孩子的书桌怎么摆放:富营养化水源水藻

　　藻类生长需要三个条件，即氮磷营养物质、光照和适当的水流。凡发生富营养化的水体，水中藻类等浮游植物的增殖剧烈，因此消除藻类对城市供水影响，关键要做好两方面的文章，一是限制水体的营养盐含量，维持水体良好生态，防止藻类大量滋生，二是在城市制水系统采取高效的除藻技术，尽量减少藻类对城市供水水质的影响。

　　按应用地点来划分，可有两种除藻技术，一种是水库湖泊内部治理藻类的技术，另一种是水厂内处理藻类的技术。

　　1、湖泊水库内部治理藻类的技术

　　大型湖泊中藻类（尤其是蓝藻水华）的控制和治理是世界性的难题，除了降低水体中氮、磷营养盐水平, 在过去数十年中, 许多国家对蓝藻水华的控制和治理尝试了许多方法, 归结起来可分为物理法、化学法和生物法。物理法除藻耗能较大、且受厂地限制，实施起来难度不小；化学法除藻主要包括使用除草剂、杀藻剂及金属盐来控制水华，比较快速、高效, 但治标不治本，一是氮磷物质未输出水体，化学药剂还能使胞内毒素和嗅味物质释放到水中, 二是杀藻剂本身也容易给水体带来二次污染；生物操纵方法是利用生态系统食物链摄取原理和生物的相生相克关系来控制或抑制藻类水华从而达到控制水华发生的目的，是一种“绿色”除藻方法，但技术难度和管理难度大，且需要大量资金投入。现就近年来国际国内这方面的主要研究成果进行汇总。

　　⑴ 物理方法

　　解层技术，即人为地使水体水层混合，消除热分层及由此引起的利于藻类繁殖的条件。安格里安水务公司在英国的Grafham水库安装了曝气系统，在水面和水面下5米设温度探头，按设定的温差开启曝气系统。该系统的运行结果表明，虽然间歇曝气不能减少藻类总量，但却明显减少了蓝藻数量，这可能是因为曝气增加了沉积物-水界面的溶解氧的浓度，而蓝藻又对沉积物的氧化还原电位条件很敏感有关。英国的Thames water公司在一些表面积大于1km2和水深大于10m的水库中应用曝气或推流系统来防止水库水的热分层，但对于水深小于10m的水库，则因水太浅而不能使用曝气系统，但这些水库的藻类增生会引起后继处理工艺的麻烦。

投加泥或粘土，泥和粘土在水中形成大量的悬浮颗粒，悬浮颗粒与藻类碰撞聚集，形成大颗粒沉于水底。这种方法的机理尚末得到明确的解释，Woo等认为粘土颗粒和藻类的大小，两者的Zeta电位是对去除效率影响最大的参数，如果要得到最好的去除效果，应使粘土颗粒的尺寸与藻类的尺寸相近。

　　清除底泥(疏浚)也是一种物理方法, 从理论上讲应该是最彻底的去除内源性营养物的方法, 但也是最具风险的方法，这是因为底泥中的污染物会重新进入水体。在美国对底泥采取任何工程措施之前，必须提供详尽的底泥(至少1m深)样品分析报告、古生物学和古湖泊学研究报告，以及与地球生物化学和水文地球化学有关的环境影响评价。

　　⑵ 化学方法

　　投加化学药剂法，目前应用最多的是投加硫酸铜，但是硫酸铜的投加量较大，须在保证浓度1.0mg/L以上才能有效控制藻类生长，容易使水中铜盐浓度上升，因此须谨慎使用。也可用硫酸铜与粘土联合使用，减少硫酸铜的用量。

改变水体的pH值，向水中投加石灰提高pH值有助于抑制藻类的生长。在英国，人们发现将大麦杆有防止浅水塘中发生水华的作用，Andrew 等研究发现，将1%（W/V）的大麦杆投入湖水中能阻止藻类的增长，在整个实验期间，叶绿素a保持不变。大麦杆分解的提取物，即使有很低的浓度下（0.005%）也能抑制一种常见的藻类（Microcystis sp.,）的生长。美国有一种产品称Aquamats，具有很强的摄取氮磷营养物质的能力, 将此产品置于水体中, 它能抢先摄取氮磷等营养物质，光合作用之后可产生鱼类和其它水生生物的食物，藻类得不到足够的营养物，其生长受到限制，其作用相当于一人工湿地。

　　另据报道，铝盐、铁盐、钙盐等都是有效的营养物钝化剂，它们可以沉淀水体中的铁和磷，同时也可以降低亚硝酸盐和锰的水平，在美国许多湖泊水库的应用中，成功地去除了藻类和其它水生植物。

　　⑶ 生物技术

　　包括利用藻类病原菌、藻类病毒的抑藻作用和应用植物、动物控制藻类两个方面。潘立勇等采用从美国引进的Micro-Bac微生物处理黄河藻类，对藻类有明显的沉降和消除效果。中国科学院水生所通过在东湖放养鲢、鳙鱼, 使其14年未再爆发水华。

最近十年来，美国环境研究国家中心启动了一个称为STAR的计划，其中Ecohab项目采用了在分子水平上的DNA技术，寻找甲藻的基因序列，建立数据库和适时的量化评价方法，以求找到经济有效的治理方法，可以预计在不远的将来，我们可以用DNA基因的方法来改变蓝藻的某些特性（例如改变蓝藻气泡生长等），用病毒来抑制蓝藻的生长。

　　2、水厂藻类处理技术

　　⑴ 气浮除藻

　　气浮净水技术按产生气泡的方式不同而有多种类型。国内已经采用的有：压力溶气气浮法、电解凝聚气浮法、微孔布气气浮法、叶轮散气气浮法。其中压力溶气气浮以分压缩空气供气及水射器吸气两种，而以压缩空气的压力溶气气浮装置为数最多，应用面最广。它具有以下优点：在加压情况下，空气的溶解量增加，供气浮用的气泡数量能得到很大程度的满足，从而确保了气浮净水效果。溶入水的气体经骤然减压释放，产生的气泡不仅尺寸微细、均匀，而且上浮稳定，对液体扰动小，因此，能适用于疏松絮粒，细小颗粒的固、液分离。工艺设备比较简单，管理、维修也方便。

　　武汉东湖水厂1975年将失效的平流式沉淀池改为气浮池，除藻效率在60%-70%左右，1980年该厂将另一组沉淀池改为40,000m3/d气浮-移动罩滤池，除藻效率在90%左右。Chen等认为，对于溶气气浮法除藻，混凝剂的选择至关重要，同时空气压力、回流比和pH也是重要的参数。

　　巴黎Joinville水厂采用在气浮前加预臭氧方法除藻，取得了很好的效果。国外也有采用臭氧化-气浮联用工艺，臭氧作为强氧化剂，其氧化能力强，反应快，在含藻水中投加一定臭氧，能够氧化藻类的主要有机成分，阻止藻类的代谢作用。该工艺使用臭氧化空气或臭氧化氧气代替空气在特殊构造的气浮池中对含藻水进行气浮处理，其优点在于把臭氧氧化的化学现象和气浮净水技术的物理现象有机的结合在一起。Benoufella等研究发现：臭氧化-气浮联用工艺最主要的优点在于将混凝、气浮和臭氧氧化集中在一个处理单元内；将预臭氧和混凝气浮结合在一起，能大幅度提高处理效率；臭氧化-气浮联用工艺特别适用于低浊度且有机物浓度较低的原水；臭氧化-气浮和双层滤料过滤工艺能解决主要由于大量藻类出现所带来的问题。

　　⑵ 化学药剂除藻

　　当控制湖泊水库中藻类时，一般采用投加硫酸铜的方法，但Angline等发现投加硫酸铜去除微囊藻时会使胞外的微囊藻毒素增加；在湖泊水库取水口加氯进行预氯化，杀死藻类，但此方法使水中氯化消毒副产物增加；有采用臭氧、过氧化氢、二氧化氯等方法，但也会都会产生消毒副产物；许国仁等研究发现用高锰酸钾复合药剂对水中藻类和嗅味有较好的去除效果。

藻类的化学法去除和藻毒素的释放有时是矛盾的，如果仅是杀死藻类，藻细胞内的藻毒素就会释放出来，而这些藻毒素不易被常规工艺去除，如果去除藻类时并没有损害藻细胞，则可以有效的减少出水的嗅味和藻毒素的浓度，因此在水厂中使用化学方法除藻应慎用。

　　⑶ 生物膜法预处理

　　生物膜法预处理中，填料上的生物膜可吸附、吸着、机械截留、捕食消解水中的藻类。武汉东湖水厂进行的三相生物接触预氧化处理实验表明，该法去除藻类70~90%，有机物、氨氮的去除率分别为18~26%、80~90%，但在藻负荷较高时，欲取得良好的除藻效果仍需结合其他工艺，生物除藻的同时也降低了有机物含量，可减少后续处理工艺中的混凝剂用量。吴为中等利用生物陶粒滤池处理水库水，发现生物陶粒的除藻效果随水源水藻类的优势种群结构发生改变而变化，生物预处理对蓝藻、硅藻、裸藻等的去除率较高，对绿藻的去除率较低，生物陶粒滤池对藻类的平均去除率为60.7%-84.3%。

　　⑷ 强化混凝沉淀

　　富营养化水体中藻类可分秘可溶性胞外有机物（EOM）。EOM主要由含氮物质和戊糖胶类物质组成，当藻类物质浓度较高时，由于藻类个体较小，细胞外有粘性分秘物，由藻类分泌的糖酸和糖醛酸能与铁盐、铝盐混凝剂形成配合、络合物胶体而不容易脱稳，使混凝对其去除效果不佳。另外，高藻水pH往往大于7.0，对一些铝盐、铁盐无机混凝剂的水解也会产生不利影响，但对混凝沉淀进行强化，可以大大提高除藻效率，甚至可达90%以上。常用的方法有：调节pH或再加入一定量的活性硅酸、粉末活性炭及有机高分子助凝剂（如聚丙烯酰胺等），以及施加电场、磁场、超声波、紫外辐射、电离辐射、混凝悬浮物等非药剂法。

　　⑸ 微滤机除藻

　　微滤是一种简单的物理过滤方法，它通过滤网或纤维层来去除水中藻类和浮游生物。上海市自来水公司的一项试验显示：该法对藻类的去除效果优于混凝沉淀，但对浊度、色度、高锰酸盐指数的去除都很低，远不及混凝沉淀。

　　⑹ 直接过滤除藻

　　对于水库水，如果浊度低于40NTU，可以考虑采用直接过滤技术处理饮用水。在低藻类浓度的情况下，直接过滤工艺对藻类有较好的去除效果。由于富营养化造成的藻类增生，引起藻类穿透滤层和滤层阻塞加快，在藻类浓度高的水源水中采用直接过滤工艺是不可取的，据美国给水工程师协会(AWWA)过滤委员会的报告认为如果藻类浓度不大于2000个/L是可以采用直接过滤技术的，如果藻类浓度太高，可考虑采用气浮技术。Petrusevski等研究发现同种藻类在同样的生长阶段，如果由不同的滤料来过滤，效果也不相同，同样，直接过滤的效果与藻类的不同生长阶段有关。另外由于高藻水的浊度具有堵塞和穿透滤池的特点，故滤前需加杀藻剂或辅以助滤剂、增设味絮凝机以改善絮体表面性能，增强内部结构，提高直接过滤效果。

　　目前富营养化水除藻方法很多，国内外也有许多成熟的办法和运行经验，但由于藻细胞特性复杂，任一单一工艺都不能达到理想的除藻效果。因此必须结合当地水质特点，采取切实可行的组合工艺，以便获得高效的除藻效果，同时又不至于因除藻而产生藻毒素和嗅味物质。

　　二、微囊藻毒素的结构与毒性

　　有毒蓝藻水华时能够产生一种具有生物活性的七肽单环肝毒素，动物饮用含有毒藻的水后引起中毒、死亡的事件在10余个国家都有报道，人类饮用或直接接触藻类污染的水会引起皮肤反应、结膜炎、鼻炎、呕吐、腹泻、肠胃炎等病症。国内外很多地区的水源水和饮用水中均发现含有微囊藻毒素，对人体健康形成威胁。许多国家建立了饮用水微囊藻毒素的限制标准，最高允许量为1.0μg/L，我国2001年颁布实施的生活饮用水卫生规范中规定Microcystin-LR的最高浓度为1μg/L。

　　1、微囊藻毒素的分子结构

　　微囊藻毒素是七肽单环肝毒素，由1位置的D-丙氨酸，2和4位置的2个不同L-氨基酸，6位置的D-谷氨酸，另外3个不寻常氨基酸即3位置的D-赤-β-甲基天冬氨酸 (MASP)，5位置的 (2S ,3S ,8S ,9S) -3-氨基-β-甲氧基-2 ,6,8-三甲基-10-苯十基- 4,6-二烯酸 (ADDA)，7位置是N-脱氢丙氨酸 (MDHA) 。由于位置2和4的2个L-氨基酸的不同及MASP和ADDA的甲基化/去甲基化产生的差异，可以形成多种不同的异构体。目前已从不同微囊藻菌株中分离、鉴定了近 60种微囊藻毒素结构，但可商品购买的只有MC-LR、MC-YR和MC-RR等数种。探寻新的微囊藻毒素类型，并研究其结构与毒性的关系，特别是侧链ADDA构型改变对毒性的影响,是微囊藻毒素研究的一个重要方面。从微囊藻毒素的分子结构可看出，由于环状结构和间隔双键，所以具有相当的稳定性。

　　2、微囊藻毒素的毒性

　　自1878年Francis首次发现泡沫节球藻(Nodularia spumingena)水华能引起家畜和禽类中毒死亡以来，已证实有10多种蓝藻能引起动物中毒甚至死亡。在所有的淡水藻类中，毒性最强、污染范围最广且严重的为蓝藻门。目前肯定的有毒藻类包括：铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)、水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)、阿氏颤藻(Oscillatoria aguardhil)、颤藻(Oscillatoria rubescens)、泡沫节球藻(Nodularia spumigena)等。这些藻类在夏秋季形成的水华中大量存在，对人类的健康构成了威胁。Linda A. Lawton等认为微囊藻毒素是一种肝毒素，因为它们专一的、不可逆的阻止磷蛋白1和2A的形成；它们还有促癌作用，因此即使它们末达到急性浓度时，也能对人体健康产生影响。表1列举了近 30年来文献报道的一些蓝藻毒素引起人类中毒的事件。

　　1997年董传辉对泰兴等4个肝癌高发区进行危险度评估，发现长期饮用有微囊藻毒素（MC）污染的沟塘河浜及浅井水是肝癌最主要的危险因素之一，时间越长，罹患肝癌的危险性越大。流行病学研究发现，我国一些肝癌高发区（如广西扶绥）的肝癌高发与当地水源中有MC有关，饮水中MC是我国南方肝癌的三大危险因素之一。陈家长等通过血凝实验证明太湖的微囊藻具有蓝藻毒素，在此基础上进行鱼类染毒实验，采用全细胞藻体和经冻解的藻液给鱼类染毒，结果发现全细胞输关灌胃染毒对鱼类的毒性较小，以冻解藻液腹腔注射染毒对鱼类毒性较大，说明太湖微囊藻属于毒藻，毒性级别可定为中等。

　　目前淡水藻类产生的毒素已检测到的主要有3种化学结构：环肽、生物碱和脂多糖。环肽毒素主要包括七肽的微囊藻毒素（microcystin）和五肽的球藻毒素（nodularins），生物碱主要包括鱼腥藻毒素-a(Anatoxin-a)、贝类毒素（saxitoxin）等，除以上两类毒素外，还有叶蝶啶类、脂多糖类毒素。

　　三、微囊藻毒素的消除技术

　　鉴于微囊藻毒素对环境及人类的危害性，对其进行控制、消除势在必行。英、美等国已限定天然水体及饮用水中的微囊藻毒素为 1 μg/L。美政府已公布了《国家有害藻类水华研究》及其监测规划。许多专家相信，除非我们知道如何控制藻类生长的环境因子，否则人们将面临更多的水华爆发及由此产生相关疾病。

　　消除微囊藻毒素，首先要消除蓝藻水华。但更为经济、有效、实用的方法是最大限度地消除进入水厂的藻类及藻毒素。微囊藻毒素大多存在于藻体胞内，其在水体中的释放机理尚未完全被揭示，但研究发现除藻不当，会导致藻体破坏，胞内毒素和其它污染物释放到水中，但微囊藻毒素具有热稳定性, 普通的加热煮沸根本不能破坏微囊藻毒素，因此给水工作者绝对不能将藻毒素的致病风险强加给广大城镇居民，必须寻求经济、高效、稳妥的脱毒技术。藻毒素的消除必须考虑藻类的去除，但国内外这方面的研究比较少，而且大多局限还在实验室研究阶段，在新建水厂设计和老水厂改造方面对藻类的去除考虑较多，但对微囊藻毒素的去除考虑较少，现就微囊藻毒素消除方面的研究成果总结如下。

　　1、化学氧化

　　臭氧对藻毒素有良好的去除效果，Rositano 等发现，臭氧投加至刚产生剩余臭氧时，就能破坏微囊藻毒素（MC-LR，MC-LA），剩余臭氧为0.06mg/L并持续5分钟，就能破坏念珠藻毒素-a（Anatoxin-a）。臭氧处理对三中藻毒素氧化能力排序可能是：Microcystins>anatoxina-a> saxitoxins，氧化难易程度的不同可能是因为各种毒素结构的不同；波兰学者Gajdek等人发现15mmol/L的H2O2和1.5mmol/L的Fe2+组成的Fenton试剂可以在30分钟内将微囊藻毒素分解完全；刘伟等人利用电子显微镜和紫外分光光度计检测发现，高铁酸盐对水中藻类细胞的表面结构有很大影响，破坏了细胞的表面鞘套，导致胞内物质向水体释放，但高铁酸盐对胞内藻毒素的释放效率及对溶解性藻毒素的去除情况并未进行深入探讨。

　　另外，表2列出了世界卫生组织推荐使用的几种除藻剂，其作用机理均为化学氧化，这些氧化剂在应急除藻方面发挥了极为重要的作用，但随着对微囊藻毒素的认识程度的日益加深，再也不能像上个世纪80年代之前那样放心地使用了，因为投加时机和投加量不合适时，会导致有毒蓝藻释放微囊藻毒素。因此在湖泊水库水在不向水厂供水或后续工艺能够去除释放到水体中藻毒素（如又活性炭吸附工序）的时候才可适当采用。

　　2、活性炭吸附

　　活性炭的吸附能力与其孔径分布有关，Donatl等研究发现表面积、碘吸附值等只能提供一些专一的吸附信息，并不能用来做普遍的吸附特征值；中等孔径较多的粉末活性炭（PAC）对微囊藻毒素-LR的吸附效果较好，研究表明对微囊藻毒素-LR的吸附效果取决于中孔的数量，而不是微孔的数量。Lambert等发现活性炭能将微囊藻毒素-LR去除到0.5mg/L的推荐限制值（加拿大），但不容易去除到低于0.1mg/L；在原水中微囊藻毒素的浓度不低于0.5mg/L时，颗粒活性炭GAC过滤和PAC与常规工艺联用的生产性实验对微囊藻毒素的去除效率大于80%。生物活性炭工艺处理能够吸附藻毒素外，碳上的生物膜还能起到生物降解作用，关于生物活性炭对藻毒素的去除效果可参见Hart等人的中试实验结果。

　　3、生物降解

　　吕锡武等采用序批式生物膜反应器，对有毒藻类viridis及藻毒素RR,YR和LR进行了生物降解试验研究，结果表明：好氧生物处理对供试有毒蓝藻及其藻毒素的降解远比缺氧生物处理工艺有效。同时，显微镜观察结果表明，好氧条件下，草履虫对有毒藻类和藻毒素降解起重要作用。Inamori用微生物和需氧细菌降解水中的微囊藻毒素，据称10天就可完全降解水中的毒素，这种方法比较简单，也无须特殊的设备及很多资金，有望在饮用水处理中得到广泛应用。

　　4、光助催化氧化

　　光催化氧化法因其极强的氧化能力，对有机物有很强的氧化作用。但光催化氧化系统较复杂，处理费用高，长期运行时存在催化剂中毒现象，因此一般中、小型净水器，不用于市政给水系统。Shephard等用氧气、紫外线和TiO2催化剂组成光催化氧化系统对微囊藻毒素进行氧化，取得很好的效果，反应速率与TiO2催化剂数量呈正相关。Cornish 等发现TiO2光降解后，随后投加过氧化氢氧化剂，这样组成的TiO2/UV/H2O2系统比单纯TiO2/UV系统更加有效，这是因为过氧化氢的存在可以强化二氧化钛催化剂表面孔穴对藻毒素的吸附效率，并最终使其氧化脱毒。

　　5、人工湿地系统

　　人工湿地通过湿地中基质、植物和微生物相互关联，物理、化学、生物过程协同作用净化污水。湿地中的沙石基质具有类似活性炭的吸附作用，植物根区附近形成的生物膜有絮凝作用，湿地中丰富的微生物可将藻毒素降解。吴振斌等研究发现，人工湿地对藻毒素有一定的去除作用，湿地对YR的去除作用最好，湿地出水中浓度降至检测限以下。