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水华现象
  • 作者:陆经理    来源:宜兴市多元环保科技有限公司    时间:2014-2-18    点击:4582

一、水华概述:  

水华就是水体富营养化的俗称,是水污染的一种形式。原因是由于水中含有氮、磷等元素使水中的生物疯长,造成水中含氧量减少、水质变坏、水中生物大量死亡。  

水华(Water bloom)或明确的藻华(Algal bloom)是发生在淡水中,由藻类引起的一种自然现象。由于水体过渡营养化,导致藻类大量繁殖,使水的颜色呈现出绿色或蓝色。“水华”是淡水中的一种自然生态现象,只是仅由藻类引起的,如蓝藻(严格意义上应称为蓝细菌)、绿藻、硅藻等,也就是水的富营养化。“水华”发生时,水一股呈蓝色或绿色。这种在自然界就有的“水华”现象,在我国古代历史上就有记载。在自然界中它们很快消失,并没有给水产动物和人类带来危害。淡水中富营养化后,“水华”频繁出现,面积逐年扩散,持续时间逐年延长。太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都有“水华”,就连流动的河流,如长江最大支流----汉江下游汉口江段中也出现“水华”。

二、水华的危害:  

淡水中“水华”造成的最大危害是:饮用水源受到威胁,藻毒素通过食物链影响人类的健康,蓝藻“水华”的次生代谢产物MCRST能损害肝脏,具有促癌效应,直接威胁人类的健康和生存。此外,自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞,漂浮在水面上的“水华”影响景观,并有难闻的臭昧。  

由水华现象引发的水华现象毒素统称贝毒,目前确定有10余种贝毒其毒素比眼镜蛇毒素高80倍,比一般的麻醉剂,如普鲁卡因、******还强10万多倍。贝毒中毒症状为:初期唇舌麻木,发展到四肢麻木,并伴有头晕、恶心、胸闷、站立不稳、腹痛、呕吐等,严重者出现昏迷,呼吸困难。水华现象毒素引起人体中毒事件在世界沿海地区时有发生。据统计,全世界因水华现象毒素的贝类中毒事件约300多起,死亡300多人。

三、水华的预防:  

水体中氮、磷等富营物质是造成水华发生的主要原因,所以预防水华的发生要控制水体中营养物质的浓度。营养物质的控制主要从控制外源性营养物质输入和减少内源性营养物质负荷两方面进行。

1、控制外源性营养物质输入

大量外源性营养盐进入湖泊是导致水华爆发的最根本原因之一。因此,控制外源污染物排放是湖泊水环境治理的首要步骤。外源控制包括点源控制和非点源控制,对于工业污染和城市生活污染等点源排放目前治理力度较大,而对于面大量广的非点源污染控制,前置库技术和湿地技术是比较有效的方法。

1)、 前置库技术。前置库技术是有效的控制营养物质浓度的技术之一,在河水进入湖泊之前,通过前置库,延长水力停留时间,增强泥沙及营养盐的沉降量,同时利用前置库中浮游藻类或大型水生植物吸收、吸附、拦截营养盐的功能,使营养盐成为有机物或沉降于库底。因此,拦截颗粒物质并沉降至河底可以有效拦截营养物质,减少营养物质的输入。

2)、湿地处理技术。湖滨湿地和入湖河道堤岸湿地是拦截非点源污染的有效措施,也是污染物进入湖泊的最后一道拦截屏障。湿生植物可以吸收水体和基质中氮、磷而进行生长,从而去除氮、磷,而沉积物中的微生物可以通过硝化和反硝化作用,达到去除氮、磷的目的。2、减少内源性营养物质负荷

减少内源性营养物质负荷,主要是为了减少水体内部的氮、磷的含量,从而防止水华的发生,一般可以采用生物方法、工程性措施等。

生物方法可采用生物除磷脱氮及生物操纵法。生物除磷脱氮可分为活性污泥法、固定池法(生物滤池、浸没滤池等)、生物转盘法、流动床法等。生物除磷脱氮可使磷的去除率达到97%。生物操纵法即采用食植物性原生动物、浮游动物、鱼苗等人工管理措施,减少浮游植物的生长量。工程性措施有底泥疏浚、水体深层曝气,注水稀释等方法。

 四、水华的治理:  

水华爆发时,大量水华藻类聚集在水体表面,既产生恶臭影响景观,又对动植物及人类产生危害,所以目前研究了多种治理水华的技术,主要有物理法、化学法、生物法。

1、物理法

物理法主要指人工打捞、机械清除、超声辐射和吸附过滤等多种方法。人工打捞收获藻类是控制蓝藻总量最直接的方式,能有效减轻局部水华灾害,在收获藻类的同时起到输出营养物的作用,减轻藻体死亡分解引起的藻毒素污染。机械除藻是将藻类从湖泊中移出的一种机械方式,一般应用在蓝藻富集区,采用固定式除藻设施和除藻船对区域内湖水进行循环处理,有效清除浮藻层。超声辐射技术主要是利用超声波的软空化作用能引起细胞溶解和其它损伤原理,如细胞壁、细胞膜损伤、DNA 降解等,从而灭活浮游生物,此方法已在太湖中得到应用。

2、化学法

化学除藻技术是通过向水体投放化学药物来控制藻类的生长繁殖,分为化学药品灭杀法、絮凝剂沉淀法和天然矿物絮凝法。

1)、化学药品灭杀法化学药品灭杀法旨在利用化学药品直接杀死水华生物。目前己发现的能杀死水华生物的化学药品有多种,主要可分为两类:无机除藻剂和有机除藻剂。无机除藻剂主要有硫酸铜、高锰酸钾,氯气,次氯酸钠,过氧化氢,臭氧等;有机除藻剂主要有高度不饱和脂肪酸和脂肪族胺类。

2)、絮凝剂沉淀法絮凝剂沉淀法主要是利用物质的胶体化学性质,使水华生物凝聚沉淀而回收。现在使用的絮凝剂有三大类,即无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。

无机絮凝剂又称为电解质絮凝剂,普遍使用的是铝和铁的化合物。主要利用铝盐和铁盐在海水状态下形成胶体粒子,对水华生物产生凝聚作用。有机高分子絮凝剂大多是聚丙烯、聚乙烯类化合物,聚丙烯酞胺可以根据处理各种废水的需要,制成阴、阳、非离子型絮凝剂;在水华治理时,考虑到藻体表面一般带负电,通常选用阳离子型。甲壳素具有来源丰富、无污染等优点,在水华防治上有很大的应用潜力。由于采用普通的无机或有机絮凝剂经常会导致在消除一种污染物的同时产生另一污染物,微生物絮凝剂的出现使这一问题的解决成为可能。微生物絮凝剂具有其他絮凝剂无法比拟的优越性,具有高效、无毒、易于生物降解等独特的优点,在水华治理方面有着广阔的应用前景。微生物絮凝剂主要包括微生物细胞、微生物细胞代谢产物、微生物细胞壁提取物。其中微生物细胞是天然有机高分子絮凝剂的重要来源;微生物细胞的代谢产物作为絮凝物质的有糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA 等高分子化合物等;微生物细胞壁的基质主要由许多异多糖、脂类物质和部分蛋白质组成。微生物絮凝剂是一种新型的絮凝剂,目前正处于研制阶段,还未见有用其治理水华的报道,而且微生物絮凝剂的成本很高,无法适应工业化生产的需要,需要对其作进一步的研究。  (3)、天然矿物絮凝法天然矿物絮凝法由于具有来源丰富、成本低、无污染等特点而受到广泛重视,并被认为是最有发展前景的方法之一。

3、生物法

1)、利用微生物抑制水华细菌、病毒等微生物是调节有害藻类种群动态的重要潜在因子,其中可用于抑制有害藻类的微生物主要包括细菌、真菌、放线菌、病毒等。微生物对藻细胞生长的抑制主要途径为:

微生物通过向环境中释放抑制藻细胞生长的物质;通过溶藻菌直接溶解藻细胞;通过菌类与藻类竞争有限的营养物质而抑制水华藻的生长。

2)、利用动物摄食水华藻类大多数水华生物如硅藻和甲藻等,通常是浮游动物的直接饵料,也是其他海洋动物直接或间接的食物。因此,可根据生态系统中食物链的关系,引入摄食水华生物的其他动物,如某些枝角类、挠足类浮游动物、微型浮游动物及纤毛虫等以达到消火水华生物的目的。在水体中投放适当密度的鲢鱼、鳙鱼,通过藻类吸收水体中的氮磷、鱼类摄食藻类的食物链关系,捕捞成鱼带出氮磷,从而达到控制和减少蓝藻水华发生的目的。  (3)、移植水生植物控制水华藻类用水生植物控制蓝藻水华就是利用各生物间相生相克的原理,通过改变周围光线的强度和营养条件间接地影响水华藻类的繁殖,提高水体透明度,植物和根区微生物共生,产生协同效应,净化水质,再经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒,达到控制或杀死某些藻类的目的。

五、存在问题:  

富营养化是水华的主要原因之一,而外源性营养盐又是水体富营养化的最根本的原因之一,但是因为污染源既有天然源,又有人为源,既有外源性,又有内源性,所以这就给控制外源性营养物质带来了困难。而且外源营养物质中的非点源污染,由于其排放量大、分散较广,治理起来也较为困难。再者浅水湖泊营养负荷及蓝藻水华对于外援营养盐控制的响应非常缓慢,所以控制外源性营养物质输入法见效慢,需要很长的周期。而对内源性营养物质的去除,也不是单一的一种方法就可以彻底消除水体中的氮、磷营养物质的,所以富营养化的防治是一项长期艰苦的工程。

对水华主体——藻类进行治理的方法中,物理除藻法简单易行,见效快,可用于应急处理水华,但是物理除藻法效率低,成本高,受厂地限制,不能大规模使用,而且物理法指标不治本,只在短时间内有效,不能彻底根除水华。

化学药品灭法虽然能有效杀死藻细胞,但是需要向水体中引入新的化学成分,一些杀藻剂甚至还具有毒性;而且杀藻剂能够破坏藻细胞,可使有毒蓝藻释放出藻毒素,对其他水生动植物造成危害,甚至还会危害人类健康。

絮凝沉降法去除水华快速且有效,而且利于水华生物回收,对非水华生物的影响也较直接杀灭法要小。但是有些铁盐电解质还可能促进水华生物的繁殖,铝盐等也有一定的污染性,而且絮凝沉降法只是将水华藻类从水相中转移到沉积物中,不能彻底根除,第二年气候适宜时会重悬浮进入水体。另外成本也较高,使得该方法的推广有一定的困难。

天然矿物絮凝法由于粘土来源丰富,成本较低,没有污染,经过改性后粘土投加量也显著降低,是一种较为理想的处理方法,但是也存在不能彻底根除的问题。

生物法除藻具有较高的选择性,不会对非水华生物产生影响,而且方法简单,适合于养殖区、水华多发区和高发区的水华防治,是一种极有前景的防治方法,但是水华大面积突然发生时不是很好的对策。而且由于生物与生物之间的作用机理非常复杂,影响因子很多,可控制性又较差,所以到目前为止这种方法还仅仅处在理论探讨和实验研究阶段,尚不能将其应用到实际中去。另外,生物方法治理水华还存在许多目前难以解决的问题,例如:如何避免外来生物种的入侵对生态系统的破坏;如何大量的养殖用来对付水华藻的生物并使其生物功能长存;如何控制所用滤食动物贻贝等不因毒素的存在而死亡,以及避免人食用后的中毒事件发生。这一系列的问题都有待于进一步研究。

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