蓝藻水华控制技术及应用
1.超声波控藻技术
超声波是指频率高于20kHz的声波，超声波控藻是利用超声波的机械效应、热效应和空化效应引起的局部高温、高压、剪切应力及产生自由基等作用破坏蓝藻细胞，或通过破坏蓝藻伪空胞使其沉降。由于超声波控藻技术具有设备简单、经济性好、无二次污染及管理方便等优点，在蓝藻水华控制中得到应用并取得较好的控藻效果。Hao等研究了高频（1.7MHz）和低频（20kHz）超声波对水华蓝藻的影响，发现高频超声波对蓝藻的处理效果明显好于低频超声波，1.7MHz超声处理5min后蓝藻去除率可达63%。储昭升等研究发现，超声波对蓝藻、绿藻和硅藻均有抑制作用且存在差异，其中低强度超声波（发射功率为20W、超声波发生角为150°）对蓝藻惠氏微囊藻具有较好的抑制作用，超声处理2d后，惠氏微囊藻生长明显减弱，6d后抑制率达到68%。
但也有研究发现，超声波处理蓝藻会对鱼类或浮游动物等造成影响，且该方法并不能杀灭蓝藻，只能促使蓝藻沉降，沉降的蓝藻还可能沉积至泥水界面引起营养盐再释放。Zhou等开展了超声波对水生生物青石斑鱼生长的影响研究，结果发现将青石斑鱼置于低频低强超声波辐射（频率<50kHz、强度<400mW/cm2）中，其死亡率很低；而将其置于高频高强超声波辐射环境（频率>50kHz、强度>400mW/cm2）中，其死亡率较高。此外，超声波强度过大会使藻细胞破裂，导致藻毒素和藻细胞液外泄，影响水体安全。超声波控藻技术目前多应用于小型湖泊和景观水体，大型湖泊实际应用案例则较少。
2.水力控藻技术
水力控藻技术是通过装置将空气注入水中使水与空气接触，增加水体溶解氧，改变藻类垂直分布格局从而抑制藻类在水体表面堆积的一种方法。典型的水力控藻技术包括曝气充氧技术、扬水曝气抑藻技术、密度流扩散抑藻技术等，其中曝气充氧技术成本低，是水体溶解氧改善的常见方法。但由于我国大型富营养化湖泊多为内源污染严重的浅水湖泊，而曝气充氧扰动过程的水动力作用较大，易造成底泥再悬浮从而增加氮磷释放风险，因此曝气充氧技术只适用于我国大型浅水湖泊浅表层水体蓝藻的辅助控制。由于普通曝气增氧难以实现深层水体上下层水的充分交换，因此国外于20世纪60年代针对深水水库研发了扬水筒曝气、密度流扩散等打破垂直热分层的方法来控制水华，取得了良好的效果。
我国扬水筒曝气抑藻技术是在国外扬水筒技术基础上优化发展起来的，兴起于21世纪初。丛海兵等对扬水筒的结构进行一系列改进后得到一种扬水曝气器，可以通过对水体充氧进而改变水体藻类垂直分布，抑制藻类生长。该技术目前应用于西安市地表饮用水水源——黑河金盆水库（平均水深70~100m）进行水质修复，处理水域出水TP、NH3-N、CODMn、Chla浓度分别削减46.7%、69.5%、22.4%及53.6%，水质改善效果明显。但该技术往往局限于水深超过10m的大型湖库等深水水域，且运行时间长、见效慢、维护成本较高。日本在某闭锁性内湾（水深15m、Chla浓度为17~46 μg/L）开展试验，研究了密度流扩散抑藻装置的抑藻效果，结果发现运行后水体透明度提升40%~56%，藻类集中的温跃层Chla浓度降低67%~80%。但该方法仅适用于水深较深、有明显温度分层的深水湖泊或水库，对于无明显垂直分层的重度蓝藻水华浅水湖泊（Chla浓度>80μg/L或蓝藻细胞密度>8000万个/L），虽然水体混合能暂时减少表层蓝藻比例，但由于浅水湖泊水体交换快，下层蓝藻很快会循环至上层，因此，该方法对水柱中蓝藻总量的控制效果欠佳。
3.机械除藻技术
机械除藻技术一般均包含蓝藻拦截富集、蓝藻打捞、藻水分离、藻泥脱水和藻泥处置5个技术单元，其核心处理单元为藻水分离工艺，起初该分离工艺主要依托卧式离心机，但其处理效率较低，之后板框压滤脱水技术被应用到藻水分离，其蓝藻处理量可达1000t/d，蓝藻去除率可达到95%以上。但该技术的缺点是能耗大、使用成本高、不适合船载供电，并且占地面积大，只适合岸基式藻水分离站使用。针对岸基式藻水分离站，2010年左右依据气浮原理，混凝沉淀+气浮技术被研发出来，在混凝沉淀池尾端增加气浮工艺后再进行过滤，极大提高了藻水分离效率。近些年，针对混凝沉淀技术的研究也较多，主要集中在混凝药剂的类型、投加量、投加时间等对混凝沉降效果的影响。
“十一五”期间，中国科学院南京地理与湖泊研究所等单位研发了叠筛仿生过滤、转鼓过滤、筛滤等一系列过滤/筛滤藻水分离技术，使得蓝藻打捞规模和藻水分离效率有所提高，富藻水处理能力为300~1000m3/h，Chla浓度去除率可达70%~80%，但存在藻浓度高易造成过滤系统堵塞等问题。另外，2010年前后，磁分离技术及装备被研发出来，该技术与絮凝技术相结合，可实现移动作业，速度快、效率高，蓝藻去除率增加至90%，藻泥含水率小于90%；但尾水悬浮颗粒物浓度较高，约为150 mg/L，另外设备的采购、维护成本较高，其使用过程还需要添加磁粉，使用成本也较高。“十二五”以来，针对藻水分离效率低、适用范围有限、能耗高等问题，磁分离高效脱水技术、毛毡过滤、振动叠筛藻水分离等技术及装备被研发出来，使Chla去除率提高至90%~99%，富藻水处理能力提高至1000~1200m3/h，藻水处理成本降低，且有效解决了藻浓度高时过滤系统堵塞的问题，极大提高了藻水分离效率，缺点是藻渣含水率较高。“十三五”期间，机械除藻技术仍然存在蓝藻富集困难、藻水分离效率低、技术适用范围窄等问题，针对这些问题，机械除藻技术与其他原位控藻技术的集成应用开始发展，使得蓝藻富藻水处理能力提高至4700m3/h、藻水分离效率大幅提高，能耗进一步降低，并实现了针对不同类型水域、不同程度蓝藻水华的集成控制。其中基于蓝藻加压浮力被破坏的技术原理，研发了蓝藻原位深井加压控制技术，进一步提高了蓝藻去除效率。
机械除藻技术的源头工艺为蓝藻拦截富集，是依据蓝藻易在下风向堆积的特征，使用软性围隔或围堰对蓝藻进行拦截富集，但随着藻水处理能力的提高，富集的蓝藻量不能满足藻水处理能力。针对该问题，2012年中国科学院水生生物研究所研发了蓝藻水华拦截和陷阱捕获技术，在水华暴发期间该技术可以拦截50%以上的蓝藻水华，在适宜气象条件下聚集效率约为2kg/(m2·d)。“十三五”期间，中国科学院南京地理与湖泊研究所针对局部敏感水域藻华应急防控需求，研发了一种智能蓝藻水华拦挡技术，采用快速充/放气的可隐没式柔性围隔，挡藻效率可达82%~99%。藻渣脱水单元起初采用离心脱水技术，脱水后的藻泥含水率可以达到85%，但由于离心脱水技术动力大，仅适用于岸基式藻水分离站的藻渣脱水。之后转鼓过滤、带式脱水、叠螺脱水、板框压滤等藻渣脱水技术被研发，但各技术均有其适用范围和优缺点。其中转鼓过滤技术兼具旋转与反冲洗功能，可以及时转移滤网截留的滤渣，实现连续过滤。该技术首次在滇池试验时藻水处理能力仅为900m3/h，但出水Chla浓度较高，为50μg/L。带式脱水工艺藻泥含水率为89%，但由于系统易堵塞等问题，仅适用于藻细胞密度较低的富藻水处理。叠螺脱水具有占地面积小、藻渣脱水效率高等优点，虽然藻泥含水率较高（90%），其仍成为目前船载式和岸基式藻渣脱水的主流工艺。板框压滤工艺的藻泥含水率较低，可以达到60%，但由于占地面积大、能耗高等问题，仅在藻泥资源化利用对藻泥含水率有较高要求时才使用。
4.黏土絮凝除藻技术
由于絮凝技术具有高效、低成本及无二次污染风险的特征，2010年后蓝藻水华絮凝技术得到快速发展，其中物理控藻技术中的黏土絮凝技术由于应急去除效果较好，受到研究者的广泛关注，但该技术的研究目前还停留在实验室阶段，在实际湖库蓝藻水华治理中的应用较少，而且该方法也仅适用于小型水体或大型湖库部分水域的蓝藻水华控制。如孙佩石等研究了黏土除藻技术对滇池藻类的去除效果，实验室小试结果表明，采用黏土除藻材料试验70d后，水质明显好转，藻类去除率可达95.8%；在滇池岸边围隔300m2水面进行除藻效果试验显示，除藻材料放入试验区10d后，试验区中藻类明显减少，围隔内透光率由55%增加至88%，水质状况也有很大改善。
另外，利用一些具有吸附特性的天然物质如海泡石、膨润土、蒙脱石、活性炭和壳聚糖等进行藻类吸附沉淀，或将几种物质组合使用或进行改进（如壳聚糖改性黏土等），具有天然无毒、使用方便、吸附效果明显和价廉等特点，对蓝藻的絮凝沉降效果也较好。陆贻超等用壳聚糖对硅藻土进行改性获得双效精土，当壳聚糖和硅藻土比例为1∶15时除藻效果最好，水华蓝藻去除率在80%左右。但由于絮凝处理后的蓝藻细胞仍然保留在水体中，对水体可能产生潜在危害，因此目前该技术仅在局部水域有所应用。
5.加压控藻技术
蓝藻具有伪空胞，能为其提供浮力从而调节其在水柱中的分布，施加0.7MPa以上压力将会破坏蓝藻伪空胞使其丧失浮力。依据上述原理，“十三五”期间研发的一系列加压控藻技术在太湖、巢湖、滇池、星云湖等大型湖泊进行了广泛应用。其中在太湖梅梁湖锦园附近水域配置的1套原位深井压力控藻平台日处理富藻水量超过20000 m3，年处理富藻水超300万m3，实现了水华发生水域表层水体中漂浮蓝藻的快速清除，示范区蓝藻清除率超过70%。
在巢湖派河口北侧—丙子河附近水域配置的1座原位深井压力控藻平台，在1个完整的蓝藻季累计清除表层漂浮蓝藻975万m3，工程运行期间派河口北侧—丙子河入湖口沿线未见长时间大面积的藻源性臭味。类似于絮凝除藻技术，加压控藻技术同样能实现透明度的快速提升，但由于其藻细胞密度并未减少，只是暂时沉降至下层水体，藻类死亡腐烂后沉积至泥水界面可能会增加氮、磷释放风险，这也是该技术存在的争议之处。
6.化学控藻技术
化学混凝/絮凝技术是利用化学物质对藻类的絮凝作用使藻类沉降从而提高水体透明度的方法。常用的化学絮凝剂有硫酸铝〔Al(SO4)3〕、硫酸铜（CuSO4）、聚合氯化铝（PAC）、氯化铁（FeCl3）和聚丙烯酰胺（PAM）等。王晓丽等对比研究了硫酸铜、硫酸铝及明矾对藻类的絮凝效果，发现在相同的水质、投药量、温度和搅拌强度条件下，硫酸铝的除藻效果最优，Chla的最佳去除率可以达到80%，但存在Al3+残留问题。PAC是一种优良的无机高分子混凝剂，混凝处理效果较好，是目前水处理工艺中被广泛应用的絮凝剂，其絮凝效率高于80%，但PAC的投加量过多，易出现絮团疏松、絮体体积增大而再悬浮现象。张谦等研究了KMnO4预氧化强化PAC混凝沉淀对藻类的去除效能，发现PAC浓度为20mg/L时藻细胞去除率为93.0%。PAM属于有机高分子絮凝剂，具有絮凝能力强、投加量少、产品性能稳定、沉降速度快的优点，应用较广泛，对藻类絮凝效率可以达到90%。
7.生物操纵技术
非经典生物操纵技术是利用鲢鳙鱼控制水华蓝藻的技术。随着鲢鳙鱼控藻技术成功案例的增多，该技术的研究及应用逐渐受到广泛关注。从“十五”开始，我国太湖便以五里湖为工程示范区域，尝试通过放流鲢鳙鱼对蓝藻水华进行控制。2013年，太湖渔业管理委员会又在无锡竺山湾开展鲢鳙鱼控藻（“以渔控藻”）项目试点，通过大规模放流鲢鳙鱼苗近5亿尾，消耗藻类658万t，取得了良好的生态效益。但由于蓝藻细胞表面具有衣鞘，鲢、鳙对其消化利用率很低，一般只有25%~30%，鲢、鳙粪便中往往存在着大量未消化的具有生命力的蓝藻。
无论是经典生物操纵技术还是非经典生物操纵技术，都不能获得对蓝藻水华快速有效的控制效果，因为构建一个平衡稳定的水生态系统需要借助生物操纵的长期控制作用，所以生物操纵技术存在一定的生物滞后性，往往见效较慢。另外，湖泊中营养级关系复杂，生物操纵中涉及的众多机理还未被研究清晰，所以在实际应用中存在诸多问题，导致控藻效果不甚理想。
8.水生植物抑藻技术
综上，20世纪至今，针对湖库蓝藻水华的控制已经发展出物理、化学和生物多类技术，但各类技术在实际应用过程中有其适用范围并存在一定的局限性，因此在选择蓝藻水华控制技术时，应根据各类技术的适用条件及水华发生的严重程度进行选择，以实现蓝藻水华控制效益的最大化。
(文章片段)
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