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        水環(huán)境治理中藻華的危害及其防控技術(shù)

        2021-12-23 13:04:58陳修康
        綠色環(huán)保建材 2021年10期
        關(guān)鍵詞:沉水植物營養(yǎng)鹽水生

        陳修康

        廣州市綠化有限公司

        1 前言

        在全球變暖的背景下,淡水水生生態(tài)系統(tǒng)的藻類水華越來越嚴(yán)重、暴發(fā)頻率越來越高,對水體富營養(yǎng)化防治、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與生態(tài)恢復(fù)產(chǎn)生負(fù)面作用,影響水環(huán)境污染治理的效果[1]。2015年《水污染防治行動計劃》(簡稱"水十條")、《城市黑臭水體整治工作指南》等政策,明確地提出了我國水環(huán)境治理的目標(biāo)與要求,黑臭水體治理、水體生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、水生態(tài)保護(hù)等成為國內(nèi)水環(huán)境治理的熱點(diǎn)問題。然而,經(jīng)外源截污、內(nèi)源治理和生態(tài)修復(fù)后,水體中營養(yǎng)鹽仍可能足以滿足藻類對氮、磷等營養(yǎng)元素的需求,在適宜的氣候條件、水動力環(huán)境條件下常出現(xiàn)浮游藻類水華、絲狀綠藻暴發(fā)和附植藻類過度增殖等現(xiàn)象,導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量反復(fù)惡化、水生動植物群落結(jié)構(gòu)異化,嚴(yán)重影響水體生態(tài)景觀環(huán)境,給水環(huán)境生態(tài)治理帶來極大的困擾。

        2 水環(huán)境治理中藻華的危害

        藻華是由于過量的氮、磷等營養(yǎng)元素輸入,導(dǎo)致藻類過度增殖,大量消耗水體溶解氧,可能會產(chǎn)生難聞氣味、藻毒素,導(dǎo)致魚類等水生動物死亡,是淡水生態(tài)系統(tǒng)的主要生態(tài)環(huán)境問題之一。在水環(huán)境治理中,藻類水華期間大量藻細(xì)胞懸浮于水體或附著在水生植被上,降低水生植被對太陽輻射和營養(yǎng)元素的可獲得性,并通過化感物質(zhì)、藻毒素對水生動植物產(chǎn)生抑制或毒害作用,改變水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能,降低生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,使得水生態(tài)環(huán)境治理效果反復(fù)不穩(wěn)定,不利于水體生態(tài)系統(tǒng)的重建/營建/恢復(fù)和水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的維持。

        在水環(huán)境治理過程中,常見藻華藻屬有微囊藻屬、魚腥藻屬、浮絲藻屬、擬柱孢藻屬、實(shí)球藻屬、裸藻屬、溝鏈藻屬、脆桿藻、水綿屬、水網(wǎng)藻屬、剛毛藻屬、束絲藻屬等。

        2.1 對水生植物的影響

        不同類型的藻華現(xiàn)象對水生植物(尤其是沉水植物)危害的方式與途徑不盡相同。其中,浮游藻類在藻華期間藻密度大,甚至表面堆聚,影響沉水植被,加速轉(zhuǎn)變?yōu)闈崴畱B(tài),最終浮游藻類占絕對優(yōu)勢[2]。大型絲狀藻類附著生長,易在景觀水體和沉水植被恢復(fù)后水體過度繁殖,通過化感作用、纏繞作用影響沉水植物的生理活動,導(dǎo)致沉水植物衰亡[2]。附植藻類附著在沉水植物的莖葉上,影響沉水植物對光照、營養(yǎng)鹽的利用,抑制沉水植物的生長,甚至導(dǎo)致沉水植物衰亡。

        2.2 對水生動物的影響

        藻類消亡消耗大量DO,影響水生動物群落結(jié)構(gòu)與組成,甚至導(dǎo)致水生動物受傷或死亡[3]。此外,微囊藻、魚腥藻、擬柱孢藻、浮絲藻等有害藻華可能產(chǎn)生藻毒素,毒害水生動物,通過營養(yǎng)級威脅鳥類和人類健康安全。此外,大型絲狀藻類水華形成“天羅地網(wǎng)”,纏繞、束縛水生動植物,致使水生動植物受傷甚至死亡。

        2.3 對水質(zhì)的影響

        藻體死亡后堆積或沉底腐爛,消耗大量DO,促進(jìn)營養(yǎng)厭氧釋放,誘導(dǎo)形成藻源型黑臭水體,促使硫化物等異味物質(zhì)釋放,散發(fā)惡臭[4]。藻類生物降解后釋放營養(yǎng)鹽成為后續(xù)藻類大量繁殖的基礎(chǔ),易造成藻華與黑臭“輪番登場”現(xiàn)象,嚴(yán)重影響修復(fù)效果。長時間光照不足致使沉水植物消亡,藻類及水生動植物死亡后腐爛,加速水體耗氧和水體還原性物質(zhì)溶出,在高溫環(huán)境下極易引發(fā)局部水體黑臭。

        3 藻華防控技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)狀

        3.1 移除或滅殺藻類

        3.1.1 藻類打撈

        藻類打撈可以快速從富藻水中移除藻細(xì)胞,降低水中營養(yǎng)鹽,減緩因藻華消亡對生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境、水生動植物的影響。合理打撈雖無法防止藻華的發(fā)生,但可有效地推遲其暴發(fā),與其他技術(shù)結(jié)合廣泛用于太湖、洱海、滇池、巢湖等大型水體。但其處理能力受限,投入高,無法根除藻華,尤其是打撈絲狀藻類,會加快絲狀綠藻增殖,易出現(xiàn)“撈不凈、越撈越多”的現(xiàn)象。

        3.1.2 絮凝除藻

        投放有機(jī)、無機(jī)混凝劑和天然混凝劑,利用電中和、吸附架橋機(jī)理,將藻類聚集后沉降去除[5],同時吸附營養(yǎng)鹽。常用混凝劑有:無機(jī)混凝劑(如鋁鹽、鐵鹽、鈣鹽和天然礦物質(zhì)等)、高分子絮凝劑(如殼聚糖、聚丙烯酰胺類等),黏土、改性黏土、鐵鹽等最常用。但絮凝除藻存在使用量大、二次污染、攪拌難、易泛起,影響治理效果,常用于藻華應(yīng)急。

        3.1.3 殺藻劑滅藻

        使用氧化劑(H2O2、O3、氯化物等)、除藻劑(硫酸銅、異噻唑啉酮等)、抗生素等直接滅殺藻細(xì)胞,是現(xiàn)階段見效快、效果好、操作簡單的應(yīng)急技術(shù)[7]。然而,殺藻劑不是藻類專殺劑,會對微生物、動植物造成損害,進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的失衡與退化。長期投用某些非氧化類藥劑,藻類易產(chǎn)生抗藥性。

        3.2 營養(yǎng)鹽控制

        藻華是因為水體中氮、磷等營養(yǎng)鹽過量,導(dǎo)致藻類過度增殖而形成的生態(tài)災(zāi)害現(xiàn)象,影響水生生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全。在水生態(tài)環(huán)境污染治理中,通過外源污染、內(nèi)源污染釋放控制和水體營養(yǎng)鹽去除,控制藻類對營養(yǎng)元素的可獲得性,是水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵措施和前提。其中,外源污染治理是以流域為目標(biāo),通過水源涵養(yǎng)與水土流失防治、污染源系統(tǒng)治理、生態(tài)凈化等清水產(chǎn)流措施[9],削減進(jìn)入水體的營養(yǎng)量;內(nèi)源污染防治主要是通過底泥疏浚、底泥覆蓋、營養(yǎng)鹽鈍化、生態(tài)修復(fù)等措施,降低沉積物再懸浮、厭氧釋放等方式進(jìn)入水體的營養(yǎng)量;水體營養(yǎng)鹽去除則是通過投加膨潤土、Phoslock?、改性黏土礦物等,加速營養(yǎng)鹽沉降并鎖在底泥中,降低水中氮、磷的可獲得性,以達(dá)到藻華的防治。

        3.3 生態(tài)修復(fù)/恢復(fù)

        生態(tài)修復(fù)/恢復(fù)是根據(jù)生物操縱、營養(yǎng)競爭、上行下行、相生相克等理論修復(fù)水生植被和食物網(wǎng)達(dá)到藻華的防治,主要包括大型水生植物修復(fù)/恢復(fù)、生物操縱和微生物投放。

        3.3.1 水生植被修復(fù)

        水生植被主要通過以下方式進(jìn)行藻華防控:①營養(yǎng)競爭、遮光和化感作用,抑制水華藻類過度增殖;②根系固定和輸氧,降低沉積物再懸浮和厭氧釋放,減少內(nèi)源污染釋放;③為水生動植物提供附著基質(zhì)和棲息地,提高生物多樣性,降低藻華潛勢。水生植被修復(fù)宜適時適地采用多種鄉(xiāng)土植物,避免生物入侵和基因污染,提升生態(tài)系統(tǒng)多樣性。

        3.3.2 水生動物調(diào)控

        通過生物操縱(經(jīng)典或非經(jīng)典生物操縱)增加水體浮游動物或濾食性動物(如魚類、螺蚌等)的藻類牧食量,以緩解、延遲,甚至是防治藻華。經(jīng)典生物操縱是放養(yǎng)兇猛捕食魚類(如鱖魚、鱸魚等),減少浮游動物食性魚類,增加浮游動物對藻類的牧食,降低藻華潛勢,常用于野生雜魚較少、輕污染的水體。非經(jīng)典生物操縱直接放養(yǎng)鰱、鳙等濾食性水生動物,濾食浮游藻類,降低藻類密度。在實(shí)施生物操縱之前,應(yīng)移除羅非魚、雀鱔等入侵物種,以降低水生動物群落調(diào)控失敗的風(fēng)險。

        3.3.3 微生物恢復(fù)

        在河湖治理中,投放細(xì)菌、原生動物、病毒、真菌等微生物或激活本土微生物,利用微生物的絮凝、競爭、溶藻等作用直接降低藻細(xì)胞密度、抑制藻細(xì)胞增殖。微生物是生態(tài)系統(tǒng)碎屑食物鏈的關(guān)鍵,可降解或富集大部分物質(zhì)。

        3.4 水動力調(diào)控

        通過水力調(diào)度、機(jī)械造流、水力循環(huán)等措施,改變水動力條件,以防止優(yōu)勢藻群在單一流場中快速增殖,引導(dǎo)優(yōu)勢藻類轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)對藻華防控、降低藻華潛勢。孫昕等[12]通過利用揚(yáng)水曝氣系統(tǒng),垂直混合破壞水體分層,改變局部流場,有效降低了金盆水庫的藻密度。其中,水環(huán)境治理過程中補(bǔ)水活水、景觀水體造流、曝氣等措施間接用于藻華控制。在采用水動力調(diào)控防治藻華時,應(yīng)對藻類群落進(jìn)行定期監(jiān)測,全面了解水生系統(tǒng)中藻類的演變規(guī)律,以優(yōu)化調(diào)控方案。

        4 結(jié)語

        在水環(huán)境治理中,藻華反復(fù)暴發(fā),導(dǎo)致水質(zhì)惡化、生物群落異化,困擾水環(huán)境治理。藻華治理是系統(tǒng)工程,以污染防控和生態(tài)安全為前提,根據(jù)藻相監(jiān)測,宜采用組合技術(shù)進(jìn)行動態(tài)防控。

        (1)以截污減排控制營養(yǎng)輸入為核心,輔之以生態(tài)恢復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化,提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和抵抗力。

        (2)落實(shí)藻類動態(tài)監(jiān)控。

        (3)水動力調(diào)控為主,無污染、生態(tài)安全的物理化學(xué)措施為輔。

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