藍(lán)藻水華控制技術(shù)適用性評(píng)估及長效策略研究

馬鑫標(biāo)

(深圳市北部水源工程管理處，廣東 深圳 518110)

0 引 言

深圳供水水庫的特點(diǎn)是自產(chǎn)水不足，來水主要靠引水，另一方面，供水需求量較大，水庫需常年維持較高水位運(yùn)行，水體交換周期較長、能力不足，若引水水質(zhì)下降或底泥被擾動(dòng)，易造成水體呈富營養(yǎng)化趨勢，有形成藍(lán)藻水華的風(fēng)險(xiǎn)。水庫藍(lán)藻水華引起水質(zhì)下降，一方面影響水庫水生態(tài)平衡，加劇水質(zhì)惡化，另一方面影響供水安全，帶來一定的社會(huì)影響，因此研究城市供水水庫藍(lán)藻水華控制尤為重要和緊迫。文章拋磚引玉，以深圳某供水水庫為例，對(duì)城市供水水庫藍(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

該供水水庫為所在區(qū)域一座調(diào)蓄型中型水庫，來水主要靠引水，供水任務(wù)較重，近年來水庫常年保持高水位運(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，由于目前該水庫實(shí)行封閉管理，一級(jí)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)無點(diǎn)源和面源污染，與此同時(shí)，該水庫的沉積物氮磷濃度在珠三角地區(qū)水庫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?？紤]到該水庫來水主要靠引水，引水水源也是最為主要的外來物質(zhì)來源，營養(yǎng)鹽輸入可能是該水庫氮磷營養(yǎng)的重要來源。該水庫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，并利用營養(yǎng)鹽進(jìn)行生長，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，總氮是目前該水庫水質(zhì)超標(biāo)的主要指標(biāo)，但該水庫的氨氮和硝酸鹽氮濃度均不高。該水庫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藻華形成在營養(yǎng)層面的原因。

3)從該水庫的浮游植物調(diào)查結(jié)果看，該水庫的浮游植物以綠藻和藍(lán)藻占優(yōu)勢，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)查中該水庫較低的營養(yǎng)鹽濃度相對(duì)應(yīng)。另一方面，葉綠素濃度和營養(yǎng)鹽濃度分布的不均勻性也說明，該水庫的藻類聚集現(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。

4)從該水庫的底棲動(dòng)物調(diào)查結(jié)果來看，該水庫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)從該水庫的水體交換情況來看，該水庫近年來長期高水位運(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，該水庫的藻華形成可能是由于來水水質(zhì)營養(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，國內(nèi)外藍(lán)藻水華控制技術(shù)較多，需針對(duì)該水庫水生態(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，通過生物膜的營養(yǎng)競爭作用和對(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，并在國內(nèi)多個(gè)水體開展應(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)藻水華從營養(yǎng)鹽和種間競爭角度出發(fā)的生態(tài)長效控藻技術(shù)，針對(duì)該水庫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，適宜在水庫中大范圍使用。

綜合評(píng)估：綜合來看，該技術(shù)是一項(xiàng)適用于該水庫的長效藻華控制技術(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)是目前國內(nèi)外普遍采用的生物操縱控藻技術(shù)。通過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)水庫的初級(jí)生產(chǎn)力本身也能夠維持鰱鳙魚的生長需求，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。

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)后無需更多后續(xù)運(yùn)維操作，主要依靠鰱鳙魚自身生長。

綜合評(píng)估：綜合來看，該技術(shù)是一項(xiàng)適用于該水庫的長效藻華控制技術(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)帶來有毒有害重金屬污染。在該水庫具有較好的適宜性。

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水，在使用過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)備并不一定需要長時(shí)間運(yùn)行，因此成本可控。

綜合評(píng)估：綜合來看，該技術(shù)是一種適用于該水庫的藍(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8m的深水型水庫，該水庫的平均深度在10m以上，符合技術(shù)應(yīng)用條件。同時(shí)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，該水庫的底層水體會(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，可長效運(yùn)行。

綜合評(píng)估：綜合來看，該技術(shù)是一種適用于該水庫的藍(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養(yǎng)物質(zhì)；可實(shí)現(xiàn)在無人維護(hù)的情況下長時(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)藻水華長效控制策略

經(jīng)上述適用性評(píng)估，并結(jié)合該水庫水生態(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，該水庫的藍(lán)藻水華形成很大因素可能是來水水質(zhì)，因此需要建立在線監(jiān)測系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)來水水質(zhì)和水庫水質(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：該水庫水文水動(dòng)力條件較差，目前整體水文情勢較適合藍(lán)藻水華在主壩附近聚集。因此有必要通過改變?cè)撍畮斓倪M(jìn)出水口位置，改善水庫水流條件，從水文水動(dòng)力角度控制該水庫的藍(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，可以通過加大引調(diào)水量來增強(qiáng)水庫的水動(dòng)力交換。建議該水庫下的兩個(gè)水廠引水方式由在水庫引水管道取水調(diào)整為直接從該水庫取水，一來增加水庫的引調(diào)水量，加強(qiáng)水動(dòng)力交換；二來水庫的水質(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?？刂萍夹g(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)該水庫的營養(yǎng)鹽和藻類進(jìn)行長效控制，從生產(chǎn)力的角度控制該水庫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

1)文章以某水庫為例，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)的長效策略，從目前應(yīng)用效果來看，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)合水庫區(qū)域狀況和管理現(xiàn)狀，基于水庫特點(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。