流速对藻类生长影响的试验研究

　　摘要：水华的发生除与营养盐、光照等条件有关外, 还和水体的流速等水文条件有关。以故宫筒子河为例, 分析了推流技术对水体水华的抑制效果, 证明增加水体流速可以在一定程度上抑制水华。在此基拙上介绍了水体流速对藻类生长影响的试脸研究, 探讨了水体流速与藻类生长的关系。

　　关健词：流速 抑藻 影响

　　水体流速影响藻类生长现象得到了越来越多人的认识,但目前国内外在此方面的研究还开展的较少。本文对流速对水华发生的抑制效果进行了分析, 并通过人为模拟天然水体营养状况, 对流速与藻类生长的关系进行了试验研究。

　　1 推流器应用抑制水华效果分析

　　1.1 应用概况

　　潜水推流是一种主要的水体强化流动技术, 它通过水下推动设备的运行, 增加水体流动性, 保持水体处于流动的紊流区, 增加溶解氧, 抑制藻细胞生长速度, 防止水华发生。

　　故宫筒子河自2001年以来, 夏季连续爆发水华, 严重影响了其景观功能。2003年故宫筒子河西华门以北安装了12台潜水推流器, 在一定程度上对水华起到了抑制作用。2004年在原有基础上扩大规模增至18台。运行期间对其叶绿素a含进行了监测, 以考察其效果。

　　1.2 效果分析

　　监测点布置见图1。对照点流速为零。

　　综合分析监测结果, 得出如下结论：

　　（1）叶绿素a随着运行时间的增加逐渐降低, 由运行初期的150μg/L左右降低到后期的80μg/L左右, 可以看出潜水推流技术对水体藻类有一定抑制作用, 但其运行过程中可能受外界影响较大（如放水）等, 所以监测结果不稳定。

　　（2）对照点处水体长期处于静止状态, 流速几乎为零。从结果看, 对照点叶绿素a明显高于推流区内点, 也说明潜水推流技术对抑制藻类水华有一定作用。

　　筒子河实例证明, 增加水体流速确实可以在一定程度上抑制水华。为进一步研究流速对藻类生长的影响, 设计了下述试验进行研究。

　　2 仪器及设备

　　具体仪器及设备见表1。

　　3 试验方法

　　3.1 试脸布置

　　试验自2004年9月23日至10月25日在北京市水利科学研究所永乐店试验基地温室中进行。采用2个（1#、2#）长宽深约11.5m×1.73m×0.6m的混凝土水池, 每个池子内再分为2个两端相互连通的流道, 各宽0.8m；再做1个（3#）3.55m×4.55m×0.8m的水池, 作为空白。水池为半地下形式, 底部先铺防渗膜, 然后再砌砖抹混凝土, 以防底部渗漏, 见图2。

　　3.2 流速控制

　　根据以往经验, 试验点井水在夏季放置一定时间后藻类也可生长, 因此利用井水进行试验。在池中均加入井水至0.5m深。

　　利用电机和自制拨水器推动水体在槽内循环流动。利用减速器和变频器控制流速, 通过调节变频器的频率调整水槽内的流速, 使用流速仪进行测定, 调整到需要值。

　　控制2个槽流速为0.05m/s和0.20m/s。经流速仪侧定,发现除拐角处和拨水器附近等局部地方流速明显偏大不能满足要求外, 其余地方水平和垂直方向流速均变化不大, 因此可近似认为槽内流速均匀。

　　3.3 初始营养物质投加

　　根据后海发生水华时的水质, 选取营养元素目标浓度为TN（2.5mg/L）,TP(0.25mg/L) ,TC(5.00mg/L)。首先测定井水目标营养元素含量, 然后根据槽内水体体积计算出现有目标营养元素质量, 再计算出所需加入的目标营养元素质量。见表2。加入含目标营养元素的物质分别为：KNO3、KH2PO4和NaHCO3。将一定质量的上述物质用少量池水完全溶解后分别投洒到池中, 并充分搅拌均匀。

　　4 结果与分析

　　水池中投加营养物质后、开始推流之前, 在3个池中分别取样并测定相关指标；实验开始后根据情况每隔一段时间取样测定。指标包括水温、气温、TN、TP、叶绿素a等。

　　4.1 感官变化

　　根据现场观察, 试验开始后10d左右3#池水最先发生变化, 颜色变绿；18d天后1号池水也变绿, 较浑浊, 但比3#池稍好, 3#池水颜色最绿, 最浑浊, 且水面有大黄白色饱沫, 不能见底；此时2#池最好, 基本无变化, 水体透明澄清而试验后期随着时间延长, 30d天后2#池水颜色也逐渐变绿, 变浑浊。

　　4.2 温度

　　以每日14：00的气温和水温做图。见图3。由图3可以看出, 试验前期, 受天气影响10月1日气温明显降低；10月2日到10日之间气温比较稳定, 之后出现明显上升；但试验后期自10月15日以后, 气温则明显地逐渐降低, 由10月14日的37℃下降到10月25日的13℃ 。在气温变化的这一过程中, 水温则变化趋势不明显, 自始至终保持在18-24℃之间, 这说明水温变化较气温变化幅度缓和, 这也是试验后期气温降低而藻类始终都能生长的原因。

　　4.3 叶绿素a

　　叶绿素a随时间变化情况见图4。

　　由图4可以看出, 3个池子叶绿素a初始值没有差别,含均很低。但随着时间增加, 其含逐渐增加, 先是流速为零的3#池的叶绿素a增加, 在10月8日明显高于流速为0.05m/s和0.20m/s的1#池和2#池, 此时1#和2#并没有明显差别；然后，流速低的1#池的叶绿素a开始增加，在10月12日开始高于2#池，而此时3#池叶绿素a已经开始下降；然后，流速高的2#池在10月23日叶绿素a出现明显增加, 此时3#池略有回升, 而1#池仍在增加, 已明显高于3#池。至10月25日实验结束时, 3个池子的叶绿素a值仍均呈增加趋势。总体来看, 流速为零的最先发生水华, 流速低的其次, 流速高的最后发生。

　　4.4 TN和TP含量

　　试验过程中TN没有明显变化趋势；TP试验初始时为0.10mg/L, 结束时为0.05mg/L。根据藻类生长特性, 其生长过程中会从水中吸收氮、磷等营养元紊, 并将其转化为细胞组成部分, 因此藻类细胞中的TN和TP值会相应增加, 而水体中的TN和TP值则会相应减少, 但水池中总的TN和TP值不会变化。但藻类在流速小的水体中容易附着在池壁上, 若取样时没有将水体搅拌均匀, 藻类仍附粉在池壁上, 则可能造成样品中藻类数少, 从而TN和TP值偏低。因此试验过程中TN、TP数值变化可能与此有关。

　　5 结论

　　从3个池子叶绿素a变化趋势可看出, 3#池藻类最先增加, 其次是1#, 最后是2#, 说明在本研究流速范围内, 增加水体流速确实可以抑制藻类生长, 延缓水华发生。尽管本研究证实了水体流速大小与水华发生快慢之间存在一定关系, 控制水华发生的临界流速仍需进行进一步试验, 对雷诺数影响藻类生长也需进行深入研究。

　　参考文献

　　1 王红萍, 等.汉江水华水文因素作用机理——基于藻类生长动力学的研究[J].长江流域资源与环境,2004,13（3）：282-285.

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　　3 夏军.汉江富营养化动态模型研究[J].重庆环境科学，2001，23（1）：20-23.

　　4 彭进平，等.水动力条件对湖泊水体磷素质量浓度的影响[J].生态环境，2003，12（4）：388-392.

　　作者简介：廖平安（1971-）, 男, 工程师。

　　来源：《北京水利》2005.2