張春敏，田 軍，金竹靜，趙祥華，孫 陽(yáng)

(1.云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034；2.無(wú)錫德林海環(huán)保科技股份有限公司，江蘇 無(wú)錫214000)

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星云湖藍(lán)藻現(xiàn)狀及處理技術(shù)研究

張春敏1，田 軍1，金竹靜1，趙祥華1，孫 陽(yáng)2

(1.云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034；2.無(wú)錫德林海環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇 無(wú)錫214000)

分析了星云湖2010—2016年水質(zhì)狀況，對(duì)星云湖湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度及藍(lán)藻暴發(fā)情況進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。對(duì)國(guó)內(nèi)外藍(lán)藻處理工程技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)和比選，提出了適合星云湖藍(lán)藻處理的可行性技術(shù)——混凝沉淀+溶氣氣浮。

胡泊保護(hù)；藍(lán)藻處理；混凝沉淀；溶氣氣??；星云湖

0 引言

星云湖、撫仙湖位于玉溪市江川、澄江、華寧3縣區(qū)境內(nèi)，是玉溪市“三湖一?！彼拇蟾咴粗械膬蓚€(gè)姐妹湖，屬南盤江水系珠江源頭。撫仙湖面積216.6 km2，蓄積水量206.2億m3，占全省湖泊水資源蓄水總量的72.8%，水質(zhì)良好，既是滇中地區(qū)最大的淡水水源，又是著名的風(fēng)景旅游勝地。而星云湖曾經(jīng)作為撫仙湖唯一的上游湖泊，湖面面積34.329 km2，湖泊蓄水量為2.0981億m3，具有灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖、調(diào)洪蓄水、人畜飲用、旅游等多種功能。兩湖高差約1 m，由一條長(zhǎng)2.2 km、深5 m、寬8 m的河道——隔河相連。由于星云湖流域與湖面面積比為11∶1，而撫仙湖為3∶1，星云湖湖水補(bǔ)給系數(shù)遠(yuǎn)高于撫仙湖，歷史上星云湖每年約有3000萬(wàn)m3水進(jìn)入撫仙湖。

隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展及人口的增加，星云湖水體嚴(yán)重污染，水質(zhì)下降為劣V類水體。星云湖2013年呈重度富營(yíng)養(yǎng)化，近年來(lái)雖然指數(shù)呈下降趨勢(shì)，湖體仍舊處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。從2000年開始暴發(fā)藍(lán)藻，以后每年4～11月周期性暴發(fā)，2002年后至今浮游植物生物量發(fā)展趨勢(shì)較快，最大值為2015年7月，密度達(dá)到3.2×108cell/L，屬于重度水華現(xiàn)象。而撫仙湖水質(zhì)為Ⅰ類。為避免星云湖水對(duì)撫仙湖造成污染，對(duì)隔河進(jìn)行了出流改道工程，星云湖不再向撫仙湖補(bǔ)水，從而導(dǎo)致?lián)嵯珊a(bǔ)給水源減少[1]。連續(xù)四年的干旱，致使兩湖均在低水位運(yùn)行，近兩年雨量恢復(fù)后星云湖水位迅速恢復(fù)，而撫仙湖水位一直維持低位，與星云湖水位差近2 m，湖泊健康生態(tài)系統(tǒng)受損。因此，撫仙湖的保護(hù)不能忽視星云湖的同步治理，不能將撫仙湖和星云湖的保護(hù)割裂開來(lái)，從撫仙湖環(huán)境保護(hù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益出發(fā)，治理好星云湖，使其為撫仙湖提供重要補(bǔ)給水源是十分重要和必要的。

1 星云湖湖泊水質(zhì)現(xiàn)狀及變化趨勢(shì)

1.1 水質(zhì)變化趨勢(shì)

星云湖的水環(huán)境功能要求為III類，而水體現(xiàn)狀情況是水體為劣V類。根據(jù)表1湖泊最近一年的水質(zhì)情況分析，主要超標(biāo)的指標(biāo)有pH、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、化學(xué)需氧量(CODCr)、生化需氧量(BOD5)、總氮(TN)、總磷(TP)。

星云湖的污染指數(shù)年內(nèi)變化趨勢(shì)不大，均顯示湖體水質(zhì)為嚴(yán)重污染狀態(tài)，污染指數(shù)最小值為10.85，出現(xiàn)在2016年8月，當(dāng)月僅pH值為劣V類；污染指數(shù)最大值為16.85，出現(xiàn)在2016年6月，當(dāng)月pH值、BOD5和TP都為劣V類。

綜合2010—2016年星云湖湖體水質(zhì)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析了高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、總磷、總氮和綜合污染指數(shù)這6個(gè)指標(biāo)。除了BOD5的濃度是在IV類水標(biāo)準(zhǔn)上下波動(dòng)以外，其他指標(biāo)在這幾年內(nèi)均出現(xiàn)濃度先上升后下降的趨勢(shì)，多數(shù)指標(biāo)從2014年之后，下降趨勢(shì)更加顯著。

星云湖主要污染物近年的變化情況顯示，在流域的“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目按照計(jì)劃實(shí)施后，星云湖的水體主要污染物濃度實(shí)實(shí)在在地有所降低，湖體水質(zhì)環(huán)境得到了一定的改善。特別是2014年以后，星云湖的十二五規(guī)劃中農(nóng)業(yè)面源污染防治、畜禽養(yǎng)殖污染防治、環(huán)湖生態(tài)治理、區(qū)域水環(huán)境綜合整治、農(nóng)村環(huán)境綜合整治以及環(huán)境監(jiān)管能力建設(shè)等[2]各類項(xiàng)目一一建設(shè)完成，并開始運(yùn)行。這些項(xiàng)目對(duì)湖體保護(hù)的作用開始逐漸地顯現(xiàn)，因此，2014年出現(xiàn)了拐點(diǎn)，綜合污染指數(shù)顯著下降。污染物濃度下降趨勢(shì)雖然顯著，可是，高錳酸鹽指數(shù)仍低于IV類標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)需氧量處于V類，五日生化需氧量處于V類，總磷處于劣V類，總氮處于V類。綜合污染指數(shù)顯示水體仍舊是嚴(yán)重污染的狀態(tài)。

1.2 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化狀況

星云湖近年的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)從2013年開始下降，與其他污染物濃度變化趨勢(shì)基本一致。污染最嚴(yán)重的2013年，富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)呈重度富營(yíng)養(yǎng)化。隨后雖然指數(shù)下降趨勢(shì)明顯，湖體仍舊處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。

湖體中葉綠素a的濃度是反應(yīng)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)重要指標(biāo)，一般來(lái)說(shuō)水體葉綠素a的濃度>0.01 mg/L是水體富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)重要閾值。圖8分析了星云湖2013年開始的葉綠素a的濃度變化情況。濃度最低是2016年2月，葉綠素a濃度為0.0145 mg/L；濃度最高是2013年9月，為0.2033 mg/L。

1.3 藍(lán)藻暴發(fā)時(shí)間及程度

星云湖2000年開始暴發(fā)藍(lán)藻，主要出現(xiàn)在星云湖湖灣，湖面還沒有大面積出現(xiàn)，以后每年4—11月周期性暴發(fā)。

2002年5月星云湖藍(lán)藻大面積暴發(fā)，全湖水面出現(xiàn)水華，特別是湖面下風(fēng)向北部湖灣大量藻體堆積。2002年后至今浮游植物生物量發(fā)展趨勢(shì)較快，最大值為2016年7月，星云湖螺螄鋪監(jiān)測(cè)斷面的藻密度達(dá)到6.4×108cell/L，湖面水華暴發(fā)頻率增大。經(jīng)過(guò)估算，星云湖湖面漂浮藻漿共48150 m3[4]。星云湖浮游植物生物量的組成主要為藍(lán)藻門，藍(lán)藻暴發(fā)期間藍(lán)藻門類的生物量占藻類總生物量的80%～90%以上，而優(yōu)勢(shì)種銅綠微囊藻又占藍(lán)藻生物量的80%～90%以上，星云湖浮游植物生物量總體呈上升趨勢(shì)。星云湖浮游植物總量與水體葉綠素a 濃度呈顯著相關(guān)關(guān)系，湖水葉綠素a 濃度隨藻類數(shù)量增加而升高，水體迅速富營(yíng)養(yǎng)化，透明度(SD) 多年呈下降趨勢(shì)。

2 藍(lán)藻處理技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 生物除藻工藝

利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈攝取的原理及生物的相生相克關(guān)系來(lái)控制或抑制水華。包括水生動(dòng)物控制法[3]和水生植物控制法。

水生動(dòng)物控制法是通過(guò)在污染水體中投放螺絲、鳙魚、鰱魚等濾食性水生生物直接吞噬藻類的方法達(dá)到去除藍(lán)藻的目的。

水生植物控制法是通過(guò)大型水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮和磷的吸收作用，從而抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng)。植物包括美人蕉、水葫蘆、旱傘草等水生植物，既能吸收水體氮磷等污染因子，又可抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)。該技術(shù)是利用生物競(jìng)爭(zhēng)的方法抑制藻類生長(zhǎng)。李蔭璽[4]在星云湖隔河河口湖灣進(jìn)行了水葫蘆浮床的試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，藍(lán)藻去除率在80%以上，透明度提高到1.5～2 m，河道沉水植物恢復(fù)良好，水質(zhì)改善明顯。生物浮床法目前在小范圍水域取得實(shí)驗(yàn)性的成功，在生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程中也有一定的應(yīng)用，是一種有良好發(fā)展前景的生物抑制技術(shù)。

微生物除藻法是指將活性污泥中的可抑制藻類生長(zhǎng)的有益菌種進(jìn)行菌群篩選、分離、噴霧、干燥后獲得高密度微生物粉，再通過(guò)工廠化大規(guī)模生產(chǎn)，附著到專業(yè)填料上，并填置于水體中，形成高效除藻系統(tǒng)。該方法對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染問(wèn)題[5]。

2.2 化學(xué)除藻工藝

化學(xué)除藻工藝指通過(guò)化學(xué)藥物投加殺滅藻類的方法，有氧化型除藻劑和非氧化型除藻劑。其中氧化型除藻劑包括臭氧、二氧化氯、高錳酸鉀、次氯酸鈉等[6]，均對(duì)藍(lán)藻具有較好的去除效果。非氧化型化學(xué)試劑主要有無(wú)機(jī)金屬化合物及重金屬制劑、有機(jī)金屬化合物及重金屬制劑、銅劑、汞劑、錫劑、鉻酸鹽、有機(jī)硫系、有機(jī)鹵系等。早期海洋赤潮治理也常用硫酸銅, 雖然銅離子過(guò)高容易造成水體毒性，但除藻效果較好[7]。

2.3 物理除藻工藝

物理除藻工藝主要有超聲除藻法、磁選分離法、絮凝沉淀法、溶氣氣浮法、黏土除藻法等。

超聲除藻法。通過(guò)超聲波對(duì)藍(lán)藻細(xì)胞的破壞使藍(lán)藻下沉，對(duì)于低濃度含藻水有顯著效果。超聲波技術(shù)主要用于殺滅藻類，尤其是抑制微囊藻毒素的釋放。

磁選分離法。該技術(shù)將藍(lán)藻絮凝后加入鐵粉順磁劑，從而將藍(lán)藻分離。

絮凝沉淀法。通過(guò)比重較大的絮凝劑的作用，使藍(lán)藻形成較大絮體后靠重力下沉。藍(lán)藻往往具有偽空胞，為兩端呈錐形的微型空筒所組成，有遮光和漂浮的功能。偽空胞充氣后藍(lán)藻的密度小于水而漂浮于水面之上，單靠絮凝沉淀難以去除。另外在溫度、風(fēng)力和水動(dòng)力擾動(dòng)等條件下，絮凝沉淀形成的絮體不穩(wěn)定，容易再次上浮。

氣浮法。在受污水體中通入或產(chǎn)生大量高度分散的微細(xì)氣泡，使其與雜質(zhì)、絮粒相互粘附，形成比重小于水的浮渣，依靠浮力浮上水面，以完成固液分離的凈化水質(zhì)的方法[8]。袁俊等[9]人通過(guò)對(duì)氣浮工藝的比較后發(fā)現(xiàn)，壓力溶氣氣浮法除藻相對(duì)比較成熟，研究工作開展較多，是氣浮法除藻中的主流方向。經(jīng)工程實(shí)踐證明，溶氣氣浮工藝對(duì)新鮮藍(lán)藻具有良好的去除作用，但是對(duì)于失活的陳藻，處理效果欠佳。渦凹?xì)飧〉刃滦蜌飧〖夹g(shù)是未來(lái)氣浮除藻研究的重要方向。

黏土除藻法。黏土具有來(lái)源充足、環(huán)保無(wú)毒、價(jià)格低等特點(diǎn)[10]。在原水中投加泥土，增加了水中的濁度，使藻類絮體密度增加，加快藻類的沉淀速度。用此方法一般過(guò)濾情況良好，但粘土的加入增加了出水的排泥量。

2.4 星云湖藍(lán)藻治理工藝比選

各種工藝的技術(shù)成熟穩(wěn)定性、工程可實(shí)施性、環(huán)境危害性比較見表1。

表1 除藻工藝比選對(duì)比表

根據(jù)表1，建議選用技術(shù)成熟穩(wěn)定、工程實(shí)施性強(qiáng)、環(huán)境友好的物理除藻工藝。在物理除藻工藝中，混凝沉淀和溶氣氣浮技術(shù)分別對(duì)陳藻和新鮮藻類有著良好的去除效果，因此，星云湖藍(lán)藻處理推薦采用“混凝沉淀+溶氣氣浮”組合工藝對(duì)藻漿進(jìn)行處理。該技術(shù)在無(wú)錫太湖、合肥巢湖、三峽庫(kù)區(qū)十幾座藻水分離站得到了很好的工程應(yīng)用，出水水質(zhì)穩(wěn)定，很好地改善了流域湖泊水質(zhì)。

3 結(jié)論

玉溪市江川縣位于西部省份，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件有限。結(jié)合現(xiàn)有的藍(lán)藻處理技術(shù)，采用“混凝沉淀+溶氣氣浮”的組合工藝比較適合星云湖藍(lán)藻的治理。同時(shí)星云湖藍(lán)藻治理必須結(jié)合流域內(nèi)工程治理和監(jiān)管對(duì)策，完善管理機(jī)制，健全保障制度，才能從根本上治理藍(lán)藻爆發(fā)，改善和保護(hù)星云湖水質(zhì)。

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《環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊》編輯部

The Study of Present Situation and Engineering Technology Processing of Algae in XingYun Lake

ZHANG Chun-min1, TIAN Jun1, JIN zhu-jing1, ZHAO Xiang-hua1, SUN Yang2

(1.Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming Yunnan 650034 ,China)

By reviewing the water quality of XingYun Lake in 2010-2016, this article analyzed the eutrophication degree and the evaluation of the blue algae bloom of the lake. Furthermore, using the global experiences as reference, the feasible techniques of algae processing engineering technology for the XingYun Lake was proposed.

lake protection; algae treatment; coagulative precipitation; dissolved air flotation; Xingyun Lake

2017-03-28

X52

A

1673-9655(2017)05-0008-05