湖库水华治理的微电流电解抑藻技术研究

第46卷第l9期2015年10月人民长江YangtzeRiverVo1．46．No．190ct．．2015文章编号：1001—4179(2015)19—0079—04湖库水华治理的微电流电解抑藻技术研究林莉2，李青云2，黄茁2(1．长江科学院流域水环境研究所，湖北武汉430010；2．长江科学院流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室，湖北武汉430010)摘要：相比于现有的水华末端治理方式，采用以预防为主的思路进行水华防控，避免水华发生带来的不利影响，是更为经济有效、生态友好的水华治理措施。详细阐述了控制藻类“种源”的微电流电解抑藻技术，对微电流电解抑藻技术的最佳应用时机、技术原理、应用效果等进行了分析，深入探讨了微电流电解技术抑制湖库藻类生长的机理，同时开展了技术应用研究。结果表明，移动式微电流电解对湖泊藻类生长具有良好的抑制效果，2h的处理可使50m’水体中85％的藻类失活。关键词：藻类；微电流电解；四阶段理论；抑藻机理；水华治理中图法分类号：X52文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．19．0201研究背景当前我国湖泊水库富营养化问题日趋严重，水华频繁发生，引发了环境污染、水质安全等多方面问题，甚至导致了严重的饮用水危机，在国内外引起极大关注¨。研究水华控制技术是当前水生态文明建设、实现美丽中国、实施最严格水资源管理制度的一项重要任务。传统的藻类治理大多是水华发生后采取措施，包括机械捕捞、超声法、化学药剂和生物法等，这些方法各有优势和不足。机械捕捞打捞的大量藻类还需后续处理；超声法无持续抑藻能力；化学药剂灭藻可能造成二次污染的问题制约了其推广应用；生物治理对环境有一定要求，对复杂多样的藻类难以用一种或几种生物实现抑制。水华爆发后水体中藻细胞浓度高，治理难度较大，且危害已经产生，已有治理技术不能完全解决水华治理问题，而完全依靠削减氮磷营养盐来防止水华发生尚难以做到，因此，对于藻类治理还需开拓新思路和新办法。微电流电解抑藻技术是采用微小电流，在藻类生长繁殖初期对其进行抑制，将其长势控制在一定范围和强度内，达到控制藻类生长、避免水华暴发的目的。笔者的前期研究发现，微电流电解对蓝藻具有良好的杀灭和抑制效果。。。本文通过文献调研、室内实验、野外应用等手段，结合前期研究成果，对微电流电解抑藻技术的最佳时机、技术原理、应用效果等进行分析，深入探讨微电流电解技术抑制湖泊藻类生长的机理。2微电流电解抑藻最佳时机研究长江中下游地区是我国浅水湖泊最集中的区域，多数湖泊平均水深只有2m10]，是目前世界上富营养化问题最严重的地区之一。“三湖”中的太湖与巢湖都位于该地区，且均为浅水湖泊。长江流域目前修建了众多水库，许多水库支流库湾由于水力学条件改变、流速变缓，加上氮磷营养盐含量较高，极易发生水华现象。目前，对于水华发生的诱因和机理尚不完全清楚。有研究者提出蓝藻水华成因的“四阶段理论”¨，即在四季分明、扰动剧烈的长江中下游浅水湖泊中，蓝藻的生长与水华的形成可分为越冬休眠、春季复苏、生长繁殖、聚集上浮4个阶段。在富营养化水体中，当温度、光照、营养物质、水力条件等都适宜时，蓝藻开始复苏生长，迁移到水中，群体繁殖迅速，形成气收稿日期：2015—08—16基金项目：国家自然科学基金项目(51309019)；中央级公益性科研院所基本科研业务项目(CKSF201514／SH)作者简介：林莉，女，高级工程师，博士，主要从事水环境治理和水资源保护研究。E—mail：aaemis066@163．corn80人民长江囊浮到水体表面，由此导致水华的形成。蓝藻生长的阶段大体可以分为：迟滞期、对数生长期、稳定期和死亡期。细分起来可以分为：迟滞期、加速增长期、最大增长期、减速增长期、稳定期、死亡期。蓝藻的生长曲线见图1。在自然环境条件下，水中营养盐不是无限的，因此藻类生长不会一直呈指数规律增长，当营养盐耗尽后，增长即自行停止，然后不断死亡。通过文献调研和分析，根据蓝藻水华成因的“四阶段理论”，可以得知，采用微电流电解技术抑制湖泊蓝藻生长，控制蓝藻“种源”复苏繁殖的最佳时机是在蓝藻的对数生长前期。蓝藻通常在水下1m处聚集，因此，在水下0．5～1m投加微电流电解电极，可达到抑藻目的。培养时间图1蓝藻的生长曲线3电解条件研究和设备开发笔者前期通过室内小型试验研究，探讨了微电流电解技术有效抑制典型蓝藻铜绿微囊藻的最优电解条件。。。研究结果表明，最优的电极材料组合为：以钌钛合金作为阳极，不锈钢作为阴极；电解抑藻效率随电流密度和电流时间的增加而有所提高；微电流电解的电流密度达到10mA／cm及以上时抑藻效果较为明显，电解时间应达到10min以上；对于体积100mL、初始浓度为5×10个／mL的藻液，以10mA／cm的电流密度电解处理15mi