1.3.1物理方法
(1)机械除藻
由于蓝藻具有垂直分布和水平漂移的特性,并受热分层、光照强度、风速和风向的直接影响,蓝藻水华在这些因子共同作用下会在表面聚集或者漂移至固定区域。如风浪小时,微囊藻会在水体表面聚集并向下风向漂移,在湖边沿岸处堆积,此时利用固定收藻设备和人工打捞等方式进行机械除藻。在蓝藻暴发的季节采用人工和机械物理方式直接从湖内将蓝藻打捞出来,这是目前国内湖泊投入大量人力和物力的主要方法。此外,机械除藻方法仅在蓝藻暴发后发挥作用,并且必须在蓝藻大量堆积的区域进行打捞才能有较高的效率,对湖泊蓝藻水华的根治和生态修复作用有限。当风向发生变化或者风速过大时,蓝藻会随着主导风向漂移,而且表层聚集的蓝藻也会重新下沉,此时再使用机械除藻方式,存在效率低、能耗高、水陆转运困难等不足。国内外水华蓝藻应急清除技术的发展趋势是机械化打捞,而提高打捞装备技术水平、充分提高打捞作业效率、降低能耗等是机械化打捞技术发展的根本要求。
(2)过滤除藻
在20世纪60~70年代,直接过滤除藻已经普遍应用于含藻水的处理。当湖泊藻细胞密度和水浊度较低时,通常可以直接使用过滤除藻的方法。当藻密度较高时,富藻水容易穿透滤床,所以过滤前高密度的富藻水需要投加杀藻剂或者絮凝剂等改变絮凝体的表面性能,但直接过滤方法只适用于对水质要求不高的水处理。近年来新的工艺不断涌现,薛罡等报道了微絮凝与涤纶高弹丝纤维球相结合的过滤除藻工艺,藻类初始浓度在6.8×106 ~ 8.0×106 cell/L的富藻水除藻率可达90%以上。通过利用独特设计的三层滤料滤池除藻的德国Wahnback除磷厂发现该滤池直接过滤除藻效率可高达99.9%。
(3)气浮除藻
气浮法是通过实现固液分离从而去除藻类的方法。蓝藻种类一般个体较小,其絮体不易下沉,气浮除藻就是利用藻类的这一特性使得藻类絮体上浮至水体表面达到藻类絮体与水分离的藻水分离技术。Teixeira等研究发现压力溶气气浮法更容易去除单细胞的铜绿微囊藻,去除率达到93%~98%,而且能够确保只有很少一部分(8%~15%)的藻毒素排放进入水体。宫磊等利用气浮设备和组合絮凝剂处理滇池藻类,使含藻量去除率达99%。梁恒等通过比较预氯化沉淀工艺、预臭氧化气浮工艺、单独气浮工艺和PPC预氧化气浮工艺对富藻水的净化效果,发现后3种工艺流程的除藻率均在80%以上,比预氯化沉淀工艺的除藻率分别提高了30%、27%和31%。气浮法通过利用气泡将絮凝颗粒托起,所以当絮凝颗粒越重时越不容易浮起,因此气浮法不适用于含砂杂质多的高浊度水。气浮法除藻技术具有原水适应性强,停留时间短,节约混凝剂等多方面的优点,但经气浮池排出的较高有机浓度藻渣却是有待解决的问题。
(4)超声波除藻(https://www.daowen.com)
超声波除藻法是利用超声波的机械振动、声流和空化效应,通过破坏藻类细胞壁直接除藻和抑制藻类细胞生长两种方式来控制污水中的蓝藻生物量。Hao等研究发现在1.7 MHz超声5 min后蓝藻去除率达到63%,且超声波处理后,蓝藻细胞内伪空胞破裂,细胞下沉,进而影响藻类的光合速率、增大底栖动物的捕食强度,进而达到减少蓝藻生物量的目的。储昭升等研究发现超声波对惠氏微囊藻具有较好的抑制作用,6d后抑制率达到68%,且超声波不会对水体中的浮游动物、沉水植物及鱼类产生显著影响。超声波法在杀死蓝藻的同时能抑制其生长,为控制蓝藻水华提供了一条高效的途径。
(5)遮光除藻
20世纪90年代末,小岛贞男在日本某水源地覆盖面积高达上千平方米的六边形聚乙烯遮光板遮盖约1/3水面,抑制光合作用,发现抑制藻类增殖效果显著,进而提出局部遮光控藻思路。但是如何依据自然水体特点设计高性能低成本的大水面遮光结构, 并且制订相应的施工方法成为该技术应用推广的关键点。近年来在美国运用的遮光产品(如Aquashade, Jet Black等)是通过络合食品或药品色素,溶入水体遮蔽藻类生长所需要的光线,抑制藻类光合作用。可以通过色素的颜色美化水景,但遮光产品需在藻类暴发之前使用。利用调控入射光的方法来控制水体藻类生长具有明显效果,但投入成本较高,对水体美观造成影响,所以遮光控藻可以作为入水口或水源地控藻的一种行之有效的技术。
(6)黏土除藻
黏土沉降除藻具有材料来源广、廉价、无二次污染等优点,在控制大面积藻华中很有前景,是近年来控藻技术的研究热点。Pan等研究发现海泡石、滑石粉、三氧化二铁和高岭石这四种黏土对铜绿微囊藻的去除效果最好,8 h去除率均在90%以上。除了直接使用黏土沉降除藻外,对黏土进行改性的技术也逐渐出现。如Liu等利用十六烷基三甲基化铵改性太湖底泥,这种改性黏土对铜绿微囊藻的抑制率达到了92%。孙石等运用黏土除藻技术治理滇池藻华,取得较好的控藻效果。邹华等利用壳聚糖改性黏土治理太湖梅梁湾水域的蓝藻水华后,水体透明度从15 cm提高到了90 cm,Chl a的去除率达到98.6%。近年来许多研究发现,通过络合金属离子、有机物或杀藻化合物质所形成的改性黏土表现出了较好的除藻效果。但黏土除藻方法也会产生负面的影响,例如投加的黏土引起底泥的不断累积,最终导致底泥淤积,而且投加的底泥可能对其他有益水生生物带来有害影响。实际运用中利用黏土除藻技术大面积治理淡水湖泊藻华的尝试很少有成功。
(7) 曝气充氧
通过跌水或造流等方法增强水体流动,促进水体上下层的混合干扰温度分层,并将水面藻类驱赶至深水层,限制浮游藻类生长。溶解氧的增加能有效抑制底层氮磷的释放,避免水体黑臭等。对于深水水体国内外发展了扬水筒技术,Jungo等通过在荷兰Nieuwe Meer水库长达7年的扬水技术应用研究表明,库内叶绿素a浓度和总藻类生物量显著下降,有毒微囊藻生物量降低了95%。国内在扬水筒技术基础上,创新研发出扬水曝气技术及生物氧化组合技术等,在控藻过程中进一步改善水质,并取得较好的实践效果。但这些扬水筒技术往往局限于水深超过10m的大型湖库等深水水源地和海洋,且运行时间长、见效慢,以及维护成本较高。曝气既能抑制水体藻类滋生,又可通过增氧改善水体的生态环境,但曝气经济成本较高,有可能造成底泥污染物的二次释放,增加水体浊度,故曝气充氧可作为辅助处理手段。