制藻類光合作用，從而產(chǎn)生控藻效果。該技術(shù)是目前較新的藻類控制技術(shù)。

穩(wěn)定性：該技術(shù)目前已有一定的工程應(yīng)用實(shí)踐，并在實(shí)踐中取得了較好的營(yíng)養(yǎng)鹽控制效果和控藻效果，具有較好的穩(wěn)定性。

適宜性：該技術(shù)適用于水深超過(guò)8m的深水型水庫(kù)，該水庫(kù)的平均深度在10m以上，符合技術(shù)應(yīng)用條件。同時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，該水庫(kù)的底層水體會(huì)出現(xiàn)一定的厭氧和低溫現(xiàn)象，這也符合該項(xiàng)技術(shù)的適用條件。

經(jīng)濟(jì)型：該技術(shù)主要成本是設(shè)備成本和運(yùn)行成本，同時(shí)需要占用一定空間土地。但一次安裝成型后，該技術(shù)的使用成本較低，可長(zhǎng)效運(yùn)行。

綜合評(píng)估：綜合來(lái)看，該技術(shù)是一種適用于該水庫(kù)的藍(lán)藻水華綜合處置技術(shù)。

3.5 超聲波除藻技術(shù)

先進(jìn)性：超聲波除藻技術(shù)包括以下步驟：抽取含藻水進(jìn)入曲形水槽；利用超聲波對(duì)流經(jīng)曲形水槽中的含藻水中的藻類的氣囊進(jìn)行破除，使得藻類下沉，同時(shí)利用超聲波對(duì)含藻水中的藻類的細(xì)胞壁進(jìn)行破除；將經(jīng)過(guò)超聲波處理后得含藻水輸入到絮凝反應(yīng)槽中，利用安全絮凝劑進(jìn)行絮凝處理；將經(jīng)過(guò)了絮凝處理后的含藻水輸入到絮凝沉降槽進(jìn)行沉降，得到沉淀物和上清液；將上清液排放。是一種較為先進(jìn)的藍(lán)藻水華控制技術(shù)。

穩(wěn)定性：本技術(shù)方法操作簡(jiǎn)單；去除藍(lán)藻水華更徹底且效率高；能夠有效的凈化含藻水且有效減少水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；可實(shí)現(xiàn)在無(wú)人維護(hù)的情況下長(zhǎng)時(shí)間工作。

適宜性：超聲波會(huì)破壞藍(lán)藻的細(xì)胞外層結(jié)構(gòu)，從而造成藍(lán)藻內(nèi)容物向水中釋放。由于該水庫(kù)的藍(lán)藻主要是產(chǎn)毒微囊藻和魚腥藻，超聲波可能會(huì)造成藍(lán)藻胞內(nèi)毒素的釋放，會(huì)對(duì)飲用水安全造成一定影響。

經(jīng)濟(jì)型：該技術(shù)運(yùn)行成本較低，經(jīng)濟(jì)型較高。

綜合評(píng)估：考慮到安全性的原因，該項(xiàng)技術(shù)不適宜在該水庫(kù)飲用水源保護(hù)地應(yīng)用。

根據(jù)上述綜合比選，從適用性和經(jīng)濟(jì)型角度，該水庫(kù)藍(lán)藻水華控制技術(shù)最終選擇植物地毯技術(shù)、生物操縱技術(shù)、磁分離打撈技術(shù)和揚(yáng)水曝氣技術(shù)。

4 藍(lán)藻水華長(zhǎng)效控制策略

經(jīng)上述適用性評(píng)估，并結(jié)合該水庫(kù)水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查以及水文調(diào)查的初步結(jié)果，相應(yīng)提出如下藍(lán)藻水華長(zhǎng)效控制策略：

1)建立水華預(yù)警體系：從目前的初步研究結(jié)果看，該水庫(kù)的藍(lán)藻水華形成很大因素可能是來(lái)水水質(zhì)，因此需要建立在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)來(lái)水水質(zhì)和水庫(kù)水質(zhì)的監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)氮磷濃度異常波動(dòng)時(shí)立即啟動(dòng)防控預(yù)警系統(tǒng)，為水庫(kù)藍(lán)藻水華的控制提供全面及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警信息。

2)改善水文情勢(shì)：該水庫(kù)水文水動(dòng)力條件較差，目前整體水文情勢(shì)較適合藍(lán)藻水華在主壩附近聚集。因此有必要通過(guò)改變?cè)撍畮?kù)的進(jìn)出水口位置，改善水庫(kù)水流條件，從水文水動(dòng)力角度控制該水庫(kù)的藍(lán)藻水華形成條件。另外，在現(xiàn)有進(jìn)出水口位置不變的前提下，可以通過(guò)加大引調(diào)水量來(lái)增強(qiáng)水庫(kù)的水動(dòng)力交換。建議該水庫(kù)下的兩個(gè)水廠引水方式由在水庫(kù)引水管道取水調(diào)整為直接從該水庫(kù)取水，一來(lái)增加水庫(kù)的引調(diào)水量，加強(qiáng)水動(dòng)力交換；二來(lái)水庫(kù)的水質(zhì)指標(biāo)要優(yōu)于引水泵站原水，且水質(zhì)更為穩(wěn)定。

3)生物操縱和生態(tài)治理手段：在日常控制技術(shù)中，使用包括植物地毯技術(shù)和生物操縱技術(shù)，基于生態(tài)手段對(duì)該水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)鹽和藻類進(jìn)行長(zhǎng)效控制，從生產(chǎn)力的角度控制該水庫(kù)藻類水華形成的條件。

4)采用藍(lán)藻應(yīng)急技術(shù)：當(dāng)水華形成后，采用包括磁分離打撈、揚(yáng)水曝氣等在內(nèi)的應(yīng)急處理技術(shù)，快速降低水體藻密度，實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻水華的應(yīng)急控制。

5 結(jié) 語(yǔ)

1)文章以某水庫(kù)為例，對(duì)藍(lán)藻水華控制技術(shù)的適用性進(jìn)行了評(píng)估，并制定了相應(yīng)的長(zhǎng)效策略，從目前應(yīng)用效果來(lái)看，較為理想，具有一定的示范意義。

2)藍(lán)藻水華控制技術(shù)難以做到“一招鮮”，需要結(jié)合水庫(kù)區(qū)域狀況和管理現(xiàn)狀，基于水庫(kù)特點(diǎn)予以評(píng)估，有針對(duì)性地采用控制技術(shù)組合，方可制定切實(shí)可行的控制策略，有效遏制藍(lán)藻水華的形成。