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利用蓝藻运动规律原位治理蓝藻水华-上海欧保环境
作者:欧保环境发表时间:2018-11-11浏览量:3677
蓝藻在水中的运动分为下沉、悬浮、上浮以及漂移四种情况。在静水条件下,绝大多数非浮游的藻类会下沉。藻类通常比水重,且会在水中下沉,藻类要悬浮于水中必须增大浮力以克服自身重量,多发生于微囊藻并且会结团漂移。
藻类增大浮力的措施包括:产生伪空胞(蓝藻特有的结构特征)、调节自身重量和储存密度较轻的脂类等。藻类通过悬浮机制使自己尽可能停留在水体表面,以获得生长的机会,造成了藻类上多下少的垂直分布。在大型浅水湖泊,风浪作用条件下蓝藻细胞(团)在水柱中呈均匀分布;而当风浪消失后,蓝藻细胞(团)即迅速上浮形成水体表面可见的水华。蓝藻颗粒的上浮速度随着细胞团的增大而加快,适度的扰动促使蓝藻细胞团碰撞而形成更大的细胞团,更容易在水动力消失后快速上浮形成水华。湖流的辐合辐散是蓝藻水华上浮后形成可见的斑块形状、位置、漂移和聚集的决定因素。风场高度多变与不稳定,会导致蓝藻水华“暴发”的时空分布呈现多变的动态特征。
001在8~25℃环境下,蓝藻呈上浮运动,且随着温度的升高,上浮速度增加。
002在0~0.1MPa压强条件下蓝藻上浮;0.2~0.3MPa压强时大部分蓝藻悬浮于水中只有少部分上浮或下沉压强0.4~0.6MPa 时,蓝藻明显下沉,且随着压强的增加下沉速度加快,压强为0.6MPa时下沉速度大于0.5、1.0、1.5、2.0 cm/min的蓝藻分别占总量的 64.5%、52.5% 、41.5%、31.4%.常压下,蓝藻粒径越大,上浮速度越快,密度越轻高压下,蓝藻细胞内气囊破裂,浮力减小,蓝藻粒径越大,下沉速度越快。
003下层水体中压力高、温度低、无光照,蓝藻上浮受到抑制,甚至下沉,利用混合技术将蓝藻混合到下层水体中,有利于控制蓝藻水华.蓝藻在光照度1500~6000 lx范围内均表现出较强的上浮性能,光照度为1500lx时上浮速度大于0.4、0.8、1.2cm/min 的蓝藻分别占总量的 72.5%、58%、46%;当光照度小于1500lx时,随着光照度的减小,蓝藻上浮性能逐渐减弱当光照度大于6000lx时,随着光照度的增大,蓝藻上浮性能逐渐减弱.原因是,在光线很弱时,蓝藻的生长趋于停滞,不再组装新的气囊,而老化的气囊在不断破裂使得上浮速度降低 在光线很强时,光合作用合成了大量的淀粉储存在细胞内,增加了藻细胞的重量,同时,合成物质增加了胞内渗透压,加速了气囊的破裂,浮力减小,从而使蓝藻上浮速度降低当藻颗粒重力与浮力平衡时便不再上浮。
004蓝藻在不同时刻上浮率变化特征是 22:00>10:00>14:00,晚上 22:00 和上午10:00 蓝藻在表层的上浮率比较接近,面下午14:00上浮率下降,此外,表层以下上浮率随时间没有明显变化规律。获得呼吸作用所需要的氧气和光合作用所需光照大部分藻类迁移到水体表面。光强和光质是影响蓝藻生长的重要因素,在表层水体,其光合作用大于呼吸作用,藻类净生长;在下层水体,呼吸作用大于光合作用,藻类净衰亡,部分藻类具有上浮运动能力,能在表层水中停留尽可能久的时间,以获得更多的生长机会,从而导致表层的上浮率总是大于底部。藻类的运动及悬浮状态是藻类自身重力和浮力调节的结果,当重力和浮力平衡时藻类悬停于水中。下午 14:00,光照强度相对其他两个时刻一般比较大,部分藻类逃避光强照射,而往下迁移,导致上浮率下降。
005浅水富营养湖泊,微囊藻在夜晚时集中在水表,而到了清晨,微囊藻失去浮力,导致水表层 0.2~ 0.3m的水柱中群体浓度下降了 50%,蓝藻的上浮率变化只有 0.1 左右,与之相差较大,原因可能是藻类的优势种不同
006原因在于蓝藻细胞通过光合作用调节其自身的比重——白天光合作用合成的糖类物质使得细胞比重增加, 引起细胞下沉; 晚上转为呼吸作用则消耗细胞中的糖分, 使得其比重下降, 导致细胞上浮湖面, 从而在早上形成水华.
007伪空泡广泛存在于浮游蓝藻中,其主要功能是为细胞提供浮力。德国微生物学家Klebahn (1895)最早在光学显微镜下发现水华蓝藻细胞内存在气囊,此种气囊含有气体,可以为细胞提供浮力。70 年后,Bowen和Jensen (1965)指出气囊由众多圆柱形的气泡垛叠而成,他们
将这些气泡命名为伪空泡(gasvesicle)。伪空泡的主要功能是为细胞提供浮力,通过它的破裂与重新合成,蓝藻细胞可以调节自身在水体中垂直分
蓝藻在湖流和风场作用下不断移动
蓝藻生长期较短,整个生命周期可分三个阶段:生长期、高峰期、衰亡期。蓝藻生长期内通过光合作用细胞增殖,水柱体的藻类总量迅速增加;高峰期蓝藻密度达到最大,出现气囊与胶鞘,在合适的气象、水文条件下上浮,水面呈鲜亮的绿色;衰亡期蓝藻开始腐烂降解,蓝藻衰亡5天后变为黄绿色,衰亡22天后变为浅黄色,衰亡50天后变为白色。
蓝藻气囊能承受0.4~0.7 kPa的外部压力,当压力超过这一压力时,气囊将不可逆转地破裂,从而使蓝藻失去浮力而下沉. 沉淀蓝藻经过一段时间培养后,气囊逐步恢复,部分藻类再上浮,在1000 lx光照度、 25℃条件下培养8、 24、 48 h后,藻细胞再生气囊占加压前气囊总体积的比例为31.02%、 45.68%、 81.05%.
所谓深井灭藻(灭藻阱),值得深度探讨
加压藻在不同光照度下经过24 h培养,藻类都发生了不同程度的上浮,上浮比例中可见,光照度为500 lx时,藻类上浮比例最大,增大或减小光照度均不利于藻类上浮. 沉淀藻类的再上浮受两方面因素控制,一是藻类气囊的重新组装而增加浮力,二是藻细胞光合作用合成淀粉类物质而增加重量. 当光照度较弱时,合成物质较少,重量轻,易上浮. 光照度较强时,合成物质多,重量大,同时渗透压增加,易导致气囊的破裂,因而上浮少. 因此,减小或增大光照度均不利于藻类的上浮,与经典的浮力调节机制是一致的。
上海欧保环境利用蓝藻动力学特征,采用微生态强化模式,原位置治理水库的蓝藻水华。
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20年 · 欧保环境水生态治理
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