除藻技术现状和发展

学号：******** 常州大学科研实践论文（2011届）题目除藻技术现状与发展学生黄佳佳学院环境与安全工程专业班级给水072班校内指导教师王利平专业技术职务教授二○一一年二月除藻技术现状与发展摘要：本文简要的阐述了我国富营养化水体面临的现状和目前普遍使用的控制水体富营养化的几种方法，比如物理法、化学法以及生物法等，对其处理效果做出简要评价。

并提出了水体富营养化治理的研究发展方向。

关键词：富营养化；除藻；物理；化学；生物近年来，随着社会经济的迅速发展，不合理的生活、生产方式导致了水域中氮(N)、磷(P)等营养盐类大量富集，致使全球性水域富营养化日益严重。

据统计，我国60％的湖泊呈富营养状态，并伴随着藻类水华的发生。

其危害主要表现在：“水华”爆发时，大面积的水面被藻类覆盖，阳光难以穿透水层，影响水中植物的光合作用，还可能造成水域上层溶解氧的过饱和状态及底层溶解氧的缺乏，这对水生动物正常的生长和繁殖会产生一定的影响；藻类在代谢过程中或藻体破裂后都会释放藻毒素，鱼腥藻、束丝藻和铜绿微囊藻是三种最常见的含有毒素的物种[1]。

微囊藻毒素除了直接对鱼类、人畜产生毒害以外，也是肝癌的主要诱因。

最近研究显示，微囊藻毒素还具有胚胎毒性、免疫功能损害等作用[2]，而由鱼腥藻、束丝藻产生的是神经毒素，会损害神经系统；大面积的藻类暴发，严重破坏了水生生态系统的平衡与稳定，不仅影响了水体景观，也影响了水产养殖业的发展。

1常用的除藻技术1.1 物理除藻技术物理除藻技术目前在许多供饮用水水域（如水库）应用的比较多，利用活性炭去除也是目前各自来水公司比较常用的方法。

为防治我国密云水库的富营养化问题，董悦安等[3]曾应用部分物理技术（吸附性材料净水和表底层水体交换试验）进行现场试验，结果表明试验区内水中氮和磷的含量比对照区都有所下降，机械除藻试验后，水中的叶绿素含量比除藻前下降；表底层水体交换试验后，试验区内表、中层水体的温度有所下降，温度降低抑制了表、中层水体中藻细胞的繁殖速率，对水华的发生也起到了一定的抑制作用。

常用的物理除藻方法有机械去除、过滤除藻，黏土除藻和气浮除藻等方法。

物理法可直接消除水体中的藻类，不会产生二次污染。

但因其需要昂贵的费用，因此只能用于小水体或大水体的局部水域。

(1)过滤除藻。

对于低浊高藻的水体可用微滤机除藻，有资料报道法国处理塞纳河水时，藻类的平均去除率为55％，在我国，其去除率可达70％以上。

上海自来水公司进行的一项试验表明[4]，滤网对藻类的去除效果优于混凝沉淀，但微滤机对浊度、色度、COD Mn的去除率很低，远不及混凝沉淀。

(2)黏土除藻。

孙佩石[5]等利用昆明地区的粘土矿制作了新型轻质除藻材料，在滇池300平方米水面围栏的扩大试验结果显示，将除藻材料放入试验区水体10d后，水体中的藻类含量明显减少，水体的透光率从55％增加到80％，水质状况也有很大的改善。

(3)气浮除藻。

藻类密度一般较小，其絮体不易沉淀，采用气浮法可有效除藻。

美国Wachu—sett水库的试验表明[6],气浮池的除藻效率高达99.90％，但是实际应用除藻率常难达到90％，并且存在藻渣难以处理、臭味重、操作环境差等缺点。

1.2 化学除藻技术化学除藻技术通过向水体投放化学药物（如硫酸铜和硫酸亚铁、二氧化溴、一些广谱意义上的除草剂等）来控制藻类的生长繁殖。

这种方法虽简便易行、省时省力，但该方法并不能从根本上改善水质，相反，随着投加量的越来越多，药剂品种的不断更换，对环境的二次污染也在不断增加，从而使水质环境形成严重的恶性循环，如溶解氧下降、鱼类死亡、生物多样性降低等，严重地影响生态系统的结构和功能，甚至可能导致整个水体生态系统的瘫痪，遗患无穷。

利用化学药剂对藻类进行杀除是目前国内外使用最多，也是最为成熟的除藻技术。

这是一种工艺简单，操作方便的有效杀藻方法。

常用的灭藻剂有硫酸铜、高锰酸盐、液氯、二氧化氯、臭氧等[7]。

(1)氯除藻。

氯是一种传统的除藻剂[8]，利用适当浓度的氯进行预氧化可以捉高藻类的去除率，但氯氧化不能消除由藻类产生的臭味，而且氯还可能与原水中的有机物作用生成三卤甲烷(THWs)，THMs对人的中枢神经系统有影响，并且有致癌性，因而其应用逐渐受到限制。

(2臭氧除藻。

臭氧氧化不仅可以除藻，而且对浊度的去除也有较好的增效作用。

因为臭氧的强氧化性，它也可以有效去除藻类外泄的藻毒素及臭味等，从而消除这些有毒有害物质的影响。

但该法会产生有机副产物——溴酸盐。

(3)高锰酸钾除藻。

高锰酸钾预氧化除藻的效果也非常明显，其对混凝的作用可以表现为助凝作用和氧化作用，但其对藻类去除激励主要在于氧化作用。

李思敏等[9]针对邯郸市滏阳河水考察了高锰酸钾氧化对富含藻源水的处理效果，结果表明，除藻率高达95％。

但如果氧化过程中高锰酸钾投量过多，可能会穿透滤池而进入配水管网，出现“黑水”现象。

1.3 生物除藻技术生物除藻技术是利用培育的生物或培养、接种的生物的生命活动，对水中污染物进行转化、降解及转移作用，从而使水体环境健康得到恢复的一种方法。

目前很多供饮水水库大多采用生物除藻技术。

用来除藻的生物主要有微生物和水生植物。

微生物作为除藻剂的主要原理是利用其和藻类争夺水体中的营养，吸收、分解、转化水体中的营养物质，使水中的藻类由于得不到足够的营养而无法继续生长繁殖，以致死亡。

越来越多的微生物继续降解死亡的藻类，直至消灭，使水体变清，从而达到除藻及净化水质的目的。

而在富营养化水体中种植水生植物除了有上述作用外，一部分水生植物自身还可以释放化感物质，抑制某些特定藻类的生长、繁殖，从而达到改善水体生态环境，净化水质，促进鱼类生长的目的。

生物—生态水体修复技术，是当前水环境技术的研究热点。

在人们极力倡导食品安全的今天，在养殖水域或大型水库、河流等水域利用生物除藻技术调控水质，无疑是一种极具潜力的可持续发展的良好的生态模式，也是今后环境保护发展的必然趋势。

(1)微生物法。

微生物除藻剂主要以光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌等微生物作为除藻剂。

目前，国内外开始采用存在于自然环境中的多种微生物菌株，经诱变选育后培养形成混合菌制剂，利用其不同种属间的生态学特性，使其应用范围更广。

有许多生物工程公司已大批量生产这种生物除藻剂，实际应用也比较广泛，尤其是许多大型饮用水供水水库多使用此方法。

梁近光等[10]在藻型富营养化的湖泊水体中应用有效微生物群菌剂的结果表明，有效微生物群对水体的透明度、叶绿素.含量的改善有明显的效果，可有效抑制藻类的生长，在投入有效微生物群后，透明度迅速提高。

王平等[11]系统地考察了有效微生物群（EM）处理藻型富营养化源水效果，结果表明，在容器中按EM：源水的体积比为1：10000投加EM菌液并辅以低速间歇式曝气处理8-9d,藻类生物量得到明显控制，水样叶绿素a，TN，TP及COD cr去除率分别达90.49%，45.25%，55.48%，80.37%,出水水质接近国家地表Ⅳ类水质标准。

韩士群等[12]利用固定化微生物（含有光合细菌、芽胞杆菌、硝化细菌以及反硝化细菌）对养殖水体中藻类和浮游动物的种类、数量、生物量、水体氮素等理化环境的影响进行了研究，结果表明，固定化微生物处理可以显著降低水体的总氮、氨态氮和硝态氮的含量，其含量分别是对照的40.8%、36.5%、45.9%。

但也有研究表明[12]，投放EM初期对去除蓝藻（尤其是优势种铜绿微囊藻）有一定效果，试验后期除蓝藻效果逐渐消失。

由此可见，微生物除藻方法应用于水华发生的早期阶段，除藻效果比较好；如果在富营养化严重的水域施用，虽能起到一定的降解作用，但是否可以达到预期效果，尤其像微囊藻等蓝藻类，微生物除藻剂是否能吸收、降解和转化其死亡后分解的有毒物质，目前还未见有报道。

因此，研究具有明显除藻效果的微生物除藻剂，论证微生物除藻剂去除微囊藻毒素效果的显著性，是目前急需解决的问题。

同时，使用微生物除藻剂对鱼体体质是否有影响，也有待于进一步研究。

(2)以藻制藻。

利用生物间存在的相生相克的现象，达到抑制某种藻类生长的目的，是一种自然的化学调控措施。

通常选择水网藻[13]，隶属绿藻门，体长可达2m，鲜黄绿色，由于其生长繁殖快、吸收肥料能力强等特点而与藻类水华生长竞争个体的营养(氮、磷)，从而抑制藻类水华的发生。

研究表明，水网藻对水体氨氮、总氮和总磷的去除率达70％以上。

况琪军等[14]研究表明，着生刚毛藻对富营养化湖水中氮和磷的净化效果明显，对水华藻类生长也有很强的抑制能力，尤其对水华微囊藻生长的抑制率达到99．63％。

处理后湖水的藻类生长潜力较原湖水下降了40.17％。

(3)水生植物法。

利用特定的水生植物对水中富营养物质的吸收、迁移、代谢作用抑制藻类的生长，或是利用水生高等植物的化感抑制作用控制藻类的存在。

常见的水生植物有：香根草、水葫芦、荷花、菖蒲和芦苇等。

但要控制水生植物的种植密度，否则会过度繁殖，适得其反[15]。

(4)水生动物。

采用放养鲢鱼、鳙鱼等鱼系滤食性水生生物直接控制藻类水华的“生物操纵”法。

这些滤食性水生生物可以吞食大量藻类和浮游生物，使浮游生物量特别是藻类数量明显减少，达到抑制水华的目的，并可以通过鱼产量的途径削减水体中氮、磷等营养物质。

武汉东湖主要通过大量放养滤食性的鲢来治理蓝藻水华[16]，放养密度达到46-50g/m3就能控制水华的发生，但需要注意的是应根据水体特点制定合理的放养时间和放养量。

调查发现，在鲢、鳙鱼达到一定养殖密度的水体，蓝绿藻水华发生的机率相对较少，所以鱼类养殖模式也是治理富营养化的一条途径。

鲢、鳙鱼吃蓝藻是很多水产养殖专家都认同的事实。

中国科学院谢平博士认为，太湖水华的大量产生是因为20世纪60年代环湖大堤和闸坝的建设阻隔了太湖和长江间的交通，让原本可以游进太湖的鲢鱼数量减少。

食物链上掉下一环，蓝藻缺乏生态上的天敌，疯长只是时间问题。

2005年虽然投放了1次鲢鱼苗，但相对于太湖广阔的面积来说是远远不够的。

因此，利用养殖模式治理富营养化实际是建立和保持生态系统的平衡，是对生态系统的修复和维护，对富营养化状态的治理作用也是显而易见的。

(5)投加光合细菌(PSB)。

这种方法目前在日本、韩国、澳大利亚等国家应用较多，即通过定期向水中投加光合细菌来净化水体[17]。

在滇池草海约800m围栏水域的现场试验中．光合细菌(PSB)净水剂对叶绿素a去除率在75％以上，藻量去除率在90％以上，平均透明度从0.3m增加到1.06m，该方法具有工艺简单、无需单独修建处理构筑物，一次性投资省等特点，由于光合细菌属光能自养菌，不含有硝化及反硝化菌种．故对氮磷等物质只能以BOD：N：P=100：5：l的比例去除，去除率低。