关于大庆中引水厂的中长期改造的建议

组合型浮床生态系统的构建及其改善湖泊水源地水质的效果 李先宁，宋海亮，朱光灿，李大成，吕锡武 (东南大学环境科学与工程系) 摘要:研究开发了一种由水生植物、水生动物及微生物膜构建的组合型浮床生态系统.在野外条件下，考察了该浮床对富营养化湖泊水在静态条件下的净化效果.结果表明，20d内TN、TP的去除率分别为83.7%和90，7%，透明度也有大幅提高.而且，组合型浮床系统对有机物尤其是难降解有机物的去除能力较强，在25d内，对r–BHC、HE、DDE、DDD、DDT的去除率分别为25.2%、63.8%、42.1%、71.6%和27 6%，氯苯、阿特拉津的去除率达5.9%和72.1% 水生动物的代谢活动提高了有机物的生物可降解性和氮磷的植物可利用性.该新型浮床可用于水源地水质改善、污水净化生态工程、富营养水体的生态恢复等. 关键词:浮床;水生植物;水生动物;微生物膜;难降解有机物 生物浮床技术将水生植物或部分陆生植物固定在浮床上，通过植物对氮、磷等营养物的吸收作用，根系附着微生物对污染物的降解作用，达到去除氮、磷等营养物，有效控制水体富营养化的目的.生物浮床具有直接从水体中去除污染物，充分利用水面而无需占用土地等特点;能够在各种水深条件的水体中应用，且造价低廉，运行管理相对容易.目前，生物浮床技术在我国的研究与应用日益增多，规模也已由试验室研究开始走向规模性示范和应用.但大部分浮床的净化主体仍仅仅是植物，研究重点也主要是对比不同植物去除氮、磷等营养物的能力，但生物量的限制使得仅通过筛选植物种类已不可能使净化效果有根本性的提高，因此必须在浮床的构造形式上有所突破.“生物共生机制、生物多样性及食物链原理”是生态工程重要的基本原理，通过人工构筑共生生态机制和食物链的“加环”可以大幅度提高生态效应和生态净化功能.本研究在普通生物浮床的基础上，通过对水生植物水生动物及微生物生态系统的合理构建，开发出一种组合型新生态浮床，并研究了其改善富营养化湖泊水源地水质的功能. 1试验条件、材料、方法 1.1组合型生态浮床的设计 组合型生态浮床如图1所示，整体为lm(长)xlm(宽)xllm(高)的长方体构造，设计成上、中、下三层结构.上层区域(1)为水生植物区，种植水生经济植物，并通过合理设置根区空间使植物根系形成“毡垫”状构造，既不影响植物的吸收功能，又提高了根系截留颗粒性污染物和藻类的能力，该区域有效高为20cm.中层区域(n)为水生动物区，笼养滤食性水生动物贝类，利用贝类的滤食作用去除污染物，并通过贝类的消化作用大幅度提高有机污染物的生物可降解性.笼网采用渔网制作成双层结构，既能满足对贝类生物量需要，又避免了贝类过度堆积，保证其成活率，该区域高为30Cm.下层区域(1)为人工介质区，悬挂兼具软性及半软性特征的高效人工介质，大量富集微生物，形成高效生物膜净化区，该部分高为60 cm. 1.2试验条件与方法 为了研究组合型生态浮床对富营养化水体水质的净化效果，在无锡市太湖梅梁湾之滨，建设3.6m(长)x2m(宽)xl.5m(高)的水泥砖砌封底试验水池2个，在其中1个水池中部放置上述组合型生态浮床，浮床面积覆盖率13.6%;另1个水池则为空白对照池，湖水经提升水泵平行进人各个试验水池. 2005 年 5月中旬开始水生动物驯养、植物移栽和人工介质自然挂膜，同年7月开始相关试验研究.试验期间上层水生植物区种植空心菜(Ipnea aquatica)，中层水生动物区养殖河规(Corbiculafluminea) 空心菜取自田间，清洗根系上附着的土壤，称重后按相同重量(3000g)移植于浮床，试验期间空心菜在浮床上已经生长良好.河蚌购于无锡贡湖湾茶场，清洗后放置于浮床内的河蚌笼内，每层笼高度10Cm，共放养河蚌350只，每层放养密度为175只/m2.河蚌笼与植物层之间的净空高度为10cm.浮床内共挂组合介质81串，每串上有盘片8片，填料盘片间隔为7cm.试验期间水池内水温较为稳定，在30一3℃，水池中pH值在7.6一8.4之间，与湖区基本一致.待生态浮床稳定运行后，将2个试验水池同时重新换水，浮床日处理水量为1.1m3，则空床水力停留时间为ld，进行静态试验. 1.3水质测定方法 每间隔5d取水样测定水质，取样时间均为上午10时左右.从水池四角和中央共5点各取500lm水样后混合，供水质分析使用. TP、NH4＋一 N、No-3一N、No2一N和高锰酸盐指数(CODMn)均按国家标准方法测定，TOC采用Toc一vcsH(日本岛津)测定，DO采用碘量法，pH值采用TOA一HM一14P仪(日本东亚)测定，chl.a采用丙酮提取一分光光度计测定法. 对水样中的有机氯类、氯苯和阿特拉津进行气相色谱分析.取IL混合水样经G/FC滤膜过滤后，以0.5L/h的速度通过预先活化的cls固相萃取柱(SuPelco公司，美国)进行富集，用选择性溶剂进行洗脱、定容后，有机氯类、氯苯采用GC一ECD测定，阿特拉津采用GC一NPD测定，气相色谱仪为Asilent6890(Hewlett-Packard公司，美国)，色谱条件参照相关标准方法困. 2结果与分析 2.1氮的去除 图2分别表示了试验水池中TN、NH+4一N、NO3﹣一N浓度随时间的变化. 空白池与浮床池的进水TN浓度分别为7.35mg/L和8.06mg/L.在试验期的前20d浮床池中的TN浓度基本呈直线下降至1.3lmg/L，去除率为83.7%，单位浮床面积的TN去除速率为3.98g/(m2•d).当TN浓度低于lmg/L后，浓度变化梯度降低，表明当水中TN浓度小于lmg/L时，生态浮床的TN去除速率减小.在25d内的TN去除率为86.2% 空白池TN浓度也呈局部下降趋势，但下降幅度明显低于浮床池. 20d内的TN去除率为42.5%.空白池的TN去除主要缘于含氮颗粒物的自然沉降以及水体悬浮微生物的硝化与反硝化作用(图2a). 浮床 池 中 的NH4＋一N浓度变化，同时受到植物吸收、有机物的氨化及硝化作用的影响.在前15dNH4＋一N浓度下降缓慢，这是由于有机物氨化作用较强，有机氮转化为氨氮，造成表观NH4＋一N浓度下降较缓慢;随着有机氮的降解及硝化作用的增强，后期NH4＋一N急剧下降，25d内的去除率达到8.6%，而空白池NH4＋一N去除率仅为10.7%(图2b). 浮床池与空白池的N0-3一N总去除率分别为47.3%和39%.在试验开始后的前15d两系统中的NO3﹣一N表观浓度均呈下降趋势，且下降速率接近，巧d后浮床池继续下降至0.17mg/L，而空白池则呈微小上升趋势。在浮床池中NO3-一N在生态浮床的各种净化作用(植物吸收，植物根系及人工介质附着微生物的硝化、反硝化作用等)下得到有效去除，而空白池中NO3﹣一N的浓度下降，主要依靠池中藻类和其他微生物增殖的同化吸收.NO2﹣一N浓度的变化情况基本与N03-一N基本一致，浮床池的去除率82.3%82.3%，空白池为8.1%(图2c). 2.2磷的去除 图3表示了试验水池中TP浓度随时间的变化，在试验开始的前20d，浮床池的去除率为90.7%，空白池为40.0%.可见浮床池的TP去除率达到了较高水平.同时如图所示，浮床池在TP为0.06mg/L以上这样的低浓度条件下其浓度下降仍然显著，表明组合型生态浮床对较低浓度的富营养水体可以取得良好的净化效果，单位浮床面积的TP去除速率为0.08g/(m2•d). 有关生物浮床去除氮、磷的相关研究报道中，宋祥甫等川采用水稻生物浮床，在覆盖率为20%，48d的试验条件下，取得了TKN净去除率为29.0%，TP净去除率为32.1%的结果(若不扣除空白对照，计算得TKN、TP去除率分别为31.4%、32.5%);经计算，单位浮床面积的TKN和TP去除速率分别为0.05mg/L(m2•d)和0.007mg/L(m2•d).邮旭文等叫应用美人蕉生物浮床净化富营养化池塘水，在覆盖率为20%的条件下，25d时TN去除率约为60%，TP去除率约为50%;经计算，单位浮床面积的TN和TP去除速率分别为1.6×10一4g/(m2•d)和1.lxl0一4g/(m2•d).马立珊等应用香根草生物浮床对城市河道水进行净化试验研究的结果表明，25d时TN去除率约小于20%，TP去除率小于30%;计算得到TN、TP单位去除速率分别为0.003g(m2•d)和0.009g/(m2•d).TN、TP的去除率和去除速率均小于本试验，因此组合型生态浮床对N、P的去除效果比以植物为主体的普通生物浮床有大幅提高. 2.3藻类的去除 Chla 是 估算浮游植物生物量(本文主要指藻类)的重要指标.图4表示了试验水池中Chla浓度随时间的变化.试验开始时浮床池及空白池的Chla初始浓度为24.23ug/L，试验开始5d内，浮床池的Chla浓度急剧下降至5.71ug/L，去除率为76.4.%，之后Chla浓度变化趋缓，在试验结束时第25d去除率可达89.5%.而空白池出现了Chla浓度的上升现象，在试验开始后的第20d上升至47.74ug/L，与初始值相比上升了约2倍.与空白池相比，一方面浮床的截留吸附作用去除了一部分藻类，另一方面浮床的综合作用使水体中的氮磷营养盐浓度大大降低，浮床植物在与藻类的竞争中也处于优势地位，此外植物化感作用 对藻类也有一定的抑制作用，导致藻类无法繁殖.因此几方面的原因使浮床池中的Chl.a浓度迅速降低并始终维持在较低水平.而空白池中，氮磷浓度缓慢下降，且维持在相对较高水平，在没有其他植物竞争的情况下藻类自然增殖，于是出现了Chi.a浓度升高的现象.可见，组合型生态浮床对于降低水体藻类含量具有良好的效果. 透明 度 是 表示各种水体能见程度的一个量度，也是水体混浊程度的标志.光是水体初级生产力的能源，水体透明度是光通量沿水深分布的量度，透明度下降可进一步引起水生生态系统破坏.图5表示了透明度随时间的变化，浮床池由于生态浮床的净化作用，在15d内将透明度由46cm提高到超过180cm，已经清澈见底.透明度的提高说明悬浮物、浮游植物得到了有效的去除，这一点与Chla的去除效果相吻合. 透明度的提高可改善水中浮游动物的生境，提高浮游动物生物量，丰富生物多样性，为沉水植物乃至水体自净能力的恢复提供了前提. 2.4有机物的去除 图6表示了COD浓度随时间的变化，试验开始后的巧d内浮床池的COD浓度基本呈直线型下降，之后趋于平缓，第15d时浓度减少到4.mg/L，去除率为44.4%.而空白池在前5dCOD浓度略有下降，之后受藻类增长的影响而呈回升趋势，在第25d时浓度为7.16mg/L，总去除率仅为9.5%. 在类似研究中有关Chla和coD去除效果的报道较少，邮旭文等采用种植美人蕉的生物浮床，在与本研究相近的覆盖率条件下(覆盖率20%)，试验开始7d内Chla的去除率小于10%，63d后为54%左右，COD去除率巧d时小于8%.李欲如等在水雍菜生物浮床小试研究中C0D去除率为37%.上述两项研究中的COD起始浓度在8一15mg/L，在起始浓度高于本试验条件的情况下，去除率均低于本试验结果，可见组合型生态浮床在去除率上明显高于普通生物浮床. 表1对比了难降解性微量有机物在浮床池和空白池中的浓度变化.在浮床池中，有机氯农药类物质浓度均有显著下降，r一BHC、HE、DDE、DDD、DDT的去除率分别为25.2%、63.8%、42.1%、71.6%和27.6%;而空白池中除DDD、DDE浓度有一定降低外，其余三种有机氯农药类物质浓度不降反升.浮床池中氯苯、阿特拉津的去除率达5.9%和72.1%，而空白池则分别为1.8%和11.2%.由上可见，浮床池对多种难降解有机物的去除效果大大优于空白池。 综上所述 ，通过生态系统的合理构建以及食物链的作用，可以大幅度提高浮床去除藻类和有机物的效果，尤其是对难降解有机物的去除能力显著增强，这对于改善水源地水质具有特别重要的意义. 3讨论 目前富营养化湖泊、水源地以及缓流河道的水质改善技术大致分为工程性措施、化学方法以及生物强化法，其中生物强化法主要采用水生植物技术、水生动物技术以及微生物技术，本文中的组合型生态浮床，通过将三种生物强化净化技术在有限的空间内有机结合，人工构建小型生态系，使浮床在提高水体透明度、去除氮磷营养盐、降解有机物等方面的效果显著增强.生态浮床对有机物及氮、磷等营养物净化能力的显著提高，主要得益于生态浮床中生态系统的合理构筑，通过水生植物，水生动物及微生物所构成的食物链强化得以实现.试验结束时空心菜鲜重由3kg增加至4.5kg，河蚌在初始密度为175只/m2条件下成活率约为80%.其中应用生态工程的“加环”原理，在生态净化系统中引人水生动物— 河蚌的环节，大幅度提高了有机物的可生化性是提高净化效率的关键之一试验结果表明，河蚌对太湖原水可生化性指标B/C比的提高效果明显，放养河蚌ld后，可将可生化性较差的湖水B/C比从0.18提高到0.87，同时水中的氨氮浓度也明显提高(另文报道).河蚌为滤食型水生动物，通过吸管伸在水中进行呼吸和摄取饵料，将悬浮于水中的有机颗粒物，藻类等摄人体内，部分消化吸收，部分以粪便的形式排放，除通过同化作用净化水质外，消化作用促进了不溶性有机颗粒的可溶性和可生化性以及氨化作用.难降解性有机物生物可降解性及氨化作用的提高为生态浮床下部人工介质附着微生物膜提供了优质的基质条件，从而促进了微生物的生物活性，使微生物原来无法有效降解的有机物得到去除，提高了浮床整体对难降解有机物和藻类的去除效果.氨化作用的提高还进一步促进了生物膜中硝化反应进程，提高了生态浮床的生物脱氮功能，同时也为水生植物吸收氮创造了有利条件. 4结论 (1) 在组合型生态浮床面积覆盖率为13.6%的水池中，原水停留20d后，TN、TP的去除率分别为83，7%和90.7%，单位面积浮床对N，P的去除速率分别为3.98mg/(m2•d)和0.008mg/L(m2•d). (2 )在 有 生态浮床覆盖的水池中，25d内Chl.a去除率可达89.5%，水体透明度由46cm提高到超过180cm. (3 )组 合 型生态浮床对原水中的有机物也有较好的去除效果;尤其对于难降解有机物有较强的去除能力，在25d内对r一BHC、HE、DDE、DDD、DDT的去除率分别为25.2%、63.8%、42.1%、716%和27.6%，氯苯、阿特拉津的去除率达5 9%和72.1%‘水生动物的消化作用提高了有机物的生物可降解性.

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关于稻草发酵抑制藻类的文章就很多。

但是我没有找到。。。。不好意思！

发酵稻草抑藻机理研究 吴小平，张平静 福建农林大学生命科学学院，福建福州350002 摘要:稻草在通气条件下经1个月发酵后，发酵稻草及其发酵液对鱼腥藻和念珠藻的生长具有显著的抑制效果，而对小球藻的抑制效果不明显，这说明发酵稻草的抑藻作用是有特异性的;经过灭菌的发酵稻草、没有经过发酵的稻草则没有抑藻作用，显示抑制藻类的物质是在稻草经过发酵后形成的，且该物质对热敏感。我们从发酵稻草中分离出21株微生物，发现其中一株(B3)具有和发酵稻草相同的抑藻效果，它能强烈地抑制鱼腥藻和念珠藻的生长，但它的发酵滤液没有抑制作用。本实验表明发酵稻草的抑藻作用是由于稻草在发酵过程中富集了某种微生物，这种微生物直接作用于藻类，使藻类的生长受到抑制，甚至死亡。 关键词:水华;发酵稻草;抑藻;微生物 水体富营养化是全球性环境问题，是指由于人类的活动，使得水体中营养物质富集，引起藻类以及其它水生生物过量繁殖，水呈绿色或混浊呈褐色，水体透明度下降，溶解氧降低，造成水质恶化，严重时发生“水华”，使得整个生态平衡发生改变而造成危害的一种污染现象。 当前湖泊富营养化的治理途径和对策，主要有如下几点①防止含有高浓度的氮和磷物质排放到水中;②形成“水华”的藻类对2,3一二氯-1,4-萘醌等化合物有高度专一性敏感，在富营养化水体中加人这种化合物可以去除水中的颜色，并可引起细胞裂解;③在水中引进合适的其他生物，如鱼苗、甲壳动物、或漂浮被子植物等，他们直接或间接以藻类为食，或消耗水中的营养物质，或影响藻类的光合作用等，从而抑制藻类的过度生长和控制其危害的程度;④形成水华的蓝藻可以受到相应微生物的控制，如真菌可以通过两个途径作用于有害藻类，一是释放抗生素或抗生素类的物质，二是寄生溶藻;⑤控制水华的另一种方法是用化学方法和生物方法从水体中去除含磷化合物。化学方法是利用生石灰、硫酸钒土和氯化铁对含磷化合物进行凝聚沉淀，从而去除水中含磷化合物。生物学方法则是利用一些能形成异染颗粒的细菌(如硝化细菌、反硝化细菌等)除去污水中含磷化合物。 上述各种治理方法多数处于实验和尝试阶段，成熟经验并不多。在国外，Newmen等报道了发酵大麦秸有效的控制水华发生的新途径。，Welch和Barret等报道了大麦秸可用于水渠或水库水华的控制。Nakai认为许多水生植物产生的化感物质能够抑制藻类的生长。 在国内 ，万宏等报道了稻草具有与大麦相似的性质。鉴于这种方法的经济性和安全性，以及我国水稻播种面积广阔，水稻资源极为丰富的具体情况，本文选择了稻草作为控藻研究的实验材料，探讨发酵稻草抑藻的作用机理。以期通过该研究探索出有效的、经济的、无二次污染的以及生态学风险小的控制水华发生的新方法。 1 材料与方法 1.1 稻草的发酵 将收割后的稻草剪成2c m长的小段，将稻草浸泡在自来水中(自来水在使用前放置2周，以除去自来水中的氯气)，用气泵向浸泡有稻草的玻璃缸内充气，使稻草在有氧、20～30℃的条件下自然发酵，一个月后用于实验。 1.2 实验藻种及培养条件 实验藻种为鱼腥藻(Anabaenaa zolla)、念珠藻( Nostoc)、小球藻(Chlorella)以及从农大池塘取回的池塘混合藻。鱼腥藻、念珠藻、小球藻由福建农林大学微生物实验室提供，其中培养鱼腥藻和念珠藻的培养液为水生111号无氮培养基:K2HP040.075g ,MgSO4.7H20 0.0125 g ,CaC03 0.1g 、水1000 mL。培养小球藻和混合藻的培养基为Bristol培养液:NaN03 16 g, CaC12 1 g, MgS04.7H20 3 g,K2HP04 3 g, KH2PO4 3 g, NaCI 1 g、水1000 ML.培养条件:鱼腥藻、念珠藻、小球藻、混合藻的培养温度在20～30℃范围内，控制光强在1000-2500lx内，连续光照培养。 1.3 藻类生长的测定方法 藻类生长的测定方法采用测定水体中的叶绿素a含量的测定方法。 1.4 发酵稻草及其发酵液对各种藻生长的影响 将所得的各种藻进行富集培养，摇匀后分别取1 mL藻液加人到各个含有200 mL相应培养液的三角瓶中，并分别加人发酵稻草1 g, 3 g;灭菌发酵稻草1 g, 3 g;稻草发酵液1 mL, 3 mL;新鲜稻草(水浸24 h) 3g。各处理及空白对照(加水3mL)均设3次重复。每天观察记录培养液的变化。 1.5 发酵稻草的微生物分离 1.5.1 培养基 用牛肉膏蛋白陈培养基、马铃薯培养基、高氏1号培养基、VY/2培养基、培养基Ao 1.5.2 微生物的分离纯化方法 一般微生物的分离采用稀释分离法，纯化采用划线分离法。粘细菌的分离借鉴李越中的粘细菌分离方法，纯化采用抗生素法纯化。 6 微生物对藻类生长的影响 将分离纯化的21株菌分别培养于试管中。每种菌取试管一支，用无菌水8 mL洗得菌液后，于无菌条件下离心取沉淀，加人到含有鱼腥藻、念珠藻的培养液中。 选取有明显抑制效果的分离菌B3菌株，三角瓶液体培养，分别取3 mL菌液、3mL经细菌过滤器过滤的滤液及无菌水3 mL加入到含有鱼腥藻、念珠藻的培养液中，各处理均设3次重复。5d后测藻液的叶绿素含量。 2 结果与分析 2.1 发酵物对各种藻类生长的影响 从表1可知，发酵稻草对不同藻类生长的影响是不同的，发酵稻草对鱼腥藻，念珠藻生长的抑制效果最好。 加入湿热灭菌发酵稻草、新鲜稻草不但没有起抑制混合藻的作用，混合藻反而生长得更好。发酵液的抑藻效果也不明显。但是加入发酵稻草1 g, 3g的处理中，抑制混合藻生长的效果显著，在加入。 3g降解稻草的培养液中，7d后，藻类全部死亡。 发酵稻草对小球藻生长抑制效果不明显，实验中加入l g, 3g发酵稻草的培养液中没有出现抑制作用;但加入3 mL, 1 mL稻草发酵液的培养液中出现一定的抑制效果，显微镜下观察发现，培养液中出现一些浮游生物，包括一些纤毛虫类的原生动物，有的原生动物内含有被吞噬的小球藻细胞的食物泡，这说明原生动物对藻类有一定的控制作用。 鱼腥藻培养液中，加人3m L稻草发酵液，培养4d后藻死亡;加入3g发酵稻草的处理，3d后鱼腥藻死亡。稻草发酵液及发酵稻草对念珠藻的抑制作用与鱼腥藻相同。鱼腥藻、念珠藻为丝状藻，原生动物对其没有吞噬作用，因此发酵稻草对鱼腥藻、念珠藻的抑制作用，可能是稻草在通气发酵过程中富集的微生物在起作用。 作者认为经过灭菌的发酵稻草无效，说明在灭菌过程中微生物或其产生的活性物质遭到破坏失活。新鲜稻草无抑制作用说明有效微生物或活性物质要经过一定时间的好氧发酵才能产生。稻草在通气发酵过程中富集的微生物对小球藻无抑制作用; 稻草发酵液对小球藻有一定的抑制作用，这可能是稻草发酵液中存在的原生动物所致;原生动物在稻草发酵液中可能比在发酵稻草中多，因此稻草发酵液对小球藻抑制作用较强。富集的有效微生物在发酵稻草中可能比在稻草发酵液中多，因此发酵稻草对鱼腥藻、念珠藻的抑制作用强。 2.2 从发酵物中分离的微生物对藻类生长的影响 通过不同的分离方法，我们得到了21株菌株，它们均为细菌。由于发酵稻草对小球藻的抑制效果不好，因此这次试验只采用鱼腥藻和念珠藻。试验发现只有B3菌对鱼腥藻、念珠藻有抑制效果，在加入该菌4d后，藻类基本死亡，而加其它菌株的处理与空白对照相同。 从表 2可 知，B3菌液对鱼腥藻、念珠藻有显著的抑制作用，而滤液对鱼腥藻、念珠藻没有抑制作用，说明起作用的是菌体本身而非其产生的代谢物质。 B3菌株是通过李越中的粘细菌分离方法分离得到的，纯化采用抗生素法纯化，经初步研究该菌株可能是粘细菌。 3 讨论 本研究证明发酵稻草及稻草发酵液对鱼腥藻、念珠藻有很强的抑制作用，从发酵稻草中分离出的B3菌株也对鱼腥藻、念珠藻有很强的抑制作用，初步说明发酵稻草对蓝藻的抑制作用可能是由于稻草在发酵过程中富集了大量有效微生物— B3菌的结果，而这种菌对蓝藻的抑制作用是有特异性的，它对小球藻无抑制作用。稻草发酵液对小球藻的弱抑制作用可能与发酵液中存在的原生动物有关，万宏和张昀报道稻草的培养液中有许多浮游生物，有的原生动物内含有被吞噬的藻类细胞的食物泡。B3菌株的特性及其抑藻范围还有待进一步研究，微生物是否能用于控制水体富营养化还需深入探讨。

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稻草浸泡液的抑藻效果与抑藻活性组分的初步分析 作 者： 朱擎 冯菁 吴为中 芮克俭 高航 ZHU Qing FENG Jing WU Weizhong RUI Kejian GAO Hang 作者单位： 北京大学环境科学与工程学院,北京,100871 刊 名： 北京大学学报（自然科学版）

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作 者： 朱擎 冯菁 吴为中 芮克俭 高航 ZHU Qing FENG Jing WU Weizhong RUI Kejian GAO Hang 作者单位： 北京大学环境科学与工程学院,北京,100871 刊 名： 北京大学学报（自然科学版） 稻草浸泡液的抑藻效果与抑藻活性组分的初步分析

稻草浸泡液的抑藻效果与抑藻活性组分的初步分析 朱擎 冯菁 吴为中 芮克俭 高航 北京大学环境科学与工程学院，北京100871；t通讯作者，E-mail：wuweizhong@pku．edu．ca 摘要通过XAD树脂固相萃取和Gc．MS解析，研究了不同降解方式和降解时间的稻草浸泡液中的控藻活性组分与抑藻效果的关系。结果表明，稻草本身存在抑藻活性物质，低温浸泡4天的无菌稻草液在2．5 s／L投加量下，对微囊藻的抑制作用达到了69．3％。好氧和厌氧降解稻草浸泡液均可抑藻效果，如厌氧和好氧浸泡15天的稻草液在1．5 s／L浓度下对微囊藻的抑制作用分别为83％和8l％。通过GC．MS检测，稻草浸泡液的活性物质组分主要有萘胺类、酯类和酚类，其中最为典型的酯类物质为邻苯二甲酸二丁酯以及其衍生物。随着稻草降解时间的延长，浸泡液中存在的有机物组分的种类与含量均有所减少，尤其好氧降解处理方式更为显著。稻草浸泡液抑藻物质和抑藻效果有明显的对应关系。 关键词稻草浸泡液；抑藻物质；邻苯二甲酸酯类；GC．MS 水华治理生物方法中植物秸秆化感作用抑藻是通过植物向环境中释放抑制藻类生长的化学物质而实现的。植物秸秆的控藻研究始于19世纪80年代，国外研究较多的是大麦秆抑藻。并已确认大麦秆浸泡液抑藻主要是由于其降解过程中产生的化感活性物质导致的。大麦秆对蓝藻中的微囊藻、鱼腥藻和绿藻中的小球藻都有产生了较好的抑制效果。近年来，对抑藻化感活性物质的提取和鉴定也有了很大的发展。Schrader研究了大麦秆降解过程中所产生的活性物质以及对蓝藻的抑制作用；Sunghun等在研究大麦秆等植物等对单细胞绿藻和蓝藻的有效抑藻效应后，进行了抑藻活性物质的检测，结果发现酯类和酚类是主要的活性物质。另外，国内外的一些研究者，如Greca等、Alliotta等、杨善元等㈨以及李锋民等也分别从马莲、宽叶香蒲、穗状狐尾藻、凤眼莲、芦苇等各种生物体或植物浸出液中分离鉴定了多种具有化感作用的有机化合物，并开展了一些抑藻活性物质与抑制蓝藻的相关研究。 我国也正在逐步开展相关植物秸秆如稻草、麦秆抑藻研究，但针对稻草秸秆的抑藻活性组分的研究还没有报道。本试验主要通过XAD树脂固相萃取和GC．MS解析，研究不同降解方式和降解时间的稻草浸泡液中的控藻活性缀分与抑藻现象的关系，并阐述其动态变化。研究成果将有利于揭示稻草化感抑藻的微观机理，为新的抑藻材料的开发及秸秆控藻的应用提供理论依据与实际指导。 1 实验方法 1．1藻种培养 铜绿微囊藻(Microcystis aerll,gitto$口)购自中科院武汉水生所(编号FACHB，905)，是我国常见的富营养化水华藻类。在150 mL锥形瓶中加入80 mL灭菌后的BGll 培养基，在超净室内无菌条件下接入铜绿微囊藻藻种。再放置于模拟人工气候室培养至指数生长期用于实验。人工气候室参数：气温控制范围20一25℃，光照条件2000 Ix，每日光暗比12 h：12 h。 1．2稻草浸泡液制备 稻草来自辽宁省某绿色生产基地，排除了农药残留等的影响。将风干的稻草秸秆剪碎后过5目筛网，实验时称取一定的剪碎的稻草，分别浸泡于装有去离子水锥形瓶中。一种采用密封置于4。C低温下浸泡4天；一种置于25℃下厌氧浸泡15天和30天；一种为25℃下曝气充氧浸泡15天和30天。 稻草浸泡液的后续处理：先用纱布过滤稻草渣，再用0，45 um混合纤维滤膜过滤。获得的稻草浸泡液用于抑藻试验和抑藻活性组分的解析试验研究。 1．3抑藻试验 抑藻试验在模拟人工气候室内进行。以BGll为培养基，接种对数生长期的藻种，接种藻浓度为2×105～5×l05cell／mL。培养3天后再分别加入稻草浸泡液，以风于稻草于重计折合浓度梯度为0，0．5，1．0，1．5，2．5和5．0 g／L。每个浓度梯度设置3个平行样。抑藻试验培养5天后，测定各锥形瓶的叶绿素a含量，计算实验室条件下不同处理方式和不同处理时间下稻草浸泡液对铜绿微囊藻的抑制率(IR)。公式表征为 IR为抑制率；C0为对照的藻生物量叶绿素a；C为稻草抑藻的藻生物量叶绿素a。 1．4稻草浸泡液中活性物质的提取 对稻草浸泡液采用纯化的XAD-2，XAD-8树脂混合填充柱固相过滤吸附、乙酸乙酯洗脱萃取和K-D浓缩器处理等，获取稻草浸泡液活性组分的提取样品，置于4℃冰箱内保存待测。具体方法参见文献[i6]。 1．5样品检测 采用GC．MS(Agilent)进行提取物质的分析检测。迸样条件为：迸样量10皿，载气流速1 mL／min；升温程序起始温度50。C(1 min)，增温速率10。C／min，终始温度300℃(30 mill)；MS扫描模式为全扫描，检测范围为35．0—600．0。 2试验结果与分析 2．1稻草浸泡液的抑藻现象与抑藻效果 稻草的不同降解方式、降解时间的浸泡液的抑藻效果如图1所示。 由图1(a)可以看出，低温浸泡的稻草液具有明显的抑藻效果，随着投加量的增加抑藻效果增加，在2．5 g，L投加量下，对微囊藻的抑制作用达到了69．3％。采用短时间的低温浸泡，可以认为稻草浸泡没有生物降解发生，当排除生物相的情况下发生抑藻现象，可以推断稻草本身含有对藻类具有抑制作用效果的化感物质。 从图1(a)厌氧降解稻草浸泡液抑藻效果变化曲线可以看出，不同厌氧降解时间的稻草浸泡液，在低浓度投加量时对藻类的生长有一定的促进作用， 这是由于稻草溶于水产生的无机及有机的营养物质能促进藻类生长，在低稻草液投加量下，稻草液中抑藻化感物质的量较少，故而低浓度稻草液促进了藻类的生长。但在稻草浸泡液投加量≥1．5 g／L下均表现出了显著的抑藻效果。且随着投加量的增加对藻类的抑制作用明显增强，如厌氧浸泡15天的稻草液在稻草投加量分别为1．5和2．5 g／L浓度条件下产生83％和91％的抑制率。15天和30天比较，随 着厌氧降解时间的延长，抑藻效果有所下降。从图l(b)好氧降解稻草浸泡液抑藻效果变化曲线可以看出，15天好氧降解浸泡液的抑制效果随着投加量的增大而明显上升，而30天好氧降解浸泡液在0．5～2．0 g／L的投加量范围对藻类的生长有明显的促进作用，仅在投加量≥2．5 g，L以上时才表现出一定的抑藻效果。 比较厌氧和好氧两种降解条件下稻草液抑藻效果，起效浓度的浸泡液(5 g，L>C>1 g／L)在同等浓度下厌氧浸泡的效果就明显高于好氧，如厌氧浸泡15天的稻草液在1．5 g／L浓度条件对微囊藻产生83％的抑制率，而好氧的只有46％；厌氧浸泡30天的稻草液在2。5 g，L浓度条件下产生9l％的抑制率，而好氧的只有14％。 2．2、抑藻物质分析 稻草的不同降解方式、降解时间(5天低温浸泡、15天厌氧、好氧浸泡处理、30天厌氧、好氧浸泡处理)的稻草液经过XAD树脂固相萃取、乙酸乙酯洗脱萃取以及K-D浓缩器浓缩处理后，采用GC／MS进行仪器检测。稻草浸泡液的组分分析的色谱一质谱图解析结果列于表1。 从GC．MS谱图解析的主要提取物的组分情况看，好氧降解处理的稻草浸泡液的组分与同期厌氧处理方式相比较，活性组分物质种类数量明显减少，可能活性物质在好氧条件下容易分解。好氧和厌氧处理稻草液中活性物质的种类和含量都随时间减少，说明活性物质会随着时间推移而降解。结合抑藻效果，厌氧处理稻草液的抑藻效果优于好氧处理，而同种处理方式下的15天的稻草液抑藻效果优于30天，这说明活性物质组分的多少与抑藻效果之间存在对应关系。本实验稻草浸泡液的活性组分分析研究结果表明，稻草浸泡液的活性物质组分主要为萘胺类、酯类、酚类。其中最为典型的酯类物质为邻苯二甲酸二丁酯以及其衍生物。 3讨论 从稻草降解方式来看，厌氧浸泡的效果大致好于好氧浸泡液。从稻草的不同降解时间看，随着降解时间的延长，抑藻效果有所下降，尤其好氧降解处理方式更为显著。从抑藻现象可以推断，不同降解方式、降解时间下的稻草浸泡液的抑藻活性组分的含量和种类可能发生了变化。 近年来，对抑藻化感活性物质的提取和鉴定也有了很大的发展。化感物质是植物次生代谢的产物，种类繁多，结构多样，从目前报道的化感物质来看主要有酚类、萜类、酸酯类、生物碱等。近年来对抑藻化感活性物质的提取有了很大的发展，目前已从各种生物体中分离鉴定了多种具有化感作用的有机化合物。分离出来的化感物质涉及多种有机化合物。Schradero从大麦秆降解过程溶液中检测出多酚类物质、不饱和脂肪酸、赖氨酸、阿魏酸和葸醌等物质，对蓝藻具有抑制作用。Sunghtill等在研究大麦秆等植物等对单细胞绿藻和蓝藻的有效抑藻效应后，也进行了抑藻活性的检测，结果发现酯类和酚类是主要的活性物质，而且相对于酚类来讲，酯类具有更强的抑制效果，并通过GC／MS检测得到二辛酯和己二酸等主要的抑藻化学成分。Greca等p1从中分离出三萜、甾醇、木质素及苯丙三醇等对羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)有着很好的抑制作用抑藻物质；Alliotta等¨叫从宽叶香蒲中分离得到对小球藻和鱼腥藻有抑制作用的d亚麻酸、d亚油酸及一个未知的不饱和18碳脂肪酸和一组甾醇物质。在对穗状狐尾藻的抑藻活性物质提取研究也取得了很好的结果，从中提取出的鞣花酸、五倍子酸、焦酸和儿茶酚等化感物质对铜绿微囊藻表现出抑藻效果性。 本实验通过GC—MS对稻草液活性物质解析表明，稻草浸泡液中主要含有酸酯类物质。最为典型的是简单结构的酸酯以及邻苯二甲酸酯类物质，也存在少量的酚类、胺类物质。好氧和厌氧条件下稻草浸泡液的活性组分会产生变化，特别是好氧条件下稻草浸泡液中的很多物质会发生分解。结合抑藻效果，厌氧处理稻草液的抑藻效果优于好氧处理的，处理15天的稻草液抑藻效果优于30天的，这说明活性物质组分的多少与抑藻效果之间存在对应关系。 值得关注的是，无论是厌氧处理、好氧处理以及没有生物作用过程的直接浸泡处理的稻草液，均检测出了相对较高水平的邻苯二甲酸酯类物质，而在系统的空白试验中没有检出。近来的研究表明PAEs具有环境激素的作用，能干扰生物和人类的内分泌系统，因此由它引起的环境污染问题已经受到了全球的关注。稻草浸泡液的活性组分中PAEs物质是稻草生长过程合成产生，还是来自于环境的污染通过水环境、土壤环境的污染进入植物体内，其来源有待进一步研究。 4 结论 1)稻草浸泡液中存在抑藻活性物质，低温浸泡4天的无菌稻草液在2．5 g，L投加量下，对微囊藻的抑制作用达到了69．3％。 2)好氧和厌氧降解稻草浸泡液均可抑藻效果，如厌氧和好氧浸泡15天的稻草液在1．5 g／L浓度下对微囊藻的抑制作用分别为83％和81％。 3)稻草浸泡液的活性物质组分主要为萘胺类、酯类和酚类。其中最为典型的酯类物质有邻苯二甲酸二丁酯以及其衍生物。 4)随着稻草降解时间的延长，浸泡液中存在的有机物组分的种类与含量均有所减少，尤其好氧降解处理方式更为显著。 5)稻草液中抑藻活性物质的种类与抑藻效果有对应关系，厌氧降解稻草浸泡液的效果好于好氧，相对的厌氧降解浸泡液中活性组分的种类和含量也高于好氧稻草浸泡液。 目前，中国湖泊污染情况严重，80％以上的湖泊受到污染，主要污染特征是水体富营养化¨“。中国具有丰富的稻草资源，如果能利用稻草抑藻，将极具潜在的实用研究价值。

大麦秆控藻研究进展 吴为中芮克俭* 刘 永 北京大学环境学院北京 100871 摘要大量实验研究证明大麦秆是一种很具前景的抑藻物它能有效控制引起水体富营养化的各种藻类生长优化水生生物的组成结构例如水体中放入大麦秆可以增加无脊椎动物以及鱼类的数量从而达到改善水生生态系统的目的大麦秆的 抑藻机理非常复杂研究已经排除了营养物质以及大麦秆上遗留杀虫剂对藻的抑制作用现在除了传统所认为物理和生物机 理外最为认可是化学机理即大麦秆在有氧降解过程中能产生的诸如酚类酯类蒽醌类活性物质它们能够很好的抑制 藻类生长但是确切的有效化学物质的提取还需要通过GC/MS 等方法进一步研究在小型水体尤其是鱼类养殖水体中可 以直接施用大麦秆以改善水体总之大麦秆是一种环境友好生态安全经济适用的有效控藻物质应用前景广阔 关键字大麦秆抑藻机理有效组分 中图分类号X52 文献标识码A 文章编号1672-2175 2005 06-0972-04 作为水生生态系统中的重要组分藻类不仅可 以生产有机物同时也为多种微生物的生长提供庇护但由于近年来人类的强烈干扰使得水体的形态发生了改变并且向水体输入了大量的营养物质从而引起藻类的暴发和水生生态系统的退化[1]对人体健康生态和景观等各方面都造成了严重的危害， 因此迫切需要寻求合适的控藻方法 目前常用的控藻方法主要是源头控制生物控制和化学控制源头控制通过对进入水体的营养物质的削减来达到从根本上抑制藻类生长的目的但在目前实施的难度较大且无法解决内源污染问题生物控制通过保护和增加食藻生物的方法来控制藻类的繁殖已取得相当的成效如武汉东湖通过放养鲢鱼和鳙鱼来缓减蓝藻水华[，但它需在对水域生态系统进行详细研究的基础之上才能实施具体的应用比较复杂通过投加杀藻剂如硫酸铜丙烯醛高锰酸钾等的化学方法可暂时缓和藻类的生长但其副作用大并可能产生生态危害， 不易推广此外还有人工捕捞法但它会人为改变水生生态系统的结构且捕捞上来的藻渣难以处置1980 年代以后随着对化感作用等相关研究的深入一种新的利用大麦秆进行抑藻的方法逐步得到应用通过现场和室内实验研究人员充分证实了其控藻有效性并对其机理进行了研究由于大麦秆具有经济安全高效的抑藻特征被认为是一种极具前景的控藻物质本文通过对大麦秆抑藻有效性的实验总结阐释了目前在机理方面的研究进展并通过总结分析指出相关研究领域的方展方向 1 大麦秆控藻的有效性研究 自1980 年代起大量的现场和实验室研究发现大麦秆在水体中的降解可以有效抑制包括蓝藻绿藻硅藻等多种藻类的生长进而控制富营养化的发展并有效改善水生生态系统的结构和功能 1.1 抑藻与富营养化控制 无论是现场试验还是实验室实验都证明大麦秆对多种藻类都具有显著抑制作用在现场试验中一般在向水体投入大麦秆3 ～6 个月后即产生明显的抑藻现象如Gibson 等在Chesterfield 对一个废弃的以团集刚毛藻(Cladophora glomerata)和水绵(Spirogyra sp.)丝状藻为主的高度富营养化水体的实验发现大麦秆的投入对水体中藻的抑制率达到了90%[类似的在苏格兰的一个面积为25 000 m2 硅藻和蓝藻大量爆发的水域试验发现经过大麦秆处理以后水体中的藻量减少一半富营养化现象得到了有效控制。 实验室内对不同种类的藻类进行的实验也同样证实了大麦秆在抑藻上的有效性Barrett 等对小球藻(Chlorella vulgaris) 团集刚毛藻(C.glomerata)溪生克里藻(Klebsormidium rivulare) 鞘藻(Oedogonium sp.) 黄道带饰月牙藻(Selenastrumcapricornutum) 水绵(Spirogyra sp.)和水毛枝藻(Stigeoclonium tenue)的大麦秆抑制进行实验研究并证明了其良好的抑藻效果此外Martin & Ridge对微囊藻鱼腥藻和颤藻等进行了实验发现大麦秆浸出液浓度在很低时就会对绝大多数藻类的生长产生显著抑制作用其中铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)4 个品系最为敏感受到的影响最大。Daniel & Ferrier 还首次进行了大麦秆对海藻腰鞭毛虫的研究结果证明大麦秆不仅对淡水藻类有抑制作用对海藻同样具有抑制作用而且其效果相对淡水藻来讲更加稳定持续。 另外在澳大利亚加拿大南非瑞典等也都有用大麦秆成功抑制藻类生长的报道。 1.2 改善水生生态系统 大麦秆不仅抑制藻类生长还能有效改善水生生态系统结构增加水域中的生物多样性Emily等研究大麦秆对几种常见的浮游植物和蓝绿藻的作用效果,在试验过程中发现大麦秆对所选的几种藻都有一定的抑制作用并且能够优化其生物链的物种结构这说明大麦秆可以改变水体中物种的组成在某种程度上对以改善物种组成为目的的水体提供了有效的解决方法。 在现场水域的试验中大麦秆在水生生态系统的改善方面有着更为明显的表现Harriman 等实验发现大麦秆在水域中能够为无脊椎动物提供庇护场所从而增加其数量并能为鲑鱼等提供丰富的食物来源进而优化水体中的食物链结构。 Everall & Lees 在英国德贝郡的一个55 000 m3 的水域中进行的实验发现其水质明显得到改善水体中的物种构成也发生了变化大型水生植物恢复了其主导地位。 Caffrey & Monahan 在爱尔兰的一个丝状藻类盛长的运河中进行实验同样发现丝状藻得以有效控制水体中植物种群也发生了优化这说明大麦秆的降解产物不仅能够抑制藻类的生长同时还能为各种不同的动植物重新生长繁殖提供条件并以此增加水域中的生物多样性为重构水生生态系统提供帮助。 2 大麦秆抑藻的机理探讨 虽然大量的实验已经证实了大麦秆抑藻的有效性然而对其机理的研究仍处于探索之中并且经历了不同的研究阶段早期在发现大麦秆抑藻现象后曾有假设认为是某些污染物如残留在大麦秆上的杀虫剂是其抑藻的主要原因而随后的实验则证明这种假设是不成立的。同时在实验过程中对营养元素N P 的检测表明水体中营养物质的浓度基本没有变化都能够满足藻类的正常生长这也基本排除了外界营养元素对藻类生长的限制此外通过再生性实验即把受试的藻类转移到正常的培养液中发现其仍能照常生长说明大麦秆不是直接杀死藻类而是通过减慢藻的繁殖发育而达到抑藻的目的 综合来看大麦秆的抑藻机理大体上可归为三类物理机理生物机理和化学机理而其中化学机理得到普遍认可 2.1 物理机理 物理机理主要是通过减弱水体的光照强度来间接达到抑藻的目的这也是常用的控藻方法之一在美国就有一种名叫Aqua shade 产品其应用能够使水体变成深蓝色以减少藻类生长所需的光照从而达到控藻目的在大麦秆的降解过程中会不断产生大量的有色物质这些物质能够减弱进入水体的光照强度阻碍藻的光合作用进而抑制藻类的正常生长然而近年来大量的实验发现物理机理并非是大麦秆抑藻的主要机制。 2.2 生物机理 生物机理认为大麦秆可引起水体中的无脊椎动物浮游动物及微生物的增加通过无脊椎动物浮游动物对藻类的大量吞噬作用而产生抑藻效应在赵英魁做的大麦秆抑制淡水藻类生长的实验研究中以斜栅列藻(Scenedesmus obliquus)为对象发现水体中的无脊椎动物数量增加并指出这可能是抑制斜生栅藻生长原因之一。 类似的万宏等在以稻草秆为原料而进行的抑藻实验中发现加入稻秆的培养基中出现了许多的浮游动物包括一些纤毛虫其细胞食物泡内含有被吞噬的藻细胞这同样说明藻类的减少可能是基于生物作用而产生的， 然而根据对降解大麦秆浸出液中分离出的真菌进行抑藻实验结果发现大麦秆的抑藻机理并不完全是由真菌作用产生的而且也不仅仅是由某些微生物作用产生的。 随后Ridge 等人不对大麦秆浸泡而是对其磨碎或高压蒸汽灭菌后进行抑藻实验即在排除微生物影响的情况下也发现其同样具有抑藻效应， 说明了大麦秆的抑藻作用不完全是由生物作用产生的 2.3 化学机理 对化学机理的研究发现大麦秆是通过有氧降解过程中产生的化学物质而具抑藻效应的早在1990 年Gibson 等通过实验就推测了大麦秆的抑藻是由于其自身在降解过程中释放的活性化学物质产生的早期的研究也大多认为木质素的氧化产物是大麦秆抑藻的主要活性物质Ridge 等人在对大麦秆浸泡液的抑藻实验中得出其抑藻物质来源于木质素的氧化产物。 而且木质素相对缓慢的降解速度也是大麦秆具有较长抑藻作用的原因有氧条件是产生最佳抑藻效果的关键的条件而且抑制物质具有不稳定性所以要保证抑藻作用的持续性需要间断性的向水体增加大麦秆量。随后的研究越来越多的认为大麦秆的抑藻物质是由可溶性木质素的氧化过程中产生的多酚类物质。 Pillinger在根据进一步的研究发现酚类物质并非直接的主要抑藻物质大麦秆的降解过程中真正产生强抑制作用的是醌类物质而且实验表明其抑藻效应是酚类的103 倍。 这与此后Schrader 的研究相吻合大麦秆降解过程中所产生的多酚类物质以及其它的如不饱和脂肪酸赖氨酸阿魏酸蒽醌等都对蓝藻具有很强的抑制作用是非常好的抑藻化学物尤其是蒽醌是一种极具潜力和环境友好的自然除藻剂。Coopar 等也对醌的抑藻机理就行了研究醌在水中首先转变成腐殖酸在阳光照射下催化生成单线态氧和过氧化氢而过氧化氢可以有效地抑制铜绿微囊藻的生长。 此外在对具体的抑藻活性物质的筛选方面也进行了大量的研究Everall & Lees 对大麦秆提取液的甲醇和非甲醇提取样进行了GC/MS 分析结果显示有很多有机物的存在如长链脂肪酸p-甲醇苯酚联二苯和丁酸。 Sunghun 等也研究了包括大麦秆菊花秆稻草和艾属植物等对单细胞绿藻和蓝藻的作用其抑藻效果都很好并通过GC/MS检测得到二辛酯和己二酸等化学物质都是主要的抑藻成分分析结果表明酯类和酚类是主要的活性物质而且相对于酚类来讲酯类具有更强的抑制效果 万宏在对稻草秆抑藻试验中也发现丝状藻的降解实质上与原生动物的摄食作用无关,可能是稻草秆产生了某些抑藻因子,如酚类化合物对羟苯甲酸阿魏酸香草酸和香豆酸等。 3 结论与展望 3.1 大麦秆控藻的优点与不足 大麦秆是首先被发现的能够抑制藻类生长的自然植物它存在广泛来源丰富抑藻效果好并且持续稳定能够辅助改善水生生态环境恢复大型沉水植物及无脊椎动物的生长但是它实际应用中的不足在于会影响水体的美观妨碍水体的部分娱乐功能并且在大麦秆投放一定时间一般为6～12 个月后就不再具有抑藻效应而且对它的后期处置问题也未有很好的解决途径 3.2 大麦秆控藻的研究展望 在对大麦秆的抑藻机理研究中已经提取出了一些有效的抑藻活性化学物质可以对其做进一步的实验研究通过化学分析手段进一步确定有效的抑藻组分对分离出的物质作更深入的抑藻机理探讨或者针对相关物质进行藻类生长的联合抑制实验得到最佳抑藻效果的物质组分从而开发出环境友好的高效控藻制剂 大量的相关研究发现大麦秆是一种很好的改善富营养化的材料具有经济有效和对环境友好的特点应用前景广泛根据目前的研究可以看出它的抑藻能力强对很多藻类尤其是蓝藻有着很好的抑制作用且对其它的水生生物没有毒副作用 同时还能够为水鸟无脊椎动物等提供优良的生境增加生物多样性有利于改善水生生态系统结构是国际上控制蓝藻水华的一种新途径 现在也已有很多商业性的大麦秆出售即把切碎的大麦秆蓬松的装在网兜内根据情况适当地放置在水体内就可以起到很好的控藻作用在英国约有70%的鲑鱼养殖水域都使用大麦秆来控制水体的富营养化 在小型水体中大麦秆的使用在转换水体的优势种过程中也具有很好的效果在已是富营养化的水体中大麦秆能够在不降低水体中的N P 营养物质浓度情况下减少藻类的生长量恢复大型水生植物的主导物种地位因此在以恢复大型水生植物为主要目的的小型水体中大麦秆的使用是最佳的选择此外也需提供实验确定最优的大麦秆投放方式如Barrett 等发现将大麦秆切碎并放置在直径50 mm 网孔10~12 mm 的塑料管状网每个长10 m 中可有效提高大麦秆的降解效率且无需对后期的未降解大麦秆进行处置工作[ 富营养化问题已经成为我国目前最紧迫的环境问题也是最频繁发生的水环境灾害特别是大量存在的富营养化的城市景观水体至今没有找到一种有效控制藻类水华发生的方法鉴于大麦秆的抑藻有效性可以进一步从控藻机理以及应用方式等方面开展研究工作我国是农业大国农业秸秆资源极为丰富大麦秆的抑藻研究成果也可以为利用农业秸秆资源开展控藻技术研究提供指导探索一条控制蓝藻水华的新途径

上海市从源头到龙头供水工艺研究 乐林生， 吴今明， 安东 (上海市自来水市北有限公司，上海200086) 摘要： 上海市黄浦江水源水存在有机物和氨氮含量过高等污染问题。详细介绍了针对黄浦江水源水质所构建的从源头到龙头供水新体系的整体思路和工程应用情况，通过试验研究确定采用生态混凝土护坡技术、输水渠道沿程生物降解、水厂高效净化示范工程和安全输配水为主体建设的示范工程，采用新技术高效澄清池、新型滤池和臭氧活性炭深度处理等水处理工艺流程，对主要污染物形成多级屏障，最终形成安全饮用水保障体系。 关键词： 源头；龙头；黄浦江；供水工艺 1研究背景 从源头到龙头供水主体工艺流程是在全面考察黄浦江原水的水质特性(污染物分子质量水平的测试和水处理特性)的基础上，经一系列小试和中试后科学制定的饮用水安全保障组合集成系统。这些技术应该在解决水污染控制某些重大问题时起到核心或关键的作用，进行关键或核心技术系统集成，把集成的技术成果应用于解决重大的实际问题和支撑 重大的工程建设。 黄浦江水源水污染以有机污染和氨氮含量过高为主要问题，春、冬季的氨氮浓度较高，劣于V类标准，平均为2．5 mg／L；耗氧量年均为6．4 mg／L，劣于Ⅲ类标准，最高值为8 mg／L；藻类平均密度在几十万到几百万个／L，藻毒素MC—RR、MC—LR浓度较低，最高值分别为548、189 ng／L；有机物分子质量以小于3 ku的为主，含量为60．6％。 2从源头到龙头的供水新体系 从源头到龙头的供水体系由水源水质改善、水厂高效净化、管网安全输配三大部分组成。根据具体内容又分为：生态混凝土护坡技术、输水渠道沿程生物降解、水厂高效净化示范工程和安全输配水示范工程，具体流程如图1所示。 生态护坡对有机物和氮源污染具有降解功能；采用输水渠道可使水中的氨氮和有机污染物在引水渠道中完成生物降解过程，起到生物预处理的作用；水厂高效净化技术集成了科技创新中的多项关键技术，能有效解决水体中的有机污染、嗅、味等突出问题，采用臭氧活性炭深度处理技术使得污染物得到进一步的去除，确保更加优质、安全、稳定的饮用水；建立具有示范功能的饮用水安全输配示范小区，有效解决上海市的供水管网陈旧、锈蚀严重、在输水过程中易造成二次污染等问题。 在对示范工程单元技术研究的基础上，开展示范工程关键技术的系统集成，使得水体在此过程中得到净化，对污染物质形成多级屏障，最终构建形成系统集成的饮用水安全保障技术系统。 3从源头到龙头的保障技术 3．1 水源地生态护坡技术 针对黄浦江河道自然护坡易遭侵蚀和硬质护坡导致植被生长不足的问题，自主研发了生态混凝土的制备方法和生态护坡技术。生态混凝土抗压强度达到10 MPa以上，空隙率为15％一25％；连续孔隙的孔径为集料平均粒径的25％一27％，平均孔隙直径为4～5 mm。此外，还研发了生态混凝土球、生态混凝土球状砌块(4球连接、16球连接)和生态混凝土板状砌块等生态护坡构件及其成型技术，提出生态护坡使用的生态混凝土构件铺设方式及工艺流程。 在此研究基础之上，选取上海市上游取水口位于黄浦江上游离松浦大桥约1 800 m处，江面宽为3 500 m，两侧分别有得胜港(河)和女儿泾(河)，取水口宽度约为500 m，如图2所示。 上海市上游取水口采用普通混凝土护坡，护坡宽度为12 m，护坡采用浆砌块石护脚，中间用混凝土矮墙分割，紧靠防汛墙处的护坡坡度为0．1，外侧坡度为0．2。 3．2水源水输水渠道沿程生物降解 黄浦江上游引水工程包括上海市松浦取水泵站、临江泵站、严桥泵站以及40 km的混凝土渠道和10 km大型管道。该工程总设计水量为540×104m3／d；每池水量为270×104 m3／d。 将取水头部的调压池改造成短时间的生物接触氧化池，优化生物接触氧化池内的曝气强度，出水不设沉淀池，使悬浮的生物膜随水流进入输水渠道，并维持较高的溶解氧浓度，同时利用中途泵站的调压池和沿途检查井的复氧作用，把引水渠道设计成好氧生物反应器，使水中的氨氮和有机污染物在引水渠道中完成生物降解过程，起到生物预处理的作用。通过理论分析并结合沿程水质实测，确定了在工程实例中黄浦江原水有机污染物和氨氮的生物降解速率常数。 3．3杨树浦水厂高效净化示范工程 水厂高效净化工程水处理流程图如图3所示。 该部分示范工程中集成了众多关键技术，包括药剂投加、污泥处理、构筑物参数优化等，其中对高效澄清池技术、V型滤池和臭氧活性炭滤池进行详细介绍。 原水首先经过预臭氧工艺进行氧化，进入高效澄清池后分别投加硫酸铝和PAM，然后进行V型滤池过滤，常规处理之后接臭氧生物活性炭工艺进行深度处理，出水进行加氯接触消毒，加碱调节出厂水pH。该工艺流程的设计充分考虑建筑用地条件紧张等实际情况，选用高效澄清池等工艺可使整体布置紧凑、占地面积小，采用在砂滤池底部建设消毒接触池、活性炭滤池底部建设清水池、臭氧车间底部建废水回用池等措施，充分节约用地。 3．3．1预臭氧技术 臭氧预氧化工艺可有效把大分子有机物转变为小分子有机物，同时可有效降低水中致突变物的含量，预臭氧工艺对黄浦江水源水色度和嗅味的去除效果见图4和图5，其中臭氧投加量为1．5 mg／L。 采用黄浦江水源水的试验研究表明，采用优化的臭氧投加量，预臭氧工艺对色度和嗅味均有较好的去除效果，对色度的去除率>90％，嗅阈值也有较大的降低。 实际工程中，预臭氧接触池臭氧投加量为1．5mg,／L，臭氧有效接触时间为3 min。单格预臭氧接触池有效容积为394 m3。 3．3．2高效澄清池 试验采用混凝剂投加量分别为40 mg／L和30mg／L，原水浊度为49 NTU，CODMn含量为5．4 mg／L， 对浊度和CODMn的去除率见图6和图7。试验表明，在试验pH值范围内，pH越低则对CODMn的去除率就越高，显然浊度的去除受水体pH值的影响不大。 试验期间还进行了高效澄清池与平流沉淀池在相同原水水质和混凝剂投量条件下的平行对比试验，混凝剂投量均为24 mg／L，高效澄清池回流污泥量为0．95 m3／h，助凝剂投量为0．1 mg／L。试验结果表明，水厂平流沉淀池出水浊度为1—2 NTU，平均为1．5 NTU，高效澄清池处理后水浊度均小于1NTU，平均为0．68 NTU。在相同的混凝剂投加量条件下，高效澄清池处理水比水厂现有平流沉淀池处理水的浊度低。 鉴于高效澄清池对浊度和有机物较高的去除效果，采用高效澄清池技术作为水厂高效净化工艺的一部分。高效澄清池与其他工艺相比，具有5大优势：①独特设计的高能快速反应区；②絮凝区中高分子有机药剂PAM的应用；③絮体由絮凝部分至澄清部分的低速传输；④浓缩区污泥与絮凝部分之间的循环；⑤澄清部分设置斜管。 3．3．3臭氧活性炭滤池 臭氧活性炭工艺对CODMn的去除效果见图8。 根据试验结果，确定臭氧最大投加量为2．5mg／L，优化投加量为1．5～2．0 mg／L。活性炭滤池采用V型滤池形式，设计规模为36×104 m3／d，滤速为9．9 m／h，炭床厚度为2 m，空床停留时间为12min。双排布置，每组5格，共10格，单格过滤面积为158 m2。滤料采用四种不同活性炭进行，活性炭的选择标准根据中试规模试验确定，在安全制水的同时考察不同活性炭对污染物的去除效能差别。考虑到活性炭密度较小，取消V型滤池表面扫洗过程，滤池采用气水分别单独反冲洗，采用短柄滤头配气配水，通过试验研究确定采用单气冲强度为55m3／(m2•h)，单水冲强度为25 m3／(m2•h)。 3．4用户专管安全输配水 水池池体、水箱箱体为混凝土构筑物，内壁衬不锈钢板。水泵采用不锈钢材质。管道采用PPR塑料管。小区排管管材采用PE(聚乙烯)塑料管。道路专管全部采用内、外壁涂塑螺旋型钢管。 通过使用新型管道，在相同的出厂水条件下，该小区供水水质得到较大改善，如表1所示。 打开龙头马上采样比较两小区水质情况，经过多次采样测定平均值，示范小区色度平均减少5倍，浊度平均减少1．16 NTU，铁平均减少0．18 mg／L，余氯增加0．2 mg／L，锰、细菌总数和大肠杆菌数都无明显变化。试验结果说明，示范小区采用新型管材供水，供水水质在打开龙头条件下明显改善，体现感观性状的色度、浊度、铁等指标显著减少。 供水水质稳定状态时，取样测定水质参数结果如图9所示，示范小区出水浊度为0．29 NTU，对照小区的为0．33 NTU，示范小区出水铁平均含量为0．055 mg／L，对照小区的为0．061 mg／L，两个小区出水锰含量相当。 4结论 针对黄浦江水源水质特点，构建了从源头到龙头供水新体系，采用了包括生态混凝土护坡技术、输水渠道沿程生物降解、水厂高效净化示范工程和安全输配水为主体建设的示范工程，通过试验研究证实，采用的新型水处理技术对水体中存在的污染物质具有很好的去除效果，对上海市乃至太湖地区水处理工艺具有一定的示范意义。

国内外给水厂净水工艺研究综述 王星 (江西省南昌供水有限责任公司) 摘要：本文介绍了给水厂净水工艺的发展过程。通过对不同净水工艺的比较研究，结合我国现有条件，提出在优先考虑强化常规工艺的前提下，发展预处理和深度处理将是给水厂改造的主要方向。 关键词：给水厂净水工艺研究综述 l 引言 随着社会经济的高速发展与城市化进程的加速，水源污染的问题日趋严重，生活饮用水中有毒有害物质明显增加，特别是有机化工、石油化工、医药、农药、杀虫剂及除草剂等生产工业的迅速发展，有机化合物的产量和种类不断增加，饮用水的水质问题已经受到人们的普遍关注。因此，有必要对给水厂的净水工艺进行深入研究，以满足日益提高的水质标准的要求。 2净水工艺的发展过程研究 给水厂是给水工程的核心部分，它是控制水质、净化水质的主要环节。饮用水常规工艺的主要目标是去除水源水中的悬浮物、胶体杂质和细菌。我国的给水技术是世界上发展最早的国家之一，利用明矾作为药剂在世界上也属于领先地位。我国城市供水量大幅度增加，城市供水普遍跟不上经济发展和人民生活水平的提高，人们同时又受到水质污染的威胁，从而促使取水水源及净水工艺技术的不断改进。 给水处理的方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求而确定。在逐渐认识到饮用水存在水质污染和危害的同时，人们也开始了长期不懈地对饮用水净化技术的研究和应用。到20世纪初，饮用水净化技术已基本形成了现在被人们普遍称之为常规处理工艺的处理方法，即混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒。这种常规处理工艺至今仍被世界上大多数国家所采用，成为目前饮用水处理的主要工艺。 在二十世纪七十和八十年代，给水工程技术人员面临的主要问题是工程的投资效益，即如何以最低的工程总投资来完成简单的处理目标。因此，在这段时期里，研究出了许多比较经济的净水技术和工艺，这些研究包括改进沉淀池设计，出现了斜管沉淀池、斜板沉淀池和气浮池等快速澄清工艺，还有快速过滤工艺和将絮凝、沉淀和过滤工艺组合在一起的专用集成设备。 然而，到了二十世纪八十和九十年代，水体微污染加剧，使得仅对水源水以传统水处理工艺进行处理难以满足要求，必需进行深度处理，这更进一步加大了新建水厂工艺选择的难度。因此，水源水中各种有毒有害有机物的去除已成为研究热点，并出现了新的水质污染指标和规定。例如，总三卤甲烷、挥发性有机物和最大污染物浓度等。为了对待这些新情况，满足净水处理要求，工程技术人员和研究人员已经成功地设计出去除水中有机污染物的方法。这些方法，如化学氧化、活性炭吸附和强化混凝处理等，在过去的十多年里一直是主要的研究方向。另外，许多持久性有机物，例如多环芳烃(PAHs)和有机氯农药(OCes)等，在环境中残留水平很低，对综合指标BOD、COD和TOC等的贡献很小，但危害却很大，具有潜在生态和健康威胁性。多环芳烃是一类特殊而稳定的环状结构的化合物，难降解，容易在生物体内富集，具有明显的。三致”效应。美国环保局在其优先控制污染物黑名单中列出了16种多环芳烃。有机氯农药可长期滞留环境中，不易光解，也难通过化学或生物方式降解，且由于其高脂溶性，易在生物体内的脂肪组织中富集，进而通过食物链放大。<关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约)中首批控制的12种化合物中，有9种属于含氯杀虫剂。现有的混凝沉淀、煤砂过滤和活性炭过滤的工艺对多环芳烃和有机氯农药都有良好的去除效果。但随着饮用水标准的提高，为保障出水水质需要，应考虑合适的深度处理工艺。强化混凝、臭氧+活性炭与现有常规处理工艺相结合。美国环境保护局于1996年3月开始着手于建立并开发食品、饮料中的内分泌 干扰化学物质的筛选方法；同年8月，欧洲经济协力开发机构也开始了内分泌干扰化学物质的试验方法的开发；日本厚生省也于1998年3月开始着手有关食品和自来水等的内分泌干扰物质的暴露及其危害性研究。 我国有关自来水安全性的研究起步比较晚，而有关环境中内分泌干扰物质方面的研究工作则是刚刚开始o 此外，现代水处理工艺采用自动控制技术监控生产过程已是一种趋势，当前发达国家给水程序中的自动监控技术已经发展到较高水平，我国则经历了从20世纪80年代的引进国外系统装置再消化吸收，到90年代开始自主研制批量生产，并在净水厂广泛应用的过程。目前，随着国民经济与工业生产的发展，给水过程的自动监控技术在我国得到了迅速发展。 3关于不同的水质参数对应不同的水处理工艺研究 综观给水净水工艺的发展历程，表l列出针对不同水质参数而选择的不同处理方法. 从表l可以看出，结合混凝工艺的快速砂滤池是给水处理中最通用的处理方法。然而。在常规处理工艺基础上，增加的预氧化和吸附以及二者的联用是解决当前水源遭到污染的主要方法。如周立红．张淑琪等，应用Ames试验。对几种组合净水工艺对水中致突变物的去除效果进行评价，以寻找最佳工艺组合。并对其中较为理想的一组工艺，采用膜过滤法研究各单元工艺对不同相对分子质量的有机物的去除特点，以了解各种工艺对去除水中致突变有机物的贡献。另外。在我国生物预处理技术也已经开始得到应用。这里新提出的膜过滤将是未来很有发展前途的净水处理技术。 4净水工艺的改造研究 4．1净水工艺改造策略研究 目前我国各自来水厂的水源大都遭受生活污水与工业废水的污染，如水源水中原本就含有的天然有机物(NaturalOrgcc Matmm，NOM)，其主要是亲水、酸性、多分散的腐殖质，在一定条件下能与一些物质反应生成对人体具有慢性或急性毒性的物质，如腐殖质能与消毒剂氯反应生成氯仿及其他具有。三致”作用的消毒副产物，已成为最主要的消毒副产物的前体物。另外，随着工业和农业等废水的排入，饮用水源水受到了人为的污染，水源水中人工合成有机物(Synthetic Or-ganacCompounds，SOC)的数量不断增大。种类增多，有的具有更强的。三致”作用。这些原水经水厂常规工艺净化，浊度不易得到很好控制，滤池易堵塞(藻类影响)，出水有机物浓度高(生物不稳定，易使输配水管道中细菌滋长，恶化水质)，氨氮浓度高，使加氯量增加进而使消毒副产物(如三卤甲烷、卤乙酸等)量增加，提高了饮用水的致癌风险，使出厂水有异味，水质下降。针对以上情况，净水厂的工艺改造有以下几种方法：a．增加深度处理构筑物，如活性炭吸附(或者臭氧一活性炭联用)技术；b．增加预处理构筑物，如生物预处理(接触氧化池或生物滤池)；c．不增加常规工艺前、后的净化构筑物，在现有工艺上改造，如强化混凝、强化过滤、优化消毒；d．综合采用前面几种技术。 具体来说，给水厂净水系统技术改造的内容主要包括如下几个部分： a．针对水源水的污染特性。增设必要的预处理设施。预处理技术包括投加化学氧化剂，如臭氧、高锰酸钾；投加吸附剂，包括粉末活性炭和活化粘土；以及生物氧化技术等。特别是生物氧化预处理技术(如曝气生物滤池)，由于本身存在的一些优点，自二十世纪八十年代以来，在许多国家得到重视。我国部分城市水厂也已经开始了这方面的工作。 b．混凝技术改造。改造的基本方法可因地制宜选用静态混合器、利用水泵和加装机械搅拌混合器等。 c．絮凝技术改造。改造的基本原则是创造适宜的水力条件，使絮凝的各段过程中尽量接近最佳GT值。对打碎絮体的部位需扩大断面积，对GT值过小的部位加装网格或阻流装置。如要适当增加絮凝时间则可适当地占用一些沉淀池空间来解决。 d．沉淀池、澄清池的技术改造。改造的基本方法是加装斜管或斜板。 e．过滤技术改造，改造为煤和砂的双层滤料滤池；可考虑采用轻质(煤或陶粒滤料)、粒径较粗、滤层较厚的均匀滤料。滤池采用气水联合反冲洗，改善冲洗效果，节约冲洗水量。 f．助滤剂的应用。在进滤池的水中再加注少量(一般为l一3mg／L)的混凝剂或微量(一般几十ug/L)高分子絮凝剂，能明显改善水的过滤性能，显著提高去除率。这是改善过滤出水水质的一个非常重要措施。投加助滤剂后，出水浊度明显降低，但运行周期会相应缩短。经试验，采用助滤剂方案时，如运行周期尚长，可不改变滤层．否则要同时把滤层改为双层滤料或均粒滤层并加装表面冲洗以改善冲洗效果。 g．增设活性炭吸附或生物活性炭(臭氧一活性炭联用)深度处理设施，进一步控制出厂水中的有机污染物的浓度，减少卤代物质的生成量。 h．在无条件建立活性炭滤池时，可在过滤前投加粉末活性炭(PAC)，或将滤池改造为活性滤池。 i．优化消毒工艺，使用氯胺、二氧化氯、臭氧等消毒剂，降低消毒副产物的产生量，提高饮用水的卫生安全性。 j．采用膜技术，可以替代常规工艺和深度处理工艺，并可以去除部分溶解性无机盐。 k．水厂自动控制的技术改造，目的是减低能耗，优化工艺参数，保证出水水质。 4．2常规净水工艺的强化研究 在我国当前的经济和技术条件下，最经济可行的办法是在现在净水工艺基础上进行改造。采取强化混凝与强化过滤的办法，可以不增加构筑物，因此单位水量lm3改造费用只需20一25元，运转费用只需增加0．03—0．05 元／m3。氨氮及亚硝酸盐氮去除率80一90％，有机物CODMn去除率15—20％。 a．强化混凝工艺心 在混凝工艺中，可多投混凝剂使有机物的水化壳压缩，水解的阳离子与有机物阴离子电中和，消除由于有机物对无机胶体的影响，从而使无机胶体脱稳。也可投加絮凝剂，增加吸附、架桥作用，使有机物易被絮体粘附而下沉；投加氧化剂，使有机物被氧化。同时，调整混合与絮凝反应的时间，使药剂充分发挥作用，即从水力条件上改进。 b．强化过滤工艺 强化过滤滤池主要功能是发挥滤料与脱稳颗粒的接触凝聚作用而去除浊度、细菌。如果滤料洗涤不干净，滤料表面就会积泥，当预加氯时抑制了滤料中生物的生长，因此滤料层没有或较少生物降解作用。如果不预加氯，滤料层中就会有生物作用，滤池出水中氨氮有所降低，亚硝酸盐氮增加就是具有亚硝酸盐菌的结果。强化过滤就是让滤料既能去浊，又能降解有机物，降解氨氮、亚硝酸盐氮。这样，就需要在滤料中培养生物膜，要既有亚硝酸盐菌，又要有硝酸盐菌使氨氮、亚硝酸盐氮都得到有效去除。综合给水厂的净水工艺状况，把不同工艺的机理、功能、净水效果和费用比较列为一个表格，便于分析和比较，具体详见表2。该表的依据是1993年12月中国建筑工业出版社出版的<给水排水工程概预算与经济评价手册>中给水工程构筑物技术经济指标，这里选取气水反冲V型滤池作为生物陶粒池、双阀滤池作为活性炭滤池投资(直接费)计算，间接费以直接费的50％计，再乘以价差调整系数2进行投资估算。估算中生物陶粒池滤速采用6m／h，活性炭滤池采用10m／h，臭氧发生装置以产lkg03／h投资37．5万元计算，生产lkg03耗电35kwh，每kwh以0．8元计，折旧以15年回收计算。运转管理人工费以每月1000元计。 5国内外研究评述及未来研究展望 综合给水厂不同净水工艺的去除指标和经济上增加的费用，我们得出的基本结论是：在我国现有经济和技术条件下，在优先考虑强化常规工艺的前提下。增加预处理和深度处理将是今后我国水厂进行改造的主要方向。在预处理中，生物预处理发展前景广阔。在深度处理中，活性炭或者生物活性炭(即臭氧一活性炭联用)将是主要的发展趋势。

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在春天外界气温升高，造成水库逐渐分层，水库底层微生物活动家具，消耗大量溶解氧，形成还原氛围的厌氧带，这种缺氧状态加速了水库底泥中氮、磷等污染物质的释放。扩散到水库表层的氮、磷，为藻类提供了丰富的营养，再加上从充足的阳光和适宜的温度，造成藻类等浮游植物大量繁殖。藻类生长释放大量的溶解氧而使表层形成好氧带，浅型水库所特有的活性反应带内高度富集了底泥释放的有机物和因微生物代谢或分解形成的挥发性有机物，水质相当恶劣。 3月份的曲线表明：温度、溶解氧、pH和氨氮基本上是一条水平的直线，水体活性带没有形成，而是位于库底底泥表层。此时实际水深6.5m，最深处和表层水的温度相差1.15℃，溶解氧相差0.96mg/L,pH相差0.08个pH单位，氨氮相差则更少，只有0.001mg/L,水库水质较好。但此时气候开始转暖，地温上升，水体开始分层，而且库底已开始有溶解氧的减少，表明耗氧微生物活动开始加剧，底泥营养物质开始释放。 5月份，实际水位已只有4m，温度、溶解氧、氨氮均分别在3.5m深处发生突跃，曲线上出现明显的拐点，即在离库底0.5m的水域，温度和溶解氧降低的梯度增大，氨氮增加的速率也增大，说明活性带已经形成，并由3月份

在春天外界气温升高，造成水库逐渐分层，水库底层微生物活动家具，消耗大量溶解氧，形成还原氛围的厌氧带，这种缺氧状态加速了水库底泥中氮、磷等污染物质的释放。扩散到水库表层的氮、磷，为藻类提供了丰富的营养，再加上从充足的阳光和适宜的温度，造成藻类等浮游植物大量繁殖。藻类生长释放大量的溶解氧而使表层形成好氧带，浅型水库所特有的活性反应带内高度富集了底泥释放的有机物和因微生物代谢或分解形成的挥发性有机物，水质相当恶劣。 3月份的曲线表明：温度、溶解氧、pH和氨氮基本上是一条水平的直线，水体活性带没有形成，而是位于库底底泥表层。此时实际水深6.5m，最深处和表层水的温度相差1.15℃，溶解氧相差0.96mg/L,pH相差0.08个pH单位，氨氮相差则更少，只有0.001mg/L,水库水质较好。但此时气候开始转暖，地温上升，水体开始分层，而且库底已开始有溶解氧的减少，表明耗氧微生物活动开始加剧，底泥营养物质开始释放。 5月份，实际水位已只有4m，温度、溶解氧、氨氮均分别在3.5m深处发生突跃，曲线上出现明显的拐点，即在离库底0.5m的水域，温度和溶解氧降低的梯度增大，氨氮增加的速率也增大，说明活性带已经形成，并由3月份贴近库底底泥，上升到距离库底0.5m处。 7月份，水位进一步下降，只有3.5m，温度、溶解氧、氨氮突跃发生两次，第一次发生在水深2.3m附近，第二次发生在水深1.5m附近，活性反应带继续向上迁移，并上升到2m（距库底）。 最深处和表层谁的温度、溶解氧、氨氮分别相差3.24℃、16.03mg/L、1.215mg/L,pH相差0.66pH单位。和5月份相比较，库底微生物活动、底泥释放的营养物质及藻类繁殖均达到非常严重的程度。 此时，上下水体温度突跃层分开而减少对流，导致溶解氧无法穿透突跃层，原有的溶解氧被有机物分解 ，被底牺生物和还原性污染物所消耗，使中下层水体缺氧呈还原状态。这时厌氧细菌活跃，有机物分解生成二氧化碳，下部水体pH逐渐下降。到夏末秋初，pH由中性偏碱接近中性，如pH由3月份的8.28，降到5月份的7.87，再到7月份的7.69。 9月份，雨季来临，水库开始大量蓄水，待水库水质稳定后，相同条件下进行水质调查。调查时水位已经有13.5m，但活性反应带仍然向上迁移。数据显示活性带已上升到距离水库底部大约4.5m，并维持相对稳定。这时因为，一方面，已经进入秋季，外界气温开始转冷，水库开始和春天热分层完全相反的水体分层，因此活性带仍然继续维持，并有继续向上迁移的趋势；另一方面，秋季风大，使水缺氧的水库底层水和富含氧气的表层水发生混合，其结果是使活性带向下迁移，破坏活性带。因此，这两方面的作用相互抵消，会使活性带维持相当长的一段时间，然后后者占据优势，平衡被打破，活性带开始向下迁移。 最深处和表层的水温的温度、溶解氧、氨氮分别相差只有0.73℃、7.4mg/L、0.127mg/L,pH值也只有0.24pH单位，和5～7月份的数据相比发生巨大变化。这是由于水库库容增大，水体中氮磷等营养物质的浓度下降了许多，从而抑制了藻类的繁殖，因此表层溶解氧明显降低。 11月份，数据显示温度、溶解氧、pH、氨氮曲线基本上是直线，只是溶解氧在接近水库底层附近略有降低。由于季节引起的水体分层已基本结束，同时因气温降低，微生物活动受到抑制，底层水溶解氧相对充足，活性反应带和厌氧带被‘挤压’在底泥表面，整个冬季活性带只能维持这种状态，只有几厘米。 温度、溶解氧、氨氮在表层和底层的差距非常接近于3月份的数据，并由此开始新的循环。 夏末秋初，表层水温随气温逐渐下降，库水形成对流。这种对流可达到底部，带去的溶解氧也可能达到这层，为中下部水体增加了溶解氧，使中下部水体逐渐转化为氧化状态。随冬季向春季过渡，水体pH值逐渐回升，恢复到中性偏碱水平，水体各项指标呈均匀分布状态。与库水对流相应的是，库水的中下部水体一年四季周期性呈现了氧化状态≒还原状态，活性带上下迁移，而上层水体由于风的混合，大气复氧及浮游植物的光合作用，一年四季富氧且pH较高。 通过上述研究，卧虎山水库活性带具有如下迁移规律：在每年的11月份至来年的3月份被‘挤压’在水库底泥表面，并从3月份开始，因水库热分层而使活性带开始向上迁移，至5月份时大体位于距库底0.5m左右的水域内，至11月份活性带基本消失，重新被‘挤压’在水库底泥表面附近。 该规律适用于一般浅水湖泊、水库，只是因气候条件、降雨状况等不可抗拒的自然条件，会使活性反应带在水体中具体位置略有差异，但迁移规律一般不会变化。 影响活性反应带形成的因素 根据上面的研究，水库活性带的形成至少要同时具备如下条件：(1)当地存在能形成水体热分层的气候条件；（２）水力停留时间足够长；（３）水库底部存在能够提供丰富营养物质（如内源性氮和磷）的底泥。 具有能形成水库水体热分层的气候条件是该水体能否形成活性反应带的关键因素，但能否有足够的水力停留时间和水库底部是否有能够提供内源性氮磷营养的底泥是水库能否形成活性反应带的两个缺一不可的必要条件。 在研究卧虎山水库的同时，对本市新建成的鹊山水库÷德州三水厂自备水库和潍坊峡山水库进行了相关研究，这些研究实例从另一方面能够解释上述活性反应带形成的条件。 水库库内治理工程对策 按照前面研究的水库活性反应带形成和迁移规律，为减少水体氮.磷本底水平。抑制藻类过渡繁殖，从而改善水库出水水质，可采取一些必要的工程措施以防止活性区的形成与迁移，如破坏已形成的活性区（解层技术），或避开活性区取水。 （１） 湖泊水库清淤。底泥是水库活性区反应带形成和迁移的必要条件，是内源营养盐的唯一来源，只要清除底泥，减少营养物质的释放，使水库维持较低的营养水平，就不会导致水库营养化。氮清淤耗资巨大（尤其对大型水库），实施起来难度不小，此外还要考虑到污染物质在底泥中的分布规律.水库库容以及城市供水的影响等诸多因素，因此要谨慎实施、 （２） 破坏活性反应带－解层技术。如果水库形成活性反应带的条件，如导致热分层的气候条件.水力停留时间.底泥过多等，因不可抗拒的原因无法实施，可考虑破坏活性反应带。如果采取一些必要的工程措施，加速局部水体对流.消除温度和溶解氧的突跃层，使水体在垂直方向上温度.溶解氧相同，底部水体一年四季保持氧化状态。 （３） 避开活性反应带。如果无法消除，也无法破坏活性反应带，可考虑避开活性区，最先考虑的工程措施是分层取水。目前用于城市供水水源的水库大多采取其农灌取水口，一般在水库的底部以便于重力自流。根据前面的研究，活性反应带一般从底泥表面开始向上一直延伸到距库底３～４m。因此城市供水取水口采到的均是活性反应带内水质最差的一部分。如果分层取水，便可避开活性反应带。

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龙虎泡防洪和水库工程 龙虎泡水库是利用天然泡沼建成的蓄水水库，兴利最高水位分近期和远景，近期水位为138.2米，相应库容为3.58亿立方米，远景水位为138.6米，相应库容为4.02亿立方米，死水位为135.8米，相应库容1.1亿立方米。 龙虎泡水库工程由大小龙虎泡隔堤、龙坑围堤等工程组成。龙虎泡隔堤近远期水位仅差0.4米，按远期规模设计，一次建成。

关于摇蚊虫在水厂防治的讨论 摇蚊虫在水厂各个工艺环节的管理上可能存在疏漏，主要有以下三个方面: (1 ) 由于水厂大部分建筑物均为敞开式，在繁殖季节，若卫生工作跟不上，摇蚊有可能在沉淀池、滤池等有水建筑物池壁产卵。 (2) 摇蚊 卵粒长约300u m .卵径约100u m，卵块长约10-25mm，宽度大于5-10mm，刚孵出的幼虫，长度约600-700u m ,宽约100u m。而滤池滤头上的滤缝宽为0.1- 0.2m m，理论上红虫及卵块(很难有单个卵独立存在)是穿不过滤料层及滤头的。但随着使用期延长，某些滤池滤板等地方破损就可能导致刚孵出的幼小红虫或虫卵在滤池反冲洗时穿过滤池进入滤后水再流进清水池。 〔3) 水厂的清水池一般有透气孔、溢流孔，这些与外界相通的气孔若没管理好，很容易让摇蚊等昆虫侵入，使它们在清水池滋生繁殖。近年在某些水厂清水池己发现有摇蚊存在就是实例。事实上，北京，上海等地曾出现的自来水红虫问题，经当时专家研究证实，均为净水厂清水池、沉淀池、滤池等构筑物滋生摇蚊而导致的，而最根本原因是净水厂的水源水已严重污染. 水厂摇蚊的防治要采取多种措施，综合防治的方法。 （1）要以物理防治为主的方法，影响和干扰摇蚊正常的繁殖环境。利用灯光驱蚊的方法虽然能够起到一定的作用，但是还不够彻底。 （2）定期清洗清水池和天天清扫水池池壁、集水槽，保持水池的清洁，也能够起到抑制摇蚊栖息和产卵的效果。 (3)定期用高浓度的消毒液定期长时间浸泡运行的沉淀池、滤池（6小时以上解决池壁虫卵问题）及定期清洗反应池、沉淀池底部积泥防止摇蚊虫、水丝蚓在水厂的二次繁殖。 （4）在运行过程中尽量减少滞水区，防止摇蚊虫在滞水区产卵。 （5）恒水位过滤的滤池反冲洗时，应将滤池中的表层水排放，减少气反冲洗时在水中产生的红虫、小鱼碎片在过滤时带入清水池并适当延长反冲洗时间。 (6)还有的水厂利用水面喷雾和池中养鱼的方法也能起到控制红虫发生的目的，但是与此同时耍考虑成本和是否增加池中副产物。 水厂要在每年的红虫多发季节，密切注意红虫的数量变化，及时采取投加二氧化氯等措施来控制红虫，将红虫及时消灭，要根据水厂实际情况计算出投加二氧化氯的量，尽量不要多加，一方面减少成本，另一方面减少水中剩余副产物。 最后，要尝试用bti制剂来防治红虫的发生，虽然bti还没有真正的在生产bit得到应用，本试验尚未完成bti制剂在生产的应用，但是本试验已经提供了实验室小规模试验的效果和依据，距离生产的应用还有待于以后的研究者继续研究。

低浊高藻水絮凝工艺优化研究 高艳玲赫俊国 (中国环境管理干部学院，秦皇岛066004)(哈尔滨工业大学市政工程系，哈尔滨150010) 摘要：本文通过生产性试验，研究了微涡漩理论对低浊高藻水的强化絮凝效果。试验结果表明，改型格网网格絮凝池能够提高沉淀水浊度、CODMo和藻类的去除效率。同时对絮凝体等效粒径和分形维数的研究表明，改型格网池形成的絮凝体粒径较大而且密实，沉降性能较好；文中还讨论了絮凝池的水头损失和絮凝荆投加量，改进格网池有一定的经济优势。实践表明，改型格网池处理低浊高藻水具有改善絮凝条件，提高水质，节约成本等优点。 关键词：改型格网池微涡漩等效粒径分形维数 1试验简介 深圳某水厂以深圳水库作为水源，原水浊度常年处于5～15NTU，水库水体富营养化严重，藻类含量在10 6～107个／I。，最高可达109个／L，具有典型的低浊高藻的特点。 该水厂设计规模35万m3／a，主体工艺采用臭氧预处理——网格絮凝——斜管沉淀——v型滤池，工艺流程见图1。其网格絮凝池共有8座，沿程分为27格竖并，絮凝时间14．7min，水头损失0．35～0．40m。由于原水的低浊高藻特征，该工艺自投产以来，絮凝效果不佳，沉淀池表面漂浮大量颗粒细小的矾花，而且斜管表面经常聚集大量矾花绒体，对水厂正常生产造成严重影响。如何优化与强化絮凝工艺参数，以适应这种水质，是需要解决的问题。2001年水厂自行对3 8网格絮凝池进行一次改造，调整后的格网池虽然取得了一定效果，但絮凝池水头损失增加，沉淀区跑矾花的问题没有完全解决。为此，水厂需要从改进絮凝技术人手，进一步改进网格絮凝池的絮凝条件，提高絮凝沉淀效果。 2试验条件和方案 2．1 网格絮凝池试验方案 水厂原絮凝池是基于速度梯度理论设计的，竖井内布网前密后疏，网眼流速分成2级，o•29m／s和0．23ra／s；Z001年水厂自行改进的格网池仍沿用速度梯度理论，网眼流速分为3级，0．42m／s，0．29m／s和0．23m／s。由于速度梯度理论自身的局限性，影响了网格絮凝池絮凝能力的充分发挥。因此，拟采用微涡漩理论优化絮凝工艺。 微涡漩理论从絮凝的微观动力学致因分析入手，从亚微观尺度研究絮凝的动力学问题，水流经小孔眼的格网后产生高比例和高浓度的微涡漩，带动悬浮颗粒之间高效碰撞，利用其离心效应促进颗粒凝结，促进脱稳析出的小矾花颗粒由小到大，由松散到密实，既可以保证矾花的尺度和密实度，叉增强了矾花的抗剪切能力。大尺度涡漩的絮凝条件差，在絮凝池流道中设置多层格网使能量均衡输入，有效的消除大尺度涡漩，增加微小尺度涡漩比例，从而促进矾花问进一步凝并。 在本试验中依据微涡漩理论优化网格絮凝工艺，以改型格网替换原有格网。以沿程剪切力恒定作为控制参数，使其孔剪切与过格网剪切相当，保持稳定工况。为保证矾花不被水流扰动打碎，控制流速为0．23m／s，保证水力半径R=0．008m和Fr=V2／Rg=3，以此确定改型格网的孔眼大小，并在竖井中布设多层格网，间距为孔眼尺寸的20倍。三种絮凝池的速度控制参数见表1。 2，2试验条件 2003年3月到5月进行生产性试验，监测4＃絮凝池，同时将3＃池和5＃池作为对照池。图2列出了试验期间的原水情况：原水浊度变化范围2～15NTU，高锰酸盐指数 CODMn是1．5～5mg／L，藻类是3～5×107个／L。 絮凝剂采用深圳产碱式氯化铝(PAC)，A12O3含量为lO％。用石灰调节pH值。生产性试验中，控制pH=8，调整混凝剂的投加量，进行了三组试验，试验方案见表2，其中PAC的投加量以AI203计。 2．3主要检测项目及方法 试验检测指标除了沉淀出水的浊度、藻类含量、COD‰等常规指标以外，从微观角度，直接考察絮凝池中矾花的形成情况，采用的检测手段有：FCD水下摄像系统和DH⋯CPAS颗粒图像分析系统。 3结果与讨论 3．1浊度 试验期间沉淀池的出水浊度检测结果如图3。 图3的试验结果显示，三个沉淀池出水都低于1．25NTU，而且随着投药量的增加都呈下降趋势；在相同的PAC投加量下，4＃池的沉淀出水浊度最低，比3＃和5＃低0．1～0．2NTU；在相同的沉淀出水浊度时，4＃池的PAC投加量最小，3＃居次，5＃最大。 3．2高锰酸盐指数和藻类 絮凝沉淀对于高锰酸盐指数(CODmn)和藻类的去除率见图4。从中看出，三个絮凝沉淀池都可以除去30％0以上的CODMn和70％以上的藻类；4＃池的去除率最高，同其他两池相比，呈现了一定的优势。 对常规项目的分析结果表明4＃絮凝池中形成矾花沉淀性能较好，3＃次之。改型格网池通过产生微涡漩控制颗粒合理而有效的碰撞，并利用水流的紊动强度限制矾花颗粒的不合理增长，最终形成密实的絮凝体，从而改善絮凝条件，降低沉淀出水浊度，提高对有机物和藻类的去除效果。 3．3 ECD水下摄像系统分析 矾花的性质直接反映絮凝效果的好坏，试验采用FCD水下摄像仪器对矾花的形成情况沿程监测。FCD水下摄像仪器将流过其内部通道的水流拍摄下来，用专用机软件计算矾花絮体的平均粒径，平均粒径的大小能直接反映絮凝的效果。FCD仪器的检测范围设为≥0．1mm的颗粒。试验过程中，将FCD沿程放在絮凝池的竖井中，记录矾花的平均粒径．絮凝池的沿程矾花增长监测结果见图5。 从图5中的3条曲线可知：1)矾花都是沿程增长的，4＃絮凝池内的矾花增长的速度最快，3＃次之，5＃最慢；2)4＃池内的矾花平均粒径在20号竖井就已经增长到0．4mm以上，而3＃和5＃絮凝池内的矾花要在26号竖井才能增长到0．4mm以上；3)絮凝池末端的矾花的平均粒径，4＃池可以达到0．42mm以上，高于3＃池和5＃池。这些现象说明改进后的4＃絮凝池的矾花增长较快。 3．4能耗分析 试验期间对调整格网后絮凝池中的水头损失变化情况进行了测定。在同等水量(1880m3／h)条件下运行，检测絮凝池起端和末端的水位差，11日是絮凝池的水头损失，结果见表3。 4＃絮凝池的水头损失最小，仅为5＃的84％或者3 8的66％。若在同一水头损失前提下运行，4＃絮凝池具有更大的过水能力，有进一步为水厂增产水量的可能。 絮凝剂费用分析：对3组试验的絮凝剂费用进行分析，结果如图6。 从图6看出，三条费用曲线都随着沉淀水浊度的升高而降低，其中4＃絮凝池的絮凝药剂费用曲线在最下方，表明4 ＃的经济性最好： 1) 在相同的沉淀水浊度情况下，4＃池的药剂费 用较少；2)当费用相同时，4＃絮凝池的沉淀水浊度较低。 以上两点说明，按微涡漩理论设计的改型格网絮凝池能够实现节能降耗，具有良好的技术和经济优势。 4结论 通过生产性试验对三种絮凝池效果的对比分析，得出以下结论： 1)基于微涡漩理论改进的改型格网池对于处理低浊高藻原水具有较好的技术适应性；与传统絮凝池相比，沉淀水浊度低0．1～0．2NTU，同时对CODMn和藻类有较高的去除率； 2)改型格网池絮凝池形成的矾花颗粒粒径较大，结构比较密实； 3)经济分析结果表明，改型格网池可以降低网格絮凝池的水头损失，能量利用率高，挖潜能力大，在设计规模水量条件下，平均水头损失仅为传统絮凝池的60％--80％，如果在同等絮凝能耗条件，有进一步提高产水量的可能； 4)在同样沉淀效果时，改型格网池的絮凝剂费用最低。

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学习了~ 真利害