崔家泰，楊帆，程叔鑫，李鐵

（1.上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 200136；2.曜昂環(huán)境技術(shù)（江蘇）有限公司，江蘇 蘇州 215000）

Watermaster，水王兩棲式多功能環(huán)保挖泥船（以下簡(jiǎn)稱“水王”），主要用于疏浚作業(yè)。2020 ～2021 年，在蘇州市某湖泊使用水王開展湖泊生態(tài)岸線整治工作。在整治期間，湖泊水體發(fā)生過藍(lán)藻水華污染現(xiàn)象。藍(lán)藻水華危害很大，不僅會(huì)污染水體，產(chǎn)生腥臭味，大量消耗水中氧氣造成魚類死亡，同時(shí)藻類會(huì)分泌藻毒素，尤其是微囊藻毒素，更是會(huì)威脅到人類及湖泊生態(tài)系統(tǒng)安全；同時(shí)藻類大量繁殖導(dǎo)致水廠濾池堵塞，也增加了混凝劑和消毒劑的用量，提高了水廠的運(yùn)營(yíng)成本。為了解決藍(lán)藻爆發(fā)造成的水體污染問題，通過采用納米曝氣技術(shù)、微生物菌劑除藻和化學(xué)除藻劑除藻技術(shù)，對(duì)水王進(jìn)行了技術(shù)改造，使其具備藍(lán)藻治理的功能，并應(yīng)用于該湖泊藍(lán)藻治理中，本文就水王的技術(shù)改造及應(yīng)用作相應(yīng)介紹及分析。

1 水王介紹

水王在水中及陸地上具有獨(dú)特的機(jī)動(dòng)性，可以完成疏浚作業(yè)、耙子作業(yè)、打樁作業(yè)等工作，作業(yè)深度可從旱地至水深6 米深度，可替代數(shù)臺(tái)單功能設(shè)備。“水王”可以用來拓深淺水航道，防洪，清除外來入侵水生植物和垃圾，維護(hù)工業(yè)池塘以及水環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程。水王兩棲式多功能船擁有多種工作裝置可供選擇，不同工作裝置之間的切換耗時(shí)僅需30min 左右。

水王技術(shù)改造的目的是在其原有功能的基礎(chǔ)上，添加一定的附加裝置，使其具有藍(lán)藻治理的功能。由于水王體非常緊湊，沒有放置藍(lán)藻治理附加裝置的空間，本技術(shù)改造是在船體兩側(cè)安裝漂浮性支撐平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“浮箱”），并將藍(lán)藻治理附加裝置安放在兩側(cè)的浮箱上。藍(lán)藻治理附加裝置主要包括納米曝氣裝置、微生物菌劑添加裝置、除藻藥劑添加裝置和湖泊水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置。

2 除藻技術(shù)原理

目前，藍(lán)藻調(diào)控去除方法很多，主要包括物理控藻方法、化學(xué)控藻方法、生物控藻方法等。物理控藻技術(shù)是指采用人工或者機(jī)械裝置將藻類聚集或濃縮后移出水體來減少水中藻類數(shù)量的方法，以及通過物理手段將藻類直接殺死或者改變?cè)孱愔饕L(zhǎng)因子來抑制藻類生長(zhǎng)，從而達(dá)到控藻的目的；主要包括打撈除藻法、電磁場(chǎng)法、超聲波法、遮光法等。

化學(xué)抑藻技術(shù)主要指向水體中投加化學(xué)藥劑，通過氧化或者絮凝作用來直接殺死藻細(xì)胞或是藻細(xì)胞絮凝沉淀，達(dá)到控制藻類數(shù)量的目的?；瘜W(xué)方法是目前我國(guó)在抑藻方面被使用較多、范圍較廣的一種方法，因?yàn)槠渚哂幸娦Э?、范圍廣、操作簡(jiǎn)單、易控制等優(yōu)點(diǎn)，但化學(xué)除藻需向水體中投放化學(xué)藥劑，會(huì)產(chǎn)生二次污染，同時(shí)化學(xué)藥劑不單會(huì)殺死藻類，也會(huì)對(duì)其他水生動(dòng)植物造成不利影響。

生物法是通過水生動(dòng)植物及微生物對(duì)藻類的競(jìng)爭(zhēng)、化感、攝食等作用來控制藻類生物量，達(dá)到控藻的目的，具有環(huán)境友好、效率高、持續(xù)性、成本低等特點(diǎn)；目前，生物控藻方法主要分為水生植物法、水生動(dòng)物法、微生物法。

本次技術(shù)改造的除藻技術(shù)方法主要采用納米氣泡曝氣除藻、微生物菌劑除藻和化學(xué)除藻劑除藻。

2.1 納米曝氣的除藍(lán)藻原理

納米氣泡發(fā)生器產(chǎn)生＜200nm 的納微米氣泡，比通常的氣泡小100 萬倍。納米氣泡由于體積非常的小沒有自然浮力。與傳統(tǒng)曝氣不同，傳統(tǒng)曝氣系統(tǒng)使用上升的大氣泡來誘導(dǎo)大氣氧氣在整個(gè)水柱中的循環(huán)和轉(zhuǎn)移，納米氣泡會(huì)在水體內(nèi)發(fā)生隨機(jī)的布朗運(yùn)動(dòng)，在水體停留時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)天至數(shù)月，在水體中通過擴(kuò)散充分傳輸，其對(duì)水體的充氧能力比傳統(tǒng)曝氣方法要高近8 萬倍。對(duì)湖泊水體的高度充氧可以很有效地促進(jìn)水體中微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的吸收利用，降低氮、磷等養(yǎng)分的濃度，從而抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng)。

2.2 微生物菌劑除藍(lán)藻原理

微生物在繁殖過程中也能夠快速大量地吸收水體中的磷，通過向水體中投加微生物菌劑，微生物吸收氮、磷，與水中藻類爭(zhēng)奪養(yǎng)分，抑制藻類的快速繁殖。有些種類的微生物菌劑也可以通過吞噬、分泌攻擊藍(lán)藻細(xì)胞的裂解酶等方式達(dá)到藍(lán)藻去除效果。有些種類的微生物菌劑可以快速分解死亡的藻類，提高水體透明度。

2.3 化學(xué)除藻劑去除藍(lán)藻原理

以鐵為基礎(chǔ)的水環(huán)境友好的除藻劑能夠消除藍(lán)藻及其生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（例如，磷酸鹽和硝酸鹽），同時(shí)該產(chǎn)品對(duì)水蚤和魚類等水生生物的毒性較低。

專利鐵系除藻劑去除藍(lán)藻主要通過以下幾個(gè)機(jī)理：預(yù)防模式：去除藍(lán)藻可利用的磷；破壞模式：氧化破壞藍(lán)藻細(xì)胞；固定模式：能夠?qū)⑽⒛以宥舅毓潭ㄔ跓o毒且對(duì)環(huán)境無害的氫氧化鐵的大且?guī)д姷谋砻嫔希晃锢砟Ｊ剑盒纬筛叨刃跄恋砦?，將被破壞的藍(lán)藻生物質(zhì)從水體中清除。

3 水王改造方案

根據(jù)采用的除藻技術(shù)方法，有針對(duì)性地對(duì)水王體進(jìn)行相應(yīng)改造，使其具有相應(yīng)的除藻功能。其中左浮箱主要布置納米曝氣附加裝置，右浮箱主要布置微生物菌劑添加裝置和化學(xué)除藻藥劑添加裝置。

3.1 納米曝氣附加裝置

通過水王自帶的柴油驅(qū)動(dòng)的液壓水泵從湖泊中抽取湖水，通過一個(gè)三通將湖水分流至左右浮箱。其中，在左浮箱抽取的湖水在泵的出水管路上進(jìn)入納米氣泡發(fā)生器時(shí)，從納米氣泡發(fā)生器的進(jìn)氣管路吸入空氣，與湖水混合后，通過多個(gè)平行的納米氣泡發(fā)生器，經(jīng)過壓力變化、高壓高速旋切等作用，產(chǎn)生了納米氣泡，并排入湖水中。其中，在總管路和各支管路均配備了流量計(jì)和閥門，以便調(diào)控水泵和進(jìn)入各支路納米氣泡發(fā)生器中的水流量。

3.2 微生物菌劑及化學(xué)除藻劑添加裝置

通過三通分流至右浮箱的水流經(jīng)過一個(gè)文丘里管件，文丘里管出口設(shè)有支管，分別與布置在右浮箱的微生物菌劑罐和化學(xué)除藻劑罐連接，水流可通過該支管用以對(duì)添加到罐體中的藥劑的混合。

微生物菌劑在微生物菌劑罐中按一定比例與湖水在罐中攪拌混合，混合好的微生物菌劑液體通過罐體底部的排水管連接到文丘里管的負(fù)壓部分，被吸入文丘里管道中，與湖水充分混合后，通過多個(gè)支管噴灑到藍(lán)藻控制區(qū)域的水面。

化學(xué)除藻劑在化學(xué)除藻劑罐中按一定比例與湖水在罐中攪拌混合，混合好的化學(xué)除藻劑液體通過罐體底部的排水管連接到文丘里管的負(fù)壓部分，被吸入文丘里管道中，與湖水充分混合后，通過多個(gè)支流管添加到藍(lán)藻控制區(qū)域的水面以下。

4 運(yùn)營(yíng)治理效果分析

水王技術(shù)改造完成后，在蘇州某湖泊示范區(qū)開展藍(lán)藻治理，湖泊示范區(qū)面積約20000m2。藍(lán)藻治理于2022年7 月28 日，并于2022 年10 月12 日結(jié)束，累計(jì)運(yùn)行77 日。運(yùn)營(yíng)期水王每日在示范區(qū)范圍內(nèi)均開展納米氣泡曝氣，曝氣量約220m3/h, 運(yùn)營(yíng)期累計(jì)添加80kg 除藻菌劑、40kg 溶藻菌劑、65kg 清污菌劑和50kg 化學(xué)除藻劑。整個(gè)治理運(yùn)營(yíng)起，共計(jì)采樣6 次，具體采樣日期、采樣位置及數(shù)量、檢測(cè)指標(biāo)見表1。

表1 治理運(yùn)營(yíng)期湖水采樣檢測(cè)情況統(tǒng)計(jì)表

對(duì)各次采集的水樣進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。對(duì)示范區(qū)內(nèi)每次采集的3 個(gè)水樣的檢測(cè)結(jié)果值取平均值，水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果分別見圖1、2。

圖1 示范區(qū)水樣總氮、總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)檢測(cè)結(jié)果

圖2 示范區(qū)水樣藻密度檢測(cè)結(jié)果

8 月24 日、9 月1 日、9 月28 日示范區(qū)內(nèi)外水質(zhì)藻密度平均值對(duì)比圖如圖3 所示。

圖3 示范區(qū)內(nèi)外水質(zhì)藻密度對(duì)比

由圖1 可知，從8 月3 日和8 月15 日兩次數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比來看，第二次水質(zhì)結(jié)果氨氮有明顯下降，而氨氮是藍(lán)藻生產(chǎn)繁殖所需的營(yíng)養(yǎng)素，氨氮的降低說明通過納米氣泡曝氣和加藥，對(duì)藍(lán)藻治理起到了初步的效果。

8 月24 日，第三次水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果整體略差于第二次，分析原因是因?yàn)? 月15 日之后示范區(qū)區(qū)域下了兩場(chǎng)雨，周邊面源中的氮磷等養(yǎng)分會(huì)隨著雨水進(jìn)入水體，雨水過后現(xiàn)場(chǎng)又持續(xù)高溫，這又為藍(lán)藻快速生長(zhǎng)創(chuàng)造了有利條件。

但8 月24 日示范區(qū)內(nèi)水質(zhì)數(shù)據(jù)同示范區(qū)外圍數(shù)據(jù)相比，明顯優(yōu)于外圍，特別是反映水體藍(lán)藻情況的藻密度指標(biāo)，示范區(qū)內(nèi)水樣藻密度平均約為1844 萬個(gè)/L，遠(yuǎn)低于示范區(qū)外圍7757 萬個(gè)/L。這說明雖然受天氣影響，水質(zhì)整體變差，但經(jīng)過這段時(shí)間加藥和納米氣泡曝氣的運(yùn)營(yíng)治理，示范區(qū)水質(zhì)藍(lán)藻還是得到了非常有效的治理，同時(shí)也說明藍(lán)藻治理是一個(gè)持續(xù)性的工程。

9 月1 日，第四次示范區(qū)內(nèi)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果除高錳酸鹽指數(shù)略高于第三次的結(jié)果外，其余整體與上次示范區(qū)內(nèi)檢測(cè)結(jié)果差不多。而示范區(qū)外的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，整體差于前次示范區(qū)外的結(jié)果，特別是藻密度，示范區(qū)外達(dá)到了19012 萬個(gè)/L，明顯高于第三次示范區(qū)外的7757萬個(gè)/L。外圍之所以藻密度升高，分析原因，是因?yàn)檫@段時(shí)間陰雨天較多，周邊面源中的氮磷等養(yǎng)分隨著雨水進(jìn)入水體，為藍(lán)藻快速生長(zhǎng)創(chuàng)造了有利條件。而示范區(qū)內(nèi)水質(zhì)與上次基本持平的原因是，這段時(shí)間在持續(xù)進(jìn)行納米氣泡曝氣的同時(shí)，添加了一次鐵系除藻劑，對(duì)藍(lán)藻起到了抑制和殺除的作用。

由9 月28 日第五次水質(zhì)結(jié)果和10 月12 日第六次水質(zhì)結(jié)果可知，水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、氨氮基本均維持在較低水平，均滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)的要求。

從水質(zhì)藻密度結(jié)果看，第五次和第六次水質(zhì)藻密度平均值分別為379 萬個(gè)/L 和209 萬個(gè)/L，示范區(qū)內(nèi)水樣檢測(cè)結(jié)果已全面達(dá)到1000 萬個(gè)/L 以下，根據(jù)《水華遙感與地面監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ1098-2020）中的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明已無明顯水華現(xiàn)象，說明經(jīng)過這段時(shí)間對(duì)示范區(qū)的治理，水質(zhì)得到了明顯改善。

5 結(jié)語

通過對(duì)水王的技術(shù)改造，使其具備了藍(lán)藻治理的功能，并將其應(yīng)用于蘇州某湖泊藍(lán)藻治理中。通過對(duì)該湖泊的治理，采用技術(shù)改造后的水王，憑借其具有的納米氣泡曝氣功能、微生物菌劑除藻功能和鐵系除藻劑除藻功能，可對(duì)湖泊水體中的藍(lán)藻進(jìn)行有效治理，經(jīng)過77天的治理，治理區(qū)水質(zhì)平均藻密度由1937 萬個(gè)/L 降到209 萬個(gè)/L。同時(shí)，也要看到藍(lán)藻治理受天氣影響較大，且湖泊水體的藍(lán)藻治理是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。

由于水王本身較笨重，水上運(yùn)輸并不輕便，且其動(dòng)力主要來自柴油，并不環(huán)保。建議后期針對(duì)水體藍(lán)藻治理，開發(fā)專門的藍(lán)藻治理電動(dòng)船，以充分發(fā)揮其治理藍(lán)藻的效能。