蓝藻的特征及其水华防治研究（陈飞勇,刘凤丽,金峰,裴毅,藏小平,邢述强）

摘要: 对微蓝藻的群体性、浮游性、繁殖、移动、毒性和在生物链中的地位等特性作了初步分析，对世界各国的除藻方法进行了总结和比较，在此基础上提出了蓝藻处理方法的一套基本设想，通过现场试验对这套方法进行了验证，结果表明:除藻机运行1h后，水体表面变得清澈，丝状蓝藻消失，蓝藻成碎屑状存在，表明除藻机去除蓝藻的效果是非常明显的。并进一步分析了该方法今后发展的方向。

关 键 词: 蓝藻机理;除藻方法;水污染防治措施;太湖

中图分类号: X52 文献标识码: A

1 概述

近年来，随着工农业的高速发展，大量污水被排放到湖泊、河流里，从而引起水质污染、湖泊等富营养化现象的发生。水体富营养化导致藻类异常增殖形成水华，使水体腥臭难闻，溶解氧减少，大量鱼类死亡，严重的还会影响饮用水水质安全，危害到周围居民的身体健康。我国的许多水体已受到富营养化的严重威胁，且水华的影响范围和程度有加重的趋势。因此，认识藻类的危害性，并寻求有效的防治措施刻不容缓。

2 微蓝藻的特征

2.1 群体性和浮游性

微蓝藻由大约3～7μm的单细胞组成，由于细胞内含有蓝色素，所以它属于蓝藻门类。由于其细胞的中核和叶绿体的形状不太明显，它又被当作近细菌类生物，并被称为蓝色细菌。微蓝藻是单细胞水生物，通常数百个的微蓝藻细胞聚集在一起。由于细胞中含有气泡核，所以微蓝藻能浮游在水面。当浮游在水面的微蓝藻群体增殖到一定的程度便形成水华。

2.2 繁殖特性

蓝藻的异常增殖通常发生在太阳辐射很强的5～10月。由于微蓝藻是单细胞水生物，它的繁殖是靠各个细胞的分裂而完成的。它的分裂繁殖速度通常在1倍/d以上，最高的可达3～5倍/d。水中的细胞含量高时可达每升水中含100万细胞以上，叶绿素含量可达100～500mg/m3［1］ 。

2.3 微蓝藻的移动

根据对微蓝藻的生活规律进行的研究，发现微蓝藻在早晨和中午浮上水面，大量聚集，午后开始分散，在晚上会下沉至水下，然后第2天又重复上述过程。研究表明，微蓝藻是靠调节细胞内的气核大小来达到上浮和下沉的［1］ 。早晨，微蓝藻的光合反应加强，气核变大，所以上浮到水面，当光合反应进一步加强时，气核内的压力上升，最后导致较弱的气核破裂，气泡的破裂使得部分的蓝藻群浮力下降而沉降到水面以下。由于水下10cm的日照强度只有入射日光的百分之几，所以蓝藻在水下得以休息，等待机会再行上浮（图1略）。

2.4 在生物链中的地位

在湖沼的生物链中，通常植物藻类被作为动物藻类和鱼虾的饵而被吞食，只要这一平衡不被破坏就不会出现大量的植物藻类。但由于微蓝藻以群体性生存且浮游在水面，所以它不易被动物藻类捕食，在微蓝藻大量发生的湖泊里，要维持健全的生物链就必须破坏微蓝藻的群体生活和其浮游功能。

2.5 微蓝藻的毒性

微蓝藻的大量聚集不但破坏景观、使水体发臭，而且还发出有毒物质Microcystin（MC-LR），威胁饮用水安全。MC-LR的毒性约为青酸的200倍，可能引发肝功能失调甚至肝癌［2］ 。在国外有很多由于接触或饮用微蓝藻水而引起的不良反应纪录。在夏威夷和日本，有由于接触微蓝藻水而引起的皮肤炎的报道。在美国、澳大利亚、英国等有饮用蓝藻水而引起的肠胃炎、肝炎、头疼、目眩、痢疾等症状的报道［3］ 。另外，蓝藻大量发生区域的鱼由于捕食过蓝藻也可能带有毒性。用水洗过的菜也可能带毒。根据Park等的研究，发生水华的水体中每100mg微蓝藻中毒性含量在40～210ug之间，由此可见微蓝藻的毒性是非常大的。

3 世界各国除藻方法研究

除藻的方法通常可分为直接方法和间接方法两大类。

3.1 直接方法

直接方法可分为化学方法、物理方法和生物方法3大类［4］ 。化学方法是投入杀藻剂或者进行加盐处理，这种方法快速，效果明显，但是形成二次污染的可能性很大。物理方法包括臭氧处理，活性炭过滤，人工物理打捞等。这种方法效果好的成本高，成本低的效率又太低。生物方法是一种好方法，但也可能造成生物链的破坏，使得某一生物大量繁殖，带来新的问题。

3.2 间接方法

主要是指清除或降低营养盐的浓度来达到控制藻类生长的方法，大体上可分为流域对策和湖内对策以及应急措施等方面。

（1）流域对策。主要是减少湖泊营养负荷的输入量，通过控制湖泊污染源的量来防止富营养化的发生。从长远来看，要想从根本上控制水体的富营养化，就必须要减少对水体的营养物质输入，主要措施包括截污工程、废水资源化、废水除磷脱氮技术等。我国目前水体污染已十分严重，减少一部分废水的排放量不会改变水体的富营养化现状，且要全面控制源头污染，投资很大，且会影响到经济的发展，短期内难以实现。

（2）湖内对策。湖内（包括河流内）对策包括两个方面:①清淤，对长期堆积在河内或湖内的有机物质进行清除，除掉内部污染源。在流域对策实施到一定程度后，这一措施切实可行，但太早实施，必定会带来重新淤积。②通过种种手段消耗水中的营养盐，使湖水中的营养盐浓度降低，以控制藻类的繁殖［5］ 。这一方法包括水生植物净化，良性藻类繁殖等等。采用这一方法须考虑对水生植物和良性藻类的回收，以防在水中腐烂而变成新的污染源。需要说明的是，湖内的藻类繁殖并回收后，水体中的营养盐不可能大幅度的减少。以太湖为例，太湖水体中含磷总量约为660t，藻类发生1次时消耗磷总量约为66t，太湖蓝藻发生面积最大约为全湖面面积的20%，最好的蓝藻分离技术仅可以分离出约50%，因此藻类发生1次时可以通过分离消耗6.6t磷，仅为磷总量的1%。由此可见，通过藻类分离技术所排除的磷总量对太湖含磷量来说是杯水车薪。

（3）湖内的应急措施。主要包括整流膜、曝气等等，这是一种通过流动改变营养盐的分布，控制藻类生长的方法。日本在这方面作了很多研究，发现该方法在某种程度上是切实可行的。

4 蓝藻除藻机控制技术的尝试

本研究的除藻方法是从蓝藻发生机理出发，破坏蓝藻的异常增殖能力，并促进其进入生物链被有效分解。具体的措施是破坏蓝藻的气核使其失去浮游功能，无法在水体表层聚集，控制其进一步增殖，并采用物理方法破碎蓝藻群体乃至细胞，破碎后的细胞残骸，由于其体积的明显减少，便于动物藻类的捕食或进一步分离处理。此方法可用于避免蓝藻水华的爆发，或在水华爆发后快速除藻。

（1）试验的原理。利用开发的除藻机收集蓝藻，去除蓝藻中的气泡，然后将蓝藻打碎，因为被打碎的蓝藻会一点点地沉入湖底，这样就可以达到去除浮游蓝藻的目的。经除藻机处理后的蓝藻也可以采用人工方法分离。本实验中没有涉及人工分离。

（2）实验方法。试验选定在无锡太湖的犊山风景区进行，具体的实验方法为:在蓝藻大量繁殖发生的水域（平均水深为1.3m），使用非透水无纺布围成1个直径大约3m的圆柱形隔离区，将除藻机的注水口放置在蓝藻漂浮的水域，然后经过除藻机处理后的湖水也放回到隔离水域中。采用Hydrolab DS5水质分析仪对浊度、溶解氧、酸度，叶绿素a及水温进行监测。水质分析仪的触头放在水面下约30cm处，每隔10min记录1次数据，整个实验过程约1h（图2略）。

（3）试验结果。在试验进行的1h中，水温保持在32°左右，基本的光照条件无明显变化（15:30～16:30）。试验开始时隔离区内水面被厚厚的1层蓝藻覆盖（图3略），随着除藻机的运行，肉眼可以观测到水面藻类慢慢减少，除藻机运行30min后，水面藻类明显减少，少许呈丝状漂浮，除藻机运行1h后（图4略），水体表面变得清澈，丝状蓝藻消失，蓝藻成碎屑状存在。

表1所示为Hydro lab DS5水质分析仪的测量数据，结果显示，随着除藻机的持续运行，试验隔离区附近的叶绿素a和浊度的平均值明显下降，在1h之内叶绿素a浓度从40.21μg/L下降到22.34μg/L，浊度从89.4NTU下降到39.6NTU，溶解氧在试验前后也呈现明显降低的趋势。试验隔离区内的悬浮物主要是蓝藻，浊度的变化主要反映的是蓝藻的变化量，试验过程中，水面逐渐清澈，监测的浊度值呈下降趋势，表明水体表层的蓝藻数量减少。叶绿素a也是反映水体藻类含量的重要参数，叶绿素a的大幅下降可揭示蓝藻数量减少的趋势。此外，水体中藻类进行光合作用，会产生大量的溶解氧，因此试验过程中溶解氧的降低也反映了水体中蓝藻细胞数量的减少。

（4）工艺实施改进意见。本次试验试制的除藻机功率较小，因此仅对小范围水体进行了除藻试验，经除藻机处理过的含藻水体仍排入隔离区域内，未进行人工分离。从试验结果来看，除藻机在较短时间内取得了满意的效果。但处理过的藻类不可能完全被水生生物捕食，存在水体中仍会对环境造成影响，因此，下一步的研究重点是提高除藻机的工作效率和研究藻类分离技术，扩大除藻机的适用范围，完善除藻效果。

5 结语

蓝藻具有浮游性和群体性，不易被动物藻类捕食。蓝藻水华发生后，会释放出有毒物质，威胁饮用水安全。湖泊蓝藻水华问题必须要从源头上彻底治理，但在湖水已被污染、富营养化不可避免的情况下，抑制蓝藻异常增殖从而避免水华爆发的研究是非常必要的。本文提出的除藻机是处理蓝藻的一种有效手段。蓝藻经过除藻机处理后，失去浮游功能，体积大大减小，既控制了其进一步增殖，并可被其它藻类或水生动物食用，又便于进一步分离，可以有效防止水华的大面积爆发。在水华已经爆发的情况下，本除藻机的除藻效率亦远高于目前人工藻类收集和处理手段，且环境负面影响极小。

参考文献:

［1］ 森下雅子.川和湖的博物馆—植物藻类.东京:山海棠出版社，1991.

［2］ 渡边真利代，原田健一，藤木博太.蓝藻的出现及其毒素.东京:东京大学出版社，1994.

［3］ 韩志国，武宝 ###王干 ，郑解生等，淡水水体中的蓝藻毒素研究进展.暨南大学学报（自然科学版），2001，22（3）:129～135.

［4］ 孙大朋，张祖陆，梁春玲.水源富营养化及藻类控制技术.能源与环境，2006，（3）:31～33.

［5］ 聂发辉，李田，吴晓芙等.藻型富营养化水体的治理方法.中国给水排水，2006，22（18）:10～15.

作者简介: 陈飞勇，男，（株式会社）建设技术研究所（日本），教授。