蓝藻水华控制技术适用性评估及长效策略研究

2021-01-07马鑫标

黑龙江水利科技 2021年6期

马鑫标

(深圳市北部水源工程管理处，广东深圳 518110)

0 引言

深圳供水水库的特点是自产水不足，来水主要靠引水，另一方面，供水需求量较大，水库需常年维持较高水位运行，水体交换周期较长、能力不足，若引水水质下降或底泥被扰动，易造成水体呈富营养化趋势，有形成蓝藻水华的风险。水库蓝藻水华引起水质下降，一方面影响水库水生态平衡，加剧水质恶化，另一方面影响供水安全，带来一定的社会影响，因此研究城市供水水库蓝藻水华控制尤为重要和紧迫。文章抛砖引玉，以深圳某供水水库为例，对城市供水水库蓝藻水华控制技术的适用性进行评估，并针对性提出长效控制策略。

1 蓝藻水华及控制技术应用情况

该供水水库为所在区域一座调蓄型中型水库，来水主要靠引水，供水任务较重，近年来水库常年保持高水位运行，也未有底泥扰动行为。2018年4月至10月，该水库出现一定规模的蓝藻水华现象，经及时、有效地蓝藻水华控制技术应用，未影响供水水质安全，水库水环境状况整体逐渐好转。2019年3月至7月，仅局部区域出现蓝藻水华现象；2020年4月至10月，局部区域虽仍出现蓝藻水华现象，但极为轻微；2021年至今未出现蓝藻水华现象，水库水质良好。

2 蓝藻水华成因分析

1)从污染源的角度看，由于目前该水库实行封闭管理，一级水源保护区内无点源和面源污染，与此同时，该水库的沉积物氮磷浓度在珠三角地区水库中也属于中等偏低的水平，因此存在较高内源污染负荷的可能性也不大，也未有底泥扰动行为。考虑到该水库来水主要靠引水，引水水源也是最为主要的外来物质来源，营养盐输入可能是该水库氮磷营养的重要来源。该水库较高的透明度提供了较宽的真光层，使藻类能够在较深的水体中进行光合作用，并利用营养盐进行生长，在形成后迅速漂浮到表面形成水华[1]。

2)从水体中磷、氮比例失调角度看，总氮是目前该水库水质超标的主要指标，但该水库的氨氮和硝酸盐氮浓度均不高。该水库的总磷浓度虽然总体不高，但总磷在水华形成阶段的明显上升则表明磷输入可能是该水库藻华形成在营养层面的原因。

3)从该水库的浮游植物调查结果看，该水库的浮游植物以绿藻和蓝藻占优势，且浮游植物密度和叶绿素浓度都并未达到水华形成的标准，这也和调查中该水库较低的营养盐浓度相对应。另一方面，叶绿素浓度和营养盐浓度分布的不均匀性也说明，该水库的藻类聚集现象可能是受到了风力作用和水动力作用影响的结果，并且叶绿素浓度有向主坝附近聚集的趋势。

4)从该水库的底栖动物调查结果来看，该水库的生物量和多样性均较低，主要以耐污的摇蚊和水丝蚓为主，底栖动物群落健康度较低。

5)从该水库的水体交换情况来看，该水库近年来长期高水位运行，水动力不足，也为藻华形成提供了有利条件，有利于藻华向主坝取水口附近聚集。

从目前研究的结果看，该水库的藻华形成可能是由于来水水质营养盐释放，叠加水体透明度、水生物结构分布、风力以及水动力不足等共同作用而导致的。

3 蓝藻水华控制技术评估

目前，国内外蓝藻水华控制技术较多，需针对该水库水生态环境现状、水文水动力特点和蓝藻水华现状，对各项蓝藻水华控制技术的适用性进行评估，方能“对症下药”，切实制定长效控制策略，遏制蓝藻水华现象的形成。

3.1 植物地毯技术

先进性：本项技术是基于人工强化生物膜原理，通过人工投加高比表面积的人工水草(植物地毯)，在其表面形成生物膜，通过生物膜的营养竞争作用和对化感除藻作用，对藻类水华进行抑制。目前该项技术已获得发明专利支撑，并在国内多个水体开展应用[2]。

稳定性：该技术依靠微生物作用对藻类水华进行去除和控制，生物膜结构本身具有较强的稳定性，同时人工基质也具有较强的可靠性，运行过程后期维护工作量低。

适宜性：该技术针对蓝藻水华从营养盐和种间竞争角度出发的生态长效控藻技术，针对该水库保障供水需求和不经常形成水华的特点，这一生态安全的长效控制技术具有较高的适宜性。

经济型：该技术主要成本为生物膜基质和框架，成本较低，适宜在水库中大范围使用。

综合评估：综合来看，该技术是一项适用于该水库的长效藻华控制技术。

3.2 生物操纵技术

先进性：基于鲢鳙鱼的下行效应生物控藻技术是目前国内外普遍采用的生物操纵控藻技术。通过投加鲢鳙鱼并改良鱼类种群结构，利用鲢鳙鱼对藻类的滤食作用对蓝藻水华进行控制。该项技术是目前较为成熟的蓝藻水华生物控制技术。

稳定性：主要基于滤食性鱼类对藻类水华进行控制，是针对蓝藻水华控制的长效技术。放养鲢鳙鱼不需要进行复杂的管理维护，同时水库的初级生产力本身也能够维持鲢鳙鱼的生长需求，因此该技术具有较好的稳定性。

适宜性：该技术是一项经过大量实践验证的藻类水华控制技术，目前在包括武汉东湖、千岛湖等天然水体或人工水库都有较好的应用实践。该技术采用纯生物方式控制蓝藻水华，安全性较高，适宜应用于保障饮用水安全的该水库。

经济型：该技术经济型较高，放养鲢鳙鱼主要是鱼苗成本，放养后无需更多后续运维操作，主要依靠鲢鳙鱼自身生长。

综合评估：综合来看，该技术是一项适用于该水库的长效藻华控制技术。

3.3 磁分离打捞技术

先进性：磁分离蓝藻打捞技术采用特制的磁性絮凝剂，将水体中蓝藻絮凝后，利用永磁分离装置快速吸附絮体，从而将蓝藻移出水面。该技术为专利技术，是目前较为先进的蓝藻快速打捞技术，是一种应用于蓝藻水华应急防控的可靠打捞技术。

稳定性：该技术结合传统的絮凝除藻工艺和永磁体分离技术，将絮凝后的藻体迅速带出水面，絮凝剂和藻体结合迅速，藻水分离效果好，具有较好的稳定性。

适宜性：该项技术虽然需要向水中添加磁性絮凝剂，但之后立即使用永磁体将絮凝剂分离出水面，相当于并未向水中添加外源性物质。根据在其他水体的使用情况，除藻效率可达到99%以上，且不会带来有毒有害重金属污染。在该水库具有较好的适宜性。

经济型：磁分离打捞技术需要使用专用的磁性絮凝剂和永磁体分离装置，同时需要岸基抽水或使用船只过水，在使用过程中存在一定的材料成本和能耗成本。但该项技术主要针对突发性蓝藻水华形成进行应急处理，设备并不一定需要长时间运行，因此成本可控。

综合评估：综合来看，该技术是一种适用于该水库的蓝藻应急处置技术。

3.4 扬水曝气技术

先进性：扬水曝气技术是利用扬水曝气器底部输入的压缩空气形成微小气泡向水体充氧，实现向水库底层进行溶解氧的高效传输，提高底层溶解氧，抑制内源营养释放。同时形成垂向混合流，将底层低温底藻水体引向表层，并将表层高藻水体带入深层，抑制藻类光合作用，从而产生控藻效果。该技术是目前较新的藻类控制技术。

稳定性：该技术目前已有一定的工程应用实践，并在实践中取得了较好的营养盐控制效果和控藻效果，具有较好的稳定性。

适宜性：该技术适用于水深超过8m的深水型水库，该水库的平均深度在10m以上，符合技术应用条件。同时根据实测数据，该水库的底层水体会出现一定的厌氧和低温现象，这也符合该项技术的适用条件。

经济型：该技术主要成本是设备成本和运行成本，同时需要占用一定空间土地。但一次安装成型后，该技术的使用成本较低，可长效运行。

综合评估：综合来看，该技术是一种适用于该水库的蓝藻水华综合处置技术。

3.5 超声波除藻技术

先进性：超声波除藻技术包括以下步骤：抽取含藻水进入曲形水槽；利用超声波对流经曲形水槽中的含藻水中的藻类的气囊进行破除，使得藻类下沉，同时利用超声波对含藻水中的藻类的细胞壁进行破除；将经过超声波处理后得含藻水输入到絮凝反应槽中，利用安全絮凝剂进行絮凝处理；将经过了絮凝处理后的含藻水输入到絮凝沉降槽进行沉降，得到沉淀物和上清液；将上清液排放。是一种较为先进的蓝藻水华控制技术。

稳定性：本技术方法操作简单；去除蓝藻水华更彻底且效率高；能够有效的净化含藻水且有效减少水中的营养物质；可实现在无人维护的情况下长时间工作。

适宜性：超声波会破坏蓝藻的细胞外层结构，从而造成蓝藻内容物向水中释放。由于该水库的蓝藻主要是产毒微囊藻和鱼腥藻，超声波可能会造成蓝藻胞内毒素的释放，会对饮用水安全造成一定影响。

经济型：该技术运行成本较低，经济型较高。

综合评估：考虑到安全性的原因，该项技术不适宜在该水库饮用水源保护地应用。

根据上述综合比选，从适用性和经济型角度，该水库蓝藻水华控制技术最终选择植物地毯技术、生物操纵技术、磁分离打捞技术和扬水曝气技术。

4 蓝藻水华长效控制策略

经上述适用性评估，并结合该水库水生态环境现状调查以及水文调查的初步结果，相应提出如下蓝藻水华长效控制策略：

1)建立水华预警体系：从目前的初步研究结果看，该水库的蓝藻水华形成很大因素可能是来水水质，因此需要建立在线监测系统，加强对来水水质和水库水质的监控，当发现氮磷浓度异常波动时立即启动防控预警系统，为水库蓝藻水华的控制提供全面及时准确的预警信息。

2)改善水文情势：该水库水文水动力条件较差，目前整体水文情势较适合蓝藻水华在主坝附近聚集。因此有必要通过改变该水库的进出水口位置，改善水库水流条件，从水文水动力角度控制该水库的蓝藻水华形成条件。另外，在现有进出水口位置不变的前提下，可以通过加大引调水量来增强水库的水动力交换。建议该水库下的两个水厂引水方式由在水库引水管道取水调整为直接从该水库取水，一来增加水库的引调水量，加强水动力交换；二来水库的水质指标要优于引水泵站原水，且水质更为稳定。

3)生物操纵和生态治理手段：在日常控制技术中，使用包括植物地毯技术和生物操纵技术，基于生态手段对该水库的营养盐和藻类进行长效控制，从生产力的角度控制该水库藻类水华形成的条件。

4)采用蓝藻应急技术：当水华形成后，采用包括磁分离打捞、扬水曝气等在内的应急处理技术，快速降低水体藻密度，实现蓝藻水华的应急控制。