1、藍藻水華污染危害及控制方法摘要：近年來，隨著工業化進程的加快，人們在日常生活以及物質資料生產過程中，不斷向水體中排放大量的氮、磷污染物，使水體富營養化程度加劇，“水華”等事件頻頻發生，嚴重破壞了水體的生態平衡，對人類的飲用水安全及身體健康構成嚴重威脅，特別是藍藻引發的藻毒素中毒事件更是令人心憂。本文首先對藍藻水華污染現狀進行概述，并對其所產生的危害進行簡要分析，最后分析比較了藍藻的控制方法以及藻毒素的去除方法，希望能夠為科學預測河流、湖泊等水體藍藻爆發以及采取應對措施減少其影響而提供有效依據。關鍵詞：藍藻水華；危害；控制方法；藻毒素；去除Abstract: In recent years, w

2、ith the accelerated process of industrialization, People continue to discharge a large amount of nitrogen and phosphorus to the water In daily life and material production process, which leads to the increasing of eutrophication of water body, and "Water bloom" and other events occurred fr

3、equently. whats worse, Seriously damaged the ecological balance of the water body, threated the safety and health of human drinking water. Especially, the incident of algal toxin poisoning is a concern. In this paper, the current status of cyanobacteria bloom pollution is first summarized, and then

4、make a brief analysis of the harms of them. At last, the control methods of cyanobacteria and the removal of algae toxins were analyzed. It is hoped that it can provide the effective basises for the scientific prediction of cyanobacteria outbreak in rivers, lakes and other water bodies and to reduce

5、 its influence.Key words: Cyanobacteria; harms; control methods; algal toxin; removing引言 20世紀90年代以來，我國各大湖泊、水庫因水體富營養化所引起的藍藻水華爆發現象已日趨嚴重，造成了飲用水危機和水環境污染，嚴重的影響了居民的正常生活、生態平衡和旅游業、養殖業等多種行業的正常發展1。如2007年5月29日太湖藍藻水華大規模暴發，引起無錫市200多萬居民飲水危機,給工業和生活帶來了巨大影響2。目前，水體富營養化已是全世界所面臨的最主要的水污染問題之一3，而藍藻爆發所引起的水華現象則是其最直接的外在表現4。隨

6、著城市化和工業化進程的加快，人們在日常生產、生活中向水體中排放了大量的氮、磷污染物，這就導致了水中營養物質不斷增多，使得一些營養型物質生長旺盛，特別是藍藻、紅藻的數量爆發性生長，其他藻類則逐漸減少，藻類及一些浮游生物死亡后，被水體中的耗氧微生物不斷分解，大量消耗了水體中的溶解氧，魚蝦類生水生生物因缺少氧氣而不斷出現死亡，其殘體在腐爛過程，不但污染水質，同時又將其自身的氮、磷營養物質釋放到水體中，供新一代的藻類生長所需，就這樣處于不斷的惡性循環中，致使藍藻爆發而引發水華現象5。本文首先藍藻水華污染的危害進行簡要分析，詳細綜述了當前國內外藍藻的控制方法和藻毒素的去除方法，并對未來的研究方向進行展望

7、，以期為以后的研究提供有效依據。1 藍藻水華污染的危害藍藻水華爆發所導致的生活飲用水污染事件時常發生，不僅影響人們的日常生活，同時對旅游業、人文景觀以及水產養殖等都造成嚴重影響。其主要危害有：對水產養殖的危害：藍藻爆發性生長，覆蓋水體表面，影響水體正常的溶解氧交換，致使魚蝦類大量死亡6。對生態多樣性的危害：侵占其他藻類物種的生存空間，致使物種多樣性驟減。對人文景觀的危害：水華藍藻覆蓋水體表面，厚厚一層還發出臭味，嚴重影響水域景觀7。對人及牲畜動物的危害：藍藻種向水體中分泌藻毒素，被人或牲畜動物飲用而致使中毒，甚至危及生命8。因此尋求高效的藍藻及藻毒素的去除方法是當前迫切需要解決的問題。2 藍藻

8、及其毒素分類2.1 藍藻的概述 藍藻，我們又稱為藍細菌，是地球上現存最古老的植物類群。其廣泛分布，極易生存，大部分作為優勢種而存在9。作為一種單細胞生物，其內有顆粒狀或網狀的核物質，細胞質中染色體和色素均勻分布。沒有核膜和核仁，但有核的功能，因此其又屬于原核生物。藍藻的繁殖方式一般分為兩類：一種是無性繁殖，如某些藍藻可以產生內生孢子或外生孢子等；另一種是營養繁殖，如絲狀體產生藻殖段，細胞直接分裂和群體分裂等10。藍藻的繁殖方式也就注定其只要有足夠營養就能夠無限繁殖。 目前已知的藍藻有2000多種，而國內有記錄的約有900種，而能夠作為優勢菌種形成水華的主要有束絲藻 ( Aphanizomeno

9、n) 、節球藻 ( Nodularia)、膠刺藻 ( Gloeotrichia) 、微囊藻 ( Microcystis) 、魚腥藻(Anabaena) 、腔球藻 ( Coelosphaerium) 及念珠藻 ( Nostoc)等11。其中，能夠參生毒素的藻類有微囊藻屬、魚腥藻屬、顫藻屬及念珠藻屬等12。2.2 藻毒素的分類藍藻毒素是藍藻細胞內分泌的毒素，當細胞壁發生破裂而分泌到水體中，所以屬于藍藻代謝過程中的次生代謝產物13。按其作用的靶器官的不同，主要可分為：肝毒素，主要包括微囊藻毒素、節球藻毒素、 筒胞藻毒素，易導致人體肝腫大、失血休克死亡、脂肪肝和肝死亡等癥狀15-16。神經毒素, 主要

10、包括類毒素-a、 擬類毒素、貝類毒素，易導致肌肉痙攣和呼吸系統衰竭而窒息死亡等病癥17。接觸、腸胃刺激性毒素14，主要包括脂多糖內毒素、 皮膚毒素、皮膚及腸胃刺激性毒素，易導致嘔吐、腹瀉和發燒，皮膚過敏或感染，并伴有皮疹等炎癥發生。3. 藍藻水華污染的控制方法隨著人們對藍藻水華的了解不斷深入，國內外對藍藻水華的控制方法也是層出不窮，其控制程序主要分為兩部分：一是水中藍藻生物的控制方法；二是溶于水體中的藻毒素的去除方法；這兩部分的處理方法其大體都可以分為三類：物理法、化學法及生物法。首先是藍藻的控制方法。3.1 水中藍藻生物的控制方法 3.1.1 物理法通過對國內外的物理除藻技術進行對比分析，其

11、方法主要有人工和機械打撈除藻、微濾除藻、氣浮除藻及超聲波除藻。人工和機械打撈除藻最為直接，主要手段為對于污染嚴重、藍藻爆發生長茂密的河段，根據風向、水流方向，分河段使用圍欄進行截留，最好使用活動型圍欄，在人工和機械的作用下，使藍藻堆積在某一規定區域，然后進行打撈，生產成有機肥得到綜合利用18。該種方法短期內快速有效，但往往要耗費大量人力物力，且藍藻復發快。微濾除藻是使用微濾機（網眼孔徑在10m-45m）直接濾去水體中大于或等于其孔徑大小的藻類19。此法操作工藝簡單，運行維護成本低，但對濁度、色度、有機物等去除效果不佳。氣浮除藻是指將經過溶氣的水導向溶氣釋放器，使其突然降壓，溶于水中的氣體分散成

12、大量的細小微氣泡，粘附水體中的藻類從而與其相結合浮至水面后出去。此法除藻效率高，可達94%，同時對原水中的色度、濁度、氣味等都有很好的去除效果，但對除去的藻類殘渣目前還沒有很好的處理途經20。超聲波除藻是通過向藍藻污染的水體中發射16KHz以上的超聲波，利用其空化效應，使藻類細胞壁破裂，破壞其胞內結構，使其死亡21。此法具有清潔、高效、反應條件溫和、速度快等優點，但因藍藻細胞壁破裂，從而使其胞內溶解性毒素會釋放到水體中，致藻毒素污染。3.1.2 化學法 化學法控藻技術主要包括化學藥劑法、壓力強化混凝法等。化學藥劑法一般是利用除藻劑、殺藻劑以及金屬鹽等，通過其氧化作用直接破壞藻類細胞，使其死亡，

13、或通過金屬鹽抑制藻類的正常代謝及金屬離子的絮凝作用達到控制藍藻繁殖和除藻的效果18。此法除藻方法簡單、省時省力、除藻效率高，但容易對水域環境造成二次污染，影響水質及水生生物的生長發育。壓力強化混凝控藻是通過外部加壓，使藍藻氣囊破裂，藍藻顆粒快速下沉，再進行混凝沉淀以達到除藻效果。此法除藻效率高，可達99.5%，但外部加壓容易造成藍藻細胞的破裂，從而使溶解性藻毒素釋放到水體中22-23。3.1.3 生物法生物法是指合理調整水生生物鏈，利用營養與捕食關系以及生物之間的相互作用而達到除藻效果，其主要包括魚類控藻法、微生物控藻等。魚類控藻法是指向藍藻污染水體中投放肉食性魚類，調節浮游動物的種群結構，使

14、其數量大增，通過它們對藻類的攝食，從而達到除藻效果24。這種方法對環境影響小，除藻效果好，但是穩定性差，對群體性藍藻去除效果不佳。微生物控藻是指利用一些微生物如中性檸檬酸菌、光合細菌、消化細菌等，在代謝過程中會釋放毒藻素直接殺死藻類，或通過微生物激發水體中食藻動物的繁殖發育，大量攝食藻類以達到抑制藻類爆發的作用。此類方法清潔、高效，對環境影響小，但目前還處于實驗室階段，許多機理及中間產物等研究尚不透徹，且見效周期長25。以上的這些控藻方法，雖然能夠對藍藻的生長、繁殖、發育等達到抑制作用，在一定程度上有效的控制了藍藻水華的爆發，但是并不能從根本上消除藍藻爆發后所帶來的影響，其中藍藻去除后遺留在水

15、體中的藻毒素一直是目前亟待解決的問題。3.2 藻毒素的去除方法藻毒素我們通常稱為溶解性藻毒素，其去除方法也大體可分為三類，即物理法、化學法、生物法。3.2.1 物理方法藻毒素的物理去除方法主要包括活性炭吸附法、膜濾法等。活性炭吸附是目前研究最多的一種物理去除微囊藻毒素的方法。常用于吸附藻毒素的活性炭吸附材料主要有顆粒活性炭（GAC）、粉末活性炭（PAC）以及纖維活性炭（ACF），其中吸附效果最好的是纖維活性炭（ACF），也是目前發展起來的新型碳材料。其吸附機理為在活性炭纖維經中90%以上為微孔，這就它提供了比顆粒活性炭和粉末活性炭更大的比表面積和更強的吸附能力，使它在吸附微囊藻毒素的同時也吸附

16、水體中的微生物，被吸附的微生物能夠在一定程度上分解藻毒素而使其被去除26。此法的優點是吸附容量大、吸附解吸速度快，但其生產過程較復雜，價格較高，不適合大規模使用。膜濾法去除藻毒素主要有微濾、超濾、反滲透以及納濾這四種技術，顧名思義就是在外加壓力的情況下，使污染水體通過這些濾膜而被截留從而達到去除藻毒素的效果。微濾和超濾其膜的孔隙（0.01-1m）稍大，所以對藻細胞能夠很好的截留過濾，但是相對于分子粒徑更小的藻毒素去除效果欠佳，去除率最高才達42%27；而反滲透膜和納濾膜，其孔隙（1-10nm）更小，對藻毒素的去除率可以達到96%-99.9%。此法去除藻毒素效果好，但膜的造價昂貴，技術要求高，系

17、統運行不穩定。3.2.2 化學方法 化學方法去除藻毒素一般是通過投加藥劑或其他化學反應來直接作用藻毒素，將其轉化為無毒或毒性更小的物質的過程，主要有化學藥劑氧化法、光降解和光催化法、電化學降解法。目前比較常用的化學藥劑氧化法主要包括氯化氧化法、高錳酸鉀氧化法、臭氧氧化法以及Fenton試劑氧化法。前兩種方法是現在自來水廠、污水處理廠中比較常用的凈水工藝，在處理污水中雜質的同時對藻毒類物質也有很好的氧化降解作用，但其副作用也比較明顯，如通過氯降解過藻毒素的水含有很大的氯味，甚至在這過程中還會產生具有三致作用的副產物28。后種方法是屬于高級氧化技術，去除藻毒素的效果好，可達99%29，且其反應的中

18、間產物對環境影響小，在去除藻毒素的過程中，還能夠去除異味，達到消毒效果，具有很好的應用前景。光降解與光催化氧化法兩者有點類似，都要有光的照射。光降解是指有機物在紫外線的照射下，通過自由基的作用將其轉化為小分子中間產物，從而轉變為低毒或無毒性的降解產物的過程。微囊藻毒素等藻類毒素的降解就是通過這一原理，將其側鏈的Adda基團破壞已達到脫毒效果30。由于光降解總是受到光的強度的制約，去除效率不是太高，同時其降解周期較長，見效時間短，通過不斷的改進以及新型材料的出現，已形成了種去毒效果更好的光催化氧化除藻法。TiO2是目前應用比較多的高效的光催化氧化材料，當有紫外線照射時，就會在TiO2表面發生一系

19、列的電子反應，產生氧化能力超強的羥基自由基，這些自由基直接攻擊藻毒素，破壞其Adda基團的共軛雙鍵，從而使其毒性降低或消失31。光催化氧化法高效、快速、清潔、最終產物低毒或無毒性，是目前研究比較熱的課題，但其沒有紫外線照射，反應就會終止還是我們的首要難題。電化學降解藻毒素分為兩種：一是將藻毒素直接在電極上發生氧化還原反應的直接降解；二是先通過電解水體中的物質，使其發生電子反應，生產自由基再破壞藻毒素中Adda基團的共軛雙鍵來降低毒性的間接降解。此類方法高效、快速，去除率最高可達98%，具有非常好的應用前景32。3.2.3 生物方法 生物降解法主要是利用微生物對藻毒素進行降解，這也是藻毒素的最終

20、轉化的主要途經，主要是通過培養特定的微生物群，這些微生物菌種能夠破壞藻類毒素如藍藻肝毒素的Adda基團的共軛雙鍵，使其環肽結構轉化為線性結構，進一步降解為短肽，從而到達降低毒性的效果33。現在生物降解工藝中又發展了一種新的去除藻毒方法，即生物膜法，也是現在一些凈水工藝中逐漸應用廣泛的方法。其主要是指水體或底泥中的一些微生物在特定條件下，分泌粘性物質將各種菌種群，粘黏起來形成菌膠團，逐漸形成一塊由微生物組成的生物膜，當含藻毒素的水體通過時，在這些微生物膠團的作用下進行降解30。生物降解藻毒素簡單、安全、成本低、環境影響小，但也有其局限性，微生物生長環境苛刻，耗時長。4.討論與展望4.1 討論通過

21、對以上的這些控藻方法以及藻毒素去除方法的比較發現，現在的這些除藻、控藻技術還有很多局限性以及弊端。首先拿藍藻的控制方法來說，人工或機械打撈在藍藻爆發期雖然可以在一定程度上減少藍藻蔓延，但是對于一些大的水域，這就顯得捉襟見肘，而且費時費力；微濾、氣浮這兩種方法還只適合處理小河段水域，大規模使用還不大現實；超聲波除藻是非常快捷、有效的，可以在藍藻水華爆發初期及時殺死藻細胞，抑制其爆發性生長，但是藻細胞的破裂，大量藻毒素分散于水體，易造成二次毒素污染；化學控藻方法都會導致藻細胞破裂，毒素流出，造成二次污染；綜上比較，其生物控藻法就比較清潔，操作簡單，除藻效果也比較好，但見效周期長，系統不穩定也是其局

22、限性。對于藻毒素去除方面，就單一技術而言，化學氧化法、生物處理技術、膜濾法等，這些都是現在比較新興的水處理工藝，高效率、污染小，使其成為現在廣泛關注的焦點，但是這些大多還屬于實驗室階段，關于如何解決其反應過程中的能耗問題以及如何大規模使用，目前還沒有定論。4.2 展望 希望今后在藍藻污染控制以及藻毒素去除的研究方面，能夠關注以下幾點： 重點研究如何改進單個獨立處理工藝，發揮每一種工藝的優勢，減少其處理工藝的局限性，為后續處理帶來方便。 不管是藍藻控制還是藻毒素去除，這都是一個連續的過程，如何將多種工藝進行組合，爭取效益最大化，是未來研究的重中之重。 藻毒素去除技術中，TiO2光催化氧化技術是比

23、較高效、清潔的，但TiO2的負載一直是一個難題，希望今后重點研究TiO2負載技術，以方便對TiO2粉體的回收。同時如何提高太陽能的利用率也是我們未來研究的重點方向。 以上這些處理技術如膜濾法、生物膜法、電化學降解法等，還都屬于實驗階段，如何運用到實際應用中，也是我們亟待解決的問題。 最后，希望政府部門能夠加大監管力度，提高法律壁壘，健全工業、農業、生活污廢水的凈化處理設施，面對藍藻水華爆發、藻毒素中毒等突發事件，能夠制定及時有效的應對措施。參考文獻1 胡傳林,萬成炎,吳生桂,等. 藍藻水華的成因及其生態控制進展J. 長江流域資源與環境,2010,12:1471-1477.2 孔繁翔,馬榮華,高

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