村镇水体水质改善技术和控藻抑藻技术研究
摘要：本文对目前抑藻控藻技术作了一个系统的回顾，并指出了其存在的问题。在多年多学科交叉研究和实践的基础上，提出了nars水景抑藻控藻技术。该方法师法造化，采用生态设计和综合治理的方式，可以营造出一个自然生动的水体景观，并能长期保持清澈秀美，养护成本很低。nars自然水景系统的研究成果，可以广泛应用于城市、园林、风景区等的水景设计和治理中。
关键词：抑藻控藻 nars水景 自然水景 水景治理 水景设计 生态水景
近年来，我国有害蓝藻水华频频爆发，尤其是2007年，滇池、巢湖、太湖相继爆发了规模大、持续久的蓝藻水华，严重影响了湖泊沿岸地区居民的正常生活。据统计，我国60%的湖泊呈富营养状态，并伴随着藻类水华的发生。形成藻类水华的优势种主要为铜绿微囊藻。大面积的藻类暴发，严重破坏了水生生态系统的平衡与稳定，不仅影响了水体景观，而且藻毒素更已经构成对人类生存环境的威胁。
一、目前主要应急除藻技术
1、物理方法
目前， 物理法主要包括机械或人工打捞、黏土絮凝和遮光技术等方法。物理法是表现得最为直接的一种除藻手段，它直接清除水体中的藻细胞，使水体透明度上升，从感官上消除了水华现象。其优点是不会产生二次污染，无毒、副作用。但是由于使用中需要昂贵的成本及人力费用，因此该方法只局限使用于面积较小的水体或大水体的局部水域。
①机械除藻
曾经在云南滇池使用过机械除藻,通过该方法，在2001年4月至2002年11月的351天里共处理富藻水42648m3，折合清除水华蓝藻干重为460.83t，相当于从水体中去除了氮37.33t、磷2.71t、钾2.49t及粗有机质200.32t，重金属铅2.289kg、砷2.23kg、汞2.3kg、镉0.51kg。可见，通过机械方法清除水华蓝藻，对控制蓝藻污染可以起到较为重要的作用，但是如果在水华暴发前期加大机械清除蓝藻量，则对控制后期水华暴发可以起更明显的作用。由于机械除藻成本高、效率低，且大量藻细胞打捞上来以后无法及时、有效地处理，目前滇池已经不再大规模使用此方法。
②黏土除藻
黏土由许多种矿物质及杂质所组成，早在1997年，就有专家在《Nature》上撰文指出，使用黏土除藻可能是治理藻华的最有发展前途的方法。但到目前为止，黏土除藻技术还局限于海水体系的研究和局部应急处理。面对与人们日常生活息息相关的淡水资源，许多应用于淡水湖泊中的黏土除藻尝试都没有成功。此外，即使黏土在淡水中可以絮凝沉降水华，但由于该技术的定位是一种应急处理措施，不能防止浅水湖泊藻类的泛起、底泥的二次污染和来年水华的复发，因而仍然难以在淡水湖泊中广泛使用，其关键问题是治标不治本。
③超声波除藻技术
引起水华的微囊藻藻细胞内有许多充满CO2气体的小泡，称之为伪空胞。微囊藻可以通过自行调节伪空胞内气体的含量，从而达到在水体中上浮/下沉的目的。在温度、光照适宜的时候，大量微囊藻聚集起来上浮至水面0～20cm的位置，形成肉眼可见的水华现象。超声波除藻技术利用超声波振荡击碎微囊藻体内的伪空胞，使伪空胞内的气体释放出来，失去上浮/下沉调节能力的微囊藻由重力作用下沉至湖底，并最终因缺乏光照而死亡。超声波除藻技术目前只适用于小水体的应急除藻，国内尚无有效案例报道。
④遮光技术
主要是通过在湖面覆盖遮光板控制全湖藻类增殖。采用塑料制浮板遮光，覆盖面积为水面的50%～60%。遮光一个月左右微胞藻属消失，湖水明澈透底。此外，COD下降50%，pH值及溶解氧也显著减少，保持在4mg/L以上。在改变水色和藻类种类组成上卓为有效，但由于该方法限制较多，应用实例十分少见。
2、化学方法
用化学药品控制藻类可能是最古老原始的方法，化学药品可快速杀死藻类，但死亡藻类所产生二次污染及化学药品的生物富集和生物放大对整个生态系统的负面影响较大，而且长期使用低浓度的化学药物会使藻类产生抗药性，因此，除非应急和健康安全许可，化学杀藻目前一般不宜采用。
3、生物方法
对藻类进行生物控制是指在较短的时间内大量削减藻细胞的数目或防止藻类的暴发性增长为目的。目前，应用生物控藻的技术主要有以下几方面：
①以藻制藻
通常选择水网藻，隶属绿藻门，体长可达2m，鲜黄绿色，由于其生长繁殖快、吸收肥料能力强等特点而与藻类水华生长竞争水体的营养（氮、磷）， 从而抑制藻类水华的发生。研究表明，水网藻对水体氨氮、总氮和总磷的去除率均在70%以上。
②微生物絮凝剂除藻
微生物絮凝剂是一种由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物，主要有利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂和利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂三种类型。
③高等植物克制藻类
植物之间存在对环境生长因子（光、肥、水等）的竞争和向环境释放化学物质对其他植物产生影响的相生相克的两种相互作用。如荸荠属水草、水葫芦、水花生、水浮莲、满江红、紫萍和西洋菜以及凤眼莲，对蓝藻、绿藻和衣藻有抑制效应。
4、其它
除以上常用方法之外，还有病毒（噬藻体）控藻、鱼类控藻、真菌控藻等方法，但这些方法的使用或多或少存在一些争议，因此不再过多讨论。
二、nars水景除藻控藻技术
事实上，自然界是一个十分复杂的系统。要营造这样一个长期清澈、自然的水体景观，较为科学的方法应采用综合设计和治理的办法－即nars (natural aquascape restoration system) 自然水景系统。运用nars自然水景系统，可营造出清澈美丽生动的自然水景。
nars技术在结合分析和大量实践的基础上形成的，其治理方法和原则是：师法造化、综合治理、标本兼治、长期清澈。其治理见效周期：数小时内强化治理，显见成效，并结合nars水景系统，做到长期清澈，具有十分优美赏心悦目的景观效果。
1、nars湖泊富营养化控制技术
在治理藻类水华的过程中，我们采用nars湖泊富营养化控制技术，不能一味地强调应急除藻，等藻华发生后再想办法消除，而是应该从藻华发生的机理、湖泊富营养化的控制等方面着手，将藻类水华扼杀于大面积爆发之前，以达到防患于未然的目的。蓝藻水华暴发是湖泊富营养化之后生态系统的一种异常响应，其发生的原因与湖泊物理环境如光照（或透明度）、温度和适宜的水动力条件有关，也与湖泊化学环境，如氮、磷浓度及其氮、磷比值等有关，还与形成水华的蓝藻本身的某些生理特性有关，如伪空胞及抗拒紫外伤害的能力，从而在对光照和营养盐的竞争中处于优势地位，这种竞争优势在浅水湖泊中尤为明显。而由于浅水湖泊“水浅”的特性，也使得营养盐负荷的控制难度加大。对于湖泊沉积物中营养盐释放导致的内源污染，可以采用nars方法，把富营养化的藻型湖泊生态系统转换成草型生态系统。
2、nars内源营养盐负荷控制技术
在浅水的富营养化湖泊中，要恢复湖泊生态系统良好功能，内源营养盐负荷控制是治理的关键，因为治理的实践表明，浅水湖泊营养负荷及蓝藻水华对于外源营养盐控制的响应非常缓慢，甚至没有响应，其原因就是浅水湖泊沉积物营养盐释放。控制内源释放的物理化学方法主要包括沉积物氧化、化学沉淀、底泥覆盖等，使底泥处于氧化状态或增加沉积物对磷的束缚能力或在沉积物表面形成覆盖层，从而抑制内源磷的释放。这种方法主要用于面积较小、风浪较弱、湖底处于厌氧状态的水域。改变沉积物表面的氧化还原条件，使易变价的金属磷酸盐，尤其是Fe－P，处于稳定的氧化状态，抑制因还原而引起的内源磷释放；同时覆盖在沉积物表面的新的氧化层还可以减小扰动、增加沉积物的稳定性。在去除悬浮物、提高透明度、去除TN、TP等方面效果显著。
3、nars标本兼治、综合治理技术
nars湖泊治理的目的，一方面是为了控制底泥内源污染，另一方面就是控制藻类水华。事实证明，在有nars湖泊生态系统中，底泥营养盐的释放可以得到有效控制，水质可以得到有效控制。根据Scheffer等人的理论和荷兰Veluwe湖长期观察结果表明，当营养盐浓度增加到一定程度（即外部环境压力达到了其系统自我修复的极限，假设为X），原来的草型生态系统就会崩溃，而转向新的以藻型为主的生态系统，并趋于稳定。但是，反过来，当营养盐停止增加并开始减少后，生态系统不会马上回复到草型生态系统，而是需要等营养盐减少到一个系统无法自我修复的阈值（该阈值低于X）时，系统才转向草型生态系统。
4、nars自然水景系统的创新点或技术特点
相比传统治水方式，nars自然水景系统的创新点有：nars注重前期治本，而传统治水方式注重的是后期治标；师法造化，综合治理，治理效果佳，可以做到清澈见底；不用换水，雨水利用，节约水资源；日常维护费用很低；原生态设计使得水岸、水面、水中、水底景观生动美丽。
三、几个nars水景改造实例
这里以几个nars水景改造为例，具体步骤及其景观效果大致如下：
水清问题：用nars自然水景设计和治理底质水质，能使水体清澈自然，是为治本；
水美问题：为体现观赏性，通过养种水生动植物（如鱼虾、水草等），可营造出生动美丽的水岸、水面、水中、水底景观，是为治标；
维护问题：nars自然水景可以保持长期稳定，清澈美丽，日常维护成本低廉。
目前城市规划和景观中，河道和湖泊以及大量的公园水景的污染，是一个困扰大家的问题。而目前采用的治理方式大多效果不佳。nars水景系统，可能是目前已知也许是最佳的水景设计和治理途径之一。运用nars水景系统，可营造出真正清澈秀美的城市水景，可以相信，水清将是本世纪中国城市整治的一个方向和民心所向。
总之，运用nars自然水景系统来设计和治理景观水体，可以广泛应用于住宅小区、城市、风景区等的水体设计和治理中。既可以节水节电，还可营造一个美丽自然的独特水景。
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