超声共振技术在水库藻类抑制中的应用初探

超声共振技术在水库藻类抑制中的应用初探闫莉(深圳市西丽水库管理处，广东深圳518055)摘要:以深圳某水库为例，初步探索了超声共振技术对藻类的抑制效果。研究结果表明，该水库藻密度达到了107个/L以上，超过了饮用水源中藻类危险限值，且藻类浓度随温度升高而升高。在水库中设置的围栏(约1600m2)并安装超声共振设备(功率5W)，总藻浓度降低了25．4%与30．4%，蓝藻降低了39．9%与23．5%。超声共振技术为控制水库藻类提供了潜在的技术选择。关键词:蓝藻;总藻;超声共振中图分类号:TV697．1文献标识码:B文章编号:1001-9235(2015)04-0088-03收稿日期:2015-02-28作者简介:闫莉，女，内蒙赤峰人，主要从事水库管理、水体净化和水环境生态修复等工作。0前言近年来，水体富营养化程度的加剧导致了蓝藻水华频繁地发生，破坏了水生生物多样性，且威胁着人类饮用水的安全。因此，如何有效清除富营养化水体中的藻类是亟待解决的问题。目前治理藻类污染的方法有化学法、生物法、物理法等［1－3］，但是在实际应用中存在成本过高、容易造成二次污染及操作不方便等缺点。超声波作为一种物理法，已有大量研究［4－6］。传统超声方法主要应用空化泡原理，产生瞬间高温和高压，藻细胞被整体或部分破坏。由于作用距离较短、能耗极高、藻毒素释放等原因，超声技术未得到广泛应用。超声共振技术克服了空化泡的缺陷，采用了完全不同的思路，它是用超声器发出的频率接近于被控藻体的固有频率的超声波激励藻体产生共振，虽然这种共振不能在短时间杀藻，但会逐渐破坏藻细胞内的结构，使藻的代谢和繁殖受到抑制，藻类繁殖率大大降低，从而实现对藻类的控制。本研究以深圳某水库为例，初步探索了超声共振技术在饮用水库中的抑藻效果，以期为重要饮水源地的藻类控制提供新的技术选择。1设备特性及使用1.1超声共振设备美国LGSonic公司开发的超声共振设备是利用超声器发出的频率接近于被控制的藻体的固有频率的超声波从而，激励藻体产生共振，逐渐破坏藻细胞内的结构，使藻的代谢和繁殖受到抑制，以实现对藻类的控制。该设备采用双核、多频技术，可根据不同的藻类在12组超频组内选择，同时克服了传统超声设备空化泡的缺陷，可广泛应用于水库、自来水厂、湿地尾水和鱼塘等水环境的藻类控制。该设备作用范围是半个椭圆区域，半长轴为180m，半短轴90m，首次安装完成后即可投入使用。该设备功率仅有5W，没有耗材，运行管理成本低，且不会造成水体的二次污染。1.2藻类检测设备德国BBE公司新开发的便携式检测蓝藻和总藻叶绿素的设备(AlgaeTorch)是基于藻类的自然荧光性，通过分析叶绿素的总量而得出藻类浓度。该设备采用多激发光技术，不需要针对校准即可检测蓝藻叶绿素和总叶绿素，同时反应迅速，检测过程不超过15s，不需要任何准备工作，打开开关，将设备探头插入水中即可得出读数。2材料与方法2.1研究方法在水库选择特定区域设置围栏，面积约1600m2。根据超声设备的作用区域，在水下1m处靠近围栏的4个角落安装4组超声设备，以保证围栏区域内的藻类能够充分被影响到。设备启动时间为2014年7月15日，试验期间保持连续运行。该设备作用范围是半个椭圆体区域，见图1。根据国外应用报道，该设备可以用于应对各种浓度的藻危害。表1为3个具体例子。表1超声共振技术案例案例编号控制点浓度对照点浓度1叶绿素50ug/L800ug/L2藻密度10E+6个/L10E+10个/L3叶绿素0.83ug/L82ug/L88人民珠江2015年第4期·PEAＲLＲIVEＲdoi:10.3969/j.issn.1001-9235.2015.04.026图1超声波作用区域示意2014年8月15日至10月31日期间，在各个采样点水深0.5m处，监测总藻浓度(总叶绿素)和蓝藻浓度(蓝藻叶绿素)，每周监测一次。10月31日，监测3号采样点不同水深处的总藻浓度(总叶绿素)和蓝藻浓度(蓝藻叶绿素)。2.2采样点的布设深圳市某水库集雨面积29km2，总库容3280万m3，为中型水库。在该水库设置了具有代表性的9个采样点，见图2。在1号和2号附近设置围栏，建立控藻试验区，1号和1'号相邻，2号和2'号相邻，1'号、2'号两点在围栏内，其余各点在围栏外。经测定，每组试验点和对照点的水温、pH值、氮磷、水流流速大致相同。图2水库监测点布置3结果与讨论3.1水库藻类分布3.1.1水库藻类时间分布图3为深圳X水库8—10月的平均藻类浓度以及表层水温随时间的变化。从图中可以看出，8、9、10月份总藻平均浓度分别为42.9、43.6、32.0ug/L。8月和9月较为接近，10月份下降了25%左右。蓝藻平均浓度分别为21.3、18.5、15.4ug/L，总体上呈逐月下降趋势。蓝藻占总藻比例较大，分别为4