楊宗佳，付京花

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，廣州 510000）

隨著大氣中CO2濃度的增加、全球氣候變暖以及江河湖泊等水體逐漸富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致藍(lán)藻水華現(xiàn)象頻繁暴發(fā)［1］。以藍(lán)藻為主的水華防控已成為全世界諸多學(xué)者關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。

1 藍(lán)藻水華誘因及其特點(diǎn)

藍(lán)藻水華與外界環(huán)境和藍(lán)藻自身的生理特點(diǎn)有關(guān)。李媛等［2］研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生藍(lán)藻水華的誘因主要有：①水體中含有過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，如過(guò)量的氮和磷；②水體更新迭代慢且長(zhǎng)時(shí)間處于高溫、低水位、降雨少的狀態(tài)；③水體內(nèi)含有能促進(jìn)藻細(xì)胞生長(zhǎng)的微量元素；④水體中的濾食性魚類偏少，不利于藻細(xì)胞的清除。另一方面，與其他藻類相比，藍(lán)藻細(xì)胞本身?yè)碛懈鼜?qiáng)的抗逆性，更容易在極端環(huán)境下存活；它還具有固氮、濃縮CO2和偽空泡等特性［3］，可憑借浮力的調(diào)節(jié)攝取水體底部的營(yíng)養(yǎng)成分［4］。這些特點(diǎn)使得藍(lán)藻優(yōu)勝于其他藻類，使其大量增殖，進(jìn)而暴發(fā)藍(lán)藻水華現(xiàn)象。

2 藍(lán)藻水華的危害

藍(lán)藻水華的主要危害在于其產(chǎn)生的藻毒素，馬晶晶等［5］研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻毒素中以微囊藻毒素的危害最大，主要表現(xiàn)為該毒素會(huì)沉積在動(dòng)物體內(nèi)各個(gè)組織器官，影響動(dòng)物的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖；這些毒素還會(huì)污染人類及動(dòng)植物飲用的水源；這些被污染的水流動(dòng)或撞擊岸邊時(shí)，會(huì)釋放毒素到空氣中，人類呼吸后會(huì)引起呼吸道疾病；有毒藻類在分解過(guò)程中會(huì)消耗水中的氧氣，導(dǎo)致水生生物窒息而死；藍(lán)藻水華還會(huì)影響水質(zhì)指標(biāo)等因素，使水體生態(tài)功能急劇退化，嚴(yán)重?fù)p壞環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

3 藍(lán)藻水華的防控方法

中國(guó)超過(guò)一半的湖泊和水庫(kù)都處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，且對(duì)于藍(lán)藻水華的防控治理缺乏系統(tǒng)的梳理和指導(dǎo)［6］。

不同水體暴發(fā)藍(lán)藻水華的原因不盡相同。史小麗等［6］對(duì)不同防控手段的適用條件、范圍、效果和成本進(jìn)行了梳理和總結(jié)。充分掌握藻華的生長(zhǎng)情況是治理的前提，在實(shí)際工作中應(yīng)首先對(duì)水體生態(tài)環(huán)境進(jìn)行基礎(chǔ)調(diào)查以了解水質(zhì)狀況和營(yíng)養(yǎng)水平，再選取恰當(dāng)?shù)姆揽胤椒?，從而安全有效地防控藍(lán)藻水華。水體治理常用方法分別為生物防控法、物理防控法和化學(xué)防控法。

3.1 生物防控法

生物防控法是控制水體富營(yíng)養(yǎng)化和恢復(fù)自然生態(tài)的常用方法之一。水生動(dòng)物和水生植物在防控藍(lán)藻水華中可以起到一定的作用［7-12］。

3.1.1 水生動(dòng)物防控法 劉建康等［7］提出的非經(jīng)典生物操縱理論的應(yīng)用廣泛且效果明顯。非經(jīng)典生物操縱理論是在水體中投放浮游食性魚類直接消滅藻類，或控制水體中肉食性魚類的數(shù)量以實(shí)現(xiàn)間接控制藻類的目的。與Shaprio 等［13］提出的經(jīng)典生物操縱法相比，在水體中投放鰱魚和鳙魚后不僅可以除去毫米級(jí)的藻類，還可以通過(guò)捕魚實(shí)現(xiàn)水體中N、P等營(yíng)養(yǎng)鹽的排出，有效緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化的問題［14］。

方程等［15］研究發(fā)現(xiàn)，鰱魚的日濾食量可達(dá)體重的12.5%，鳙魚則為9.5%，鳙魚體重每增加1 kg，可將水體中32 g 氮、4.5 g 磷轉(zhuǎn)化為機(jī)體蛋白質(zhì)。當(dāng)鰱魚和鳙魚的投放比例在3∶1 至4∶1，投放密度在50～60 g/m3時(shí)，可以獲得較好的濾食效果。歹雁等［16］研究表明，施行以漁抑藻、以漁凈水的“保水漁業(yè)”不僅降低了水體中浮游植物和浮游動(dòng)物的生物總量，還使得總氮（Total nitrogen，TN）、總磷（Total phosphorus，TP）和化學(xué)需氧量（Chemical oxygen demand，COD）等出現(xiàn)了不同程度的減少，有效避免了藍(lán)藻水華的暴發(fā)。

除此之外，水體中含有的多種污染物會(huì)被部分底棲動(dòng)物如珍珠貝和三角帆蚌在濾水的過(guò)程中快速積聚［17，18］。大型濾食性底棲動(dòng)物能濾食有機(jī)顆粒并大量攝食有害浮游植物［19］。因此在水華防控過(guò)程中亦可結(jié)合多種動(dòng)物進(jìn)行生物防控，從而達(dá)到凈水的目的。

3.1.2 水生植物防控法 與水生動(dòng)物相比，利用水生植物進(jìn)行生物防控具有成本低、能耗低和美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)［12］。水生植物在生長(zhǎng)和發(fā)育的過(guò)程中可以有效吸收水體中的N、P。因此，定期收割水生植物從而帶走營(yíng)養(yǎng)鹽的方法也常用于修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體。研究應(yīng)用較多的是挺水植物、漂浮植物和沉水植物3 大類生態(tài)系統(tǒng)。

研究表明，挺水植物鳶尾、漂浮植物鳳眼蓮、沉水植物金魚藻對(duì)水體中不同濃度的N、P 都有很好的去除效果，其中鳶尾對(duì)TN、TP 的去除率分別高于60%、70%；鳳眼蓮分別高于80%、90%；金魚藻分別高于 60%、90%［8-10］。除這 3 種水生植物以外，黑三棱、黃花水龍和伊樂藻等水生植物也具有相似的效果。水生植物防控的優(yōu)點(diǎn)為植物來(lái)源廣、容易培育，既可以用作觀賞也可以用于造景。待水體修復(fù)后還可將其收割作為飼料進(jìn)行加工處理，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)還能避免N、P 回流［11］。

3.2 物理防控法

物理防控法主要應(yīng)用于2 方面，一方面是用機(jī)械方法直接打撈移出湖泊中的藻類。另一方面是通過(guò)調(diào)節(jié)水體中的N、P 含量，減輕水體的富營(yíng)養(yǎng)化，抑制藍(lán)藻水華的暴發(fā)［4］。在物理層面通常選用調(diào)水稀釋、超聲波、曝氣和機(jī)械除藻等方法，但這些方法通常在較大水域收效甚微，且存在成本消耗高、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)和可能會(huì)再次對(duì)水體造成污染等問題。

3.2.1 調(diào)水稀釋法 調(diào)水稀釋法是將N、P 濃度低的潔凈水體調(diào)度至已污染的水體，這兩者的N、P 濃度差值越大，清潔效果越好。如安徽省的“引江濟(jì)巢”工程，開啟鳳凰頸站閘引長(zhǎng)江水入巢湖［20］。此方法主要是加速水體的更新迭代，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，還能將藻細(xì)胞帶出水體［6］。該方法已應(yīng)用于中國(guó)的太湖、梅梁湖和貢湖［4］。

3.2.2 超聲法 超聲法是使用超聲儀器向水體中發(fā)射超聲波，憑借其“熱效應(yīng)”和“空化效應(yīng)”損壞藍(lán)藻的細(xì)胞壁和其內(nèi)的生物活性物質(zhì)，并破壞藍(lán)藻細(xì)胞的偽空泡，使其無(wú)法懸浮而沉底，從而達(dá)到消滅藻類的目的。在小型湖泊和景觀水體使用較多的是固定式超聲儀，而在大中型湖泊中移動(dòng)式超聲儀使用較多［21］。該方法除藻效果明顯，但在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮降雨、光照強(qiáng)度和溫度等自然因素的影響［22］。

3.2.3 曝氣法 曝氣法是使空氣與水體強(qiáng)烈接觸的一種手段，常用的有微納米氣泡發(fā)生器和擴(kuò)散裝置［23］。一方面可以增加水體含氧量，刺激水生植物和浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)；另一方面可以緩解藻類在水面堆積，穩(wěn)定底泥生態(tài)環(huán)境。但這種方法需要的曝氣設(shè)備配置較高，且能耗也較高，因此常用于小水體作業(yè)［24］。

3.2.4 機(jī)械除藻法 機(jī)械除藻法是應(yīng)用最普遍、成熟的應(yīng)急方法。該方法采取人工撈藻和固定收藻裝置的方法進(jìn)行除藻，優(yōu)點(diǎn)在于基本上不會(huì)影響生態(tài)環(huán)境，但除藻成本高昂且難以從根源上消除水華現(xiàn)象。太湖原位的試驗(yàn)表明［25］，當(dāng)打撈量大于50%時(shí)，藍(lán)藻生長(zhǎng)速率在15 d 內(nèi)得到有效抑制。但在實(shí)際作業(yè)中，打撈量往往少于50%，因此除藻效果并不理想，還有可能會(huì)越撈越多。

3.3 化學(xué)防控法

化學(xué)防控法是應(yīng)用最為廣泛的除藻方法之一，該方法通常是使用化學(xué)制劑如強(qiáng)氧化劑（ClO2、H2O2和K2FeO4等）、絮凝劑［PAC、FeCl3和Al2（SO4）3等］投放到水體中，憑借其強(qiáng)氧化性破壞藍(lán)藻的細(xì)胞壁，使其裂解、死亡，或憑借絮凝劑的水解特性令藻細(xì)胞聚集從而沉入水中［22］。

3.3.1 氧化劑除藻法 氧化劑除藻法是向水體中投放強(qiáng)氧化劑以實(shí)現(xiàn)去除藻類的方法。其中使用ClO2進(jìn)行預(yù)氧化除藻，可以迅速裂解葉綠素，抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng)代謝［24，26］。當(dāng) ClO2和 PAC 的投加量分別為 0.5、5 mg/L 時(shí)，對(duì)小球藻的去除率高達(dá) 98.47%［27］；H2O2是一種無(wú)毒、低害的除藻劑，能快速高效地消滅藍(lán)藻，改變浮游植物的組成結(jié)構(gòu)［28，29］；K2FeO4是一種新開發(fā)的環(huán)保型水處理制劑，兼具氧化和吸附功能，可以有效地強(qiáng)化混凝除藻，當(dāng)K2FeO4的投放量為4 mg/L時(shí)，對(duì)藻細(xì)胞的去除率為73.0%［30］。

氧化劑除藻法具有操作簡(jiǎn)單、成本低、適用范圍廣和效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，但部分氧化劑在使用過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，長(zhǎng)期使用還可能使藻類產(chǎn)生耐藥性，可能會(huì)再次污染水體［31］。

3.3.2 絮凝劑除藻法 絮凝劑能使藻類和其他大顆粒污染物聚集沉降，應(yīng)用較多的有聚合氯化鋁（PAC）、FeCl3、Al（SO4）3等無(wú)機(jī)絮凝劑。吳昊瀾等［32］發(fā)現(xiàn)在常規(guī)混凝條件下，當(dāng)PAC 的投加量為0.08 mol/L 時(shí)，對(duì)藻的去除率為96%。馮辰辰等［33］發(fā)現(xiàn)使用0.10 g/L和0.12 g/L 的FeCl3絮凝70 min 后，對(duì)藻的去除率分別為93.5%和94.2%。使用0.05 g/L 和0.06 g/L 的Al（SO4）3絮凝70 min 后，對(duì)藻的去除率分別為98.7%和99.2%。此外，0.010 g/L 的殼聚糖和0.025 g/L 的聚丙烯酰胺也有較好的絮凝效果。

絮凝劑除藻法具有沉降速度快、成本低和效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，但存在著底泥產(chǎn)量增多、難以處理和污染物二次懸浮的問題［30］。

4 小結(jié)

藍(lán)藻水華現(xiàn)象不僅損害生態(tài)環(huán)境，還會(huì)危害人類的生命健康，中國(guó)對(duì)于治理藍(lán)藻水華尚處于初步階段，缺乏系統(tǒng)的梳理和指導(dǎo)，導(dǎo)致收效甚微。水體的富營(yíng)養(yǎng)化和防控藍(lán)藻水華不能急于求成，需要長(zhǎng)期關(guān)注和持續(xù)治理。

本研究闡述了藍(lán)藻水華的成因和危害，并對(duì)生物、物理和化學(xué)3 類防控方法的研究成功進(jìn)行了總結(jié)。在實(shí)際的防控過(guò)程中，可以結(jié)合水體的實(shí)際情況，綜合多種防控方法進(jìn)行藍(lán)藻水華的防控。未來(lái)還可以利用高新技術(shù)的輔助，期望獲得更好的水體治理效果。