村鎮水體水質改善技術和控藻抑藻技術研究
摘要：本文對目前抑藻控藻技術作了一個系統的回顧，并指出了其存在的問題。在多年多學科交叉研究和實踐的基礎上，提出了nars水景抑藻控藻技術。該方法師法造化，采用生態設計和綜合治理的方式，可以營造出一個自然生動的水體景觀，并能長期保持清澈秀美，養護成本很低。nars自然水景系統的研究成果，可以廣泛應用于城市、園林、風景區等的水景設計和治理中。
關鍵詞：抑藻控藻 nars水景 自然水景 水景治理 水景設計 生態水景
近年來，我國有害藍藻水華頻頻爆發，尤其是2007年，滇池、巢湖、太湖相繼爆發了規模大、持續久的藍藻水華，嚴重影響了湖泊沿岸地區居民的正常生活。據統計，我國60%的湖泊呈富營養狀態，并伴隨著藻類水華的發生。形成藻類水華的優勢種主要為銅綠微囊藻。大面積的藻類暴發，嚴重破壞了水生生態系統的平衡與穩定，不僅影響了水體景觀，而且藻毒素更已經構成對人類生存環境的威脅。
一、目前主要應急除藻技術
1、物理方法
目前， 物理法主要包括機械或人工打撈、黏土絮凝和遮光技術等方法。物理法是表現得最為直接的一種除藻手段，它直接清除水體中的藻細胞，使水體透明度上升，從感官上消除了水華現象。其優點是不會產生二次污染，無毒、副作用。但是由于使用中需要昂貴的成本及人力費用，因此該方法只局限使用于面積較小的水體或大水體的局部水域。
①機械除藻
曾經在云南滇池使用過機械除藻,通過該方法，在2001年4月至2002年11月的351天里共處理富藻水42648m3，折合清除水華藍藻干重為460.83t，相當于從水體中去除了氮37.33t、磷2.71t、鉀2.49t及粗有機質200.32t，重金屬鉛2.289kg、砷2.23kg、汞2.3kg、鎘0.51kg。可見，通過機械方法清除水華藍藻，對控制藍藻污染可以起到較為重要的作用，但是如果在水華暴發前期加大機械清除藍藻量，則對控制后期水華暴發可以起更明顯的作用。由于機械除藻成本高、效率低，且大量藻細胞打撈上來以后無法及時、有效地處理，目前滇池已經不再大規模使用此方法。
②黏土除藻
黏土由許多種礦物質及雜質所組成，早在1997年，就有專家在《Nature》上撰文指出，使用黏土除藻可能是治理藻華的最有發展前途的方法。但到目前為止，黏土除藻技術還局限于海水體系的研究和局部應急處理。面對與人們日常生活息息相關的淡水資源，許多應用于淡水湖泊中的黏土除藻嘗試都沒有成功。此外，即使黏土在淡水中可以絮凝沉降水華，但由于該技術的定位是一種應急處理措施，不能防止淺水湖泊藻類的泛起、底泥的二次污染和來年水華的復發，因而仍然難以在淡水湖泊中廣泛使用，其關鍵問題是治標不治本。
③超聲波除藻技術
引起水華的微囊藻藻細胞內有許多充滿CO2氣體的小泡，稱之為偽空胞。微囊藻可以通過自行調節偽空胞內氣體的含量，從而達到在水體中上浮/下沉的目的。在溫度、光照適宜的時候，大量微囊藻聚集起來上浮至水面0～20cm的位置，形成肉眼可見的水華現象。超聲波除藻技術利用超聲波振蕩擊碎微囊藻體內的偽空胞，使偽空胞內的氣體釋放出來，失去上浮/下沉調節能力的微囊藻由重力作用下沉至湖底，并最終因缺乏光照而死亡。超聲波除藻技術目前只適用于小水體的應急除藻，國內尚無有效案例報道。
④遮光技術
主要是通過在湖面覆蓋遮光板控制全湖藻類增殖。采用塑料制浮板遮光，覆蓋面積為水面的50%～60%。遮光一個月左右微胞藻屬消失，湖水明澈透底。此外，COD下降50%，pH值及溶解氧也顯著減少，保持在4mg/L以上。在改變水色和藻類種類組成上卓為有效，但由于該方法限制較多，應用實例十分少見。
2、化學方法
用化學藥品控制藻類可能是最古老原始的方法，化學藥品可快速殺死藻類，但死亡藻類所產生二次污染及化學藥品的生物富集和生物放大對整個生態系統的負面影響較大，而且長期使用低濃度的化學藥物會使藻類產生抗藥性，因此，除非應急和健康安全許可，化學殺藻目前一般不宜采用。
3、生物方法
對藻類進行生物控制是指在較短的時間內大量削減藻細胞的數目或防止藻類的暴發性增長為目的。目前，應用生物控藻的技術主要有以下幾方面：
①以藻制藻
通常選擇水網藻，隸屬綠藻門，體長可達2m，鮮黃綠色，由于其生長繁殖快、吸收肥料能力強等特點而與藻類水華生長競爭水體的營養（氮、磷）， 從而抑制藻類水華的發生。研究表明，水網藻對水體氨氮、總氮和總磷的去除率均在70%以上。
②微生物絮凝劑除藻
微生物絮凝劑是一種由微生物產生的具有絮凝功能的高分子有機物，主要有利用微生物細胞的絮凝劑、利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑和利用微生物細胞代謝產物的絮凝劑三種類型。
③高等植物克制藻類
植物之間存在對環境生長因子（光、肥、水等）的競爭和向環境釋放化學物質對其他植物產生影響的相生相克的兩種相互作用。如荸薺屬水草、水葫蘆、水花生、水浮蓮、滿江紅、紫萍和西洋菜以及鳳眼蓮，對藍藻、綠藻和衣藻有抑制效應。
4、其它
除以上常用方法之外，還有病毒（噬藻體）控藻、魚類控藻、真菌控藻等方法，但這些方法的使用或多或少存在一些爭議，因此不再過多討論。
二、nars水景除藻控藻技術
事實上，自然界是一個十分復雜的系統。要營造這樣一個長期清澈、自然的水體景觀，較為科學的方法應采用綜合設計和治理的辦法－即nars (natural aquascape restoration system) 自然水景系統。運用nars自然水景系統，可營造出清澈美麗生動的自然水景。
nars技術在結合分析和大量實踐的基礎上形成的，其治理方法和原則是：師法造化、綜合治理、標本兼治、長期清澈。其治理見效周期：數小時內強化治理，顯見成效，并結合nars水景系統，做到長期清澈，具有十分優美賞心悅目的景觀效果。
1、nars湖泊富營養化控制技術
在治理藻類水華的過程中，我們采用nars湖泊富營養化控制技術，不能一味地強調應急除藻，等藻華發生后再想辦法消除，而是應該從藻華發生的機理、湖泊富營養化的控制等方面著手，將藻類水華扼殺于大面積爆發之前，以達到防患于未然的目的。藍藻水華暴發是湖泊富營養化之后生態系統的一種異常響應，其發生的原因與湖泊物理環境如光照（或透明度）、溫度和適宜的水動力條件有關，也與湖泊化學環境，如氮、磷濃度及其氮、磷比值等有關，還與形成水華的藍藻本身的某些生理特性有關，如偽空胞及抗拒紫外傷害的能力，從而在對光照和營養鹽的競爭中處于優勢地位，這種競爭優勢在淺水湖泊中尤為明顯。而由于淺水湖泊“水淺”的特性，也使得營養鹽負荷的控制難度加大。對于湖泊沉積物中營養鹽釋放導致的內源污染，可以采用nars方法，把富營養化的藻型湖泊生態系統轉換成草型生態系統。
2、nars內源營養鹽負荷控制技術
在淺水的富營養化湖泊中，要恢復湖泊生態系統良好功能，內源營養鹽負荷控制是治理的關鍵，因為治理的實踐表明，淺水湖泊營養負荷及藍藻水華對于外源營養鹽控制的響應非常緩慢，甚至沒有響應，其原因就是淺水湖泊沉積物營養鹽釋放。控制內源釋放的物理化學方法主要包括沉積物氧化、化學沉淀、底泥覆蓋等，使底泥處于氧化狀態或增加沉積物對磷的束縛能力或在沉積物表面形成覆蓋層，從而抑制內源磷的釋放。這種方法主要用于面積較小、風浪較弱、湖底處于厭氧狀態的水域。改變沉積物表面的氧化還原條件，使易變價的金屬磷酸鹽，尤其是Fe－P，處于穩定的氧化狀態，抑制因還原而引起的內源磷釋放；同時覆蓋在沉積物表面的新的氧化層還可以減小擾動、增加沉積物的穩定性。在去除懸浮物、提高透明度、去除TN、TP等方面效果顯著。
3、nars標本兼治、綜合治理技術
nars湖泊治理的目的，一方面是為了控制底泥內源污染，另一方面就是控制藻類水華。事實證明，在有nars湖泊生態系統中，底泥營養鹽的釋放可以得到有效控制，水質可以得到有效控制。根據Scheffer等人的理論和荷蘭Veluwe湖長期觀察結果表明，當營養鹽濃度增加到一定程度（即外部環境壓力達到了其系統自我修復的極限，假設為X），原來的草型生態系統就會崩潰，而轉向新的以藻型為主的生態系統，并趨于穩定。但是，反過來，當營養鹽停止增加并開始減少后，生態系統不會馬上回復到草型生態系統，而是需要等營養鹽減少到一個系統無法自我修復的閾值（該閾值低于X）時，系統才轉向草型生態系統。
4、nars自然水景系統的創新點或技術特點
相比傳統治水方式，nars自然水景系統的創新點有：nars注重前期治本，而傳統治水方式注重的是后期治標；師法造化，綜合治理，治理效果佳，可以做到清澈見底；不用換水，雨水利用，節約水資源；日常維護費用很低；原生態設計使得水岸、水面、水中、水底景觀生動美麗。
三、幾個nars水景改造實例
這里以幾個nars水景改造為例，具體步驟及其景觀效果大致如下：
水清問題：用nars自然水景設計和治理底質水質，能使水體清澈自然，是為治本；
水美問題：為體現觀賞性，通過養種水生動植物（如魚蝦、水草等），可營造出生動美麗的水岸、水面、水中、水底景觀，是為治標；
維護問題：nars自然水景可以保持長期穩定，清澈美麗，日常維護成本低廉。
目前城市規劃和景觀中，河道和湖泊以及大量的公園水景的污染，是一個困擾大家的問題。而目前采用的治理方式大多效果不佳。nars水景系統，可能是目前已知也許是最佳的水景設計和治理途徑之一。運用nars水景系統，可營造出真正清澈秀美的城市水景，可以相信，水清將是本世紀中國城市整治的一個方向和民心所向。
總之，運用nars自然水景系統來設計和治理景觀水體，可以廣泛應用于住宅小區、城市、風景區等的水體設計和治理中。既可以節水節電，還可營造一個美麗自然的獨特水景。
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