中国科学院生态环境研究中心杨敏团队WR：基于原位底泥重悬的水源调光抑藻技术

论文
作者

方 姣

李 延德

苏 命

曹 腾心

孙 旭锋

艾 宇帆

秦 晋一

于 建伟

杨 敏

发布于

2024年05月23日

Doi

https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122509

图文摘要

近日，中国科学院生态环境研究中心杨敏研究员团队在Water Research期刊发表题为“Mitigating harmful cyanobacterial blooms in drinking water reservoirs through in-situ sediment resuspension”的研究论文（DOI: 10.1016/j.watres.2024.122509）。

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控制有害蓝藻水华在全球极具挑战性，尤其对保护水源地至关重要。鉴于现有蓝藻水华控制技术在饮用水水库应用的局限性，我们提出了原位底泥重悬控藻的创新策略。通过实验室模拟实验评估了该技术控制蓝藻水华的有效性及其对水质的潜在影响，并在五个饮用水水库进一步验证了技术工作效果。结果表明，底泥重悬可以显著抑制蓝藻生长。在实验室模拟实验中，相较于对照组的蓝藻生长（生长速率为2.22 × 107 cells L-1 d-1），工作组的蓝藻密度得到有效控制，控制速率为3.82 × 106 cells L-1 d-1。此外，底泥重悬减少了生物可利用磷酸盐的浓度，提升了底泥氧化还原电位，从而抑制了底泥中磷酸盐的释放。底泥重悬操作不会向水源水库中引入外来物质，是一种适用于饮用水水库的经济安全的有害蓝藻控制技术。

引言

水源中有害藻异常增殖是诸多饮用水水质风险的重要来源，在水源中抑制有害藻爆发是解决藻源水质问题的根本性办法。由于饮用水水源的特殊性，适应于富营养化水体中化学除藻法往往带来二次污染与生态风险，基于面源营养盐削减的策略也无法在短期内解决饮用水中藻源水质问题。因此，探索适合于水源特征的有害藻防控技术，从源头解决由于有害藻异常增殖导致的藻源嗅味等饮用水水质关键问题，对于保障饮用水水质至关重要，具有十分重要的现实意义。

针对我国水源水库中普遍存在的有害藻异常增殖问题，团队已识别出产嗅藻等典型有害藻生态位特征，并据此开发了基于水位、浊度调节的调光抑藻技术与基于水力停留时间的抑藻技术；在此基础上，针对无法实施上述技术的水源水库，本研究开发基于光照调节（原位底泥重悬）的抑藻新技术，全面评估技术控藻效果与机制，从而完善水源水库藻源水质问题的系统控制技术，提升饮用水水源水质保障与应对能力。

本研究通过实验模拟装置，评估底泥重悬对藻细胞密度、水下光照、营养物质、溶解铁以及沉积物氧化还原电等关键因子的影响，初步揭示控藻机制。此外，新技术被应用于五座水源水库，以现场验证技术可行性。本研究为饮用水水库中有害蓝藻的控制提供了安全有效的新方法。

The figure illustrates the laboratory simulators (A) and five drinking water reservoirs (B) where Sediment Resuspension (SR) technology was implemented. Two simulators were assembled with pump to perform SR, and one simulator without SR. Long-term SR operations were conducted in SMH Reservoir and SXK Reservoir to prevent cyanobacterial bloom occurrences, while short-term SR operations were carried out in HM Reservoir, NJ Reservoir, and CX Reservoir. The designation ‘LC’ and ‘FC’ indicates simulators or sites without SR operations, serving as untreated controls, whereas ‘LE’ and ‘FE’ denotes simulators or sites where SR operations were conducted.

模拟实验评估有害藻控制效果

The dynamics of Microcystis cell density (A) and phosphorus concentration (B) in laboratory simulators, comprising two simulators with Sediment Resuspension (SR) operations (designated as LE1 and LE2), and one simulator without SR serving as an untreated control (LC). Additionally, panel B illustrates the phosphorus content within the cell.

实验室模拟实验表明，底泥重悬可以显著控制微囊藻生长。由图可知，对照组藻细胞明显生长，而两个实验组的藻细胞密度则明显下降，下降速率分别达3.39 × 106 cell L-1 d-1 和 4.25 × 106 cell L-1 d-1。此外，底泥重悬可以促进水中磷的去除：对照组的磷浓度至第5天开始显著下降，至第8天降至最低为7.97 ± 8.56 μg L-1，而底泥重悬实验组的磷浓度则在第1天开始降低，并于第5天降至最低浓度为8.24 ± 9.32 μg L-1。

The comparison of Oxidation-Reduction Potential (ORP) in the surface-resuspended sediment (A) and dissolved iron concentration in the overlying water (B) among laboratory simulators over the initial 10 days. This includes two simulators with Sediment Resuspension (SR) operations (LE1, LE2) and one without SR serving as an untreated control (LC) were shown. Additionally, panel C illustrates the comparison of dissolved phosphorus concentration in the overlying water between LC and LEs after the cessation of SR operations from day 11 onwards (day 11–20 and day 31–40).

水库实际应用效果

The figure displayed the field applications of SR operations in five drinking water reservoirs: SMH Reservoir (A), SXK Reservoir (B), NJ Reservoir (C), CX Reservoir (D) and HM Reservoir (E).

近年来，多座水源水库频繁出现季节性有害藻爆发问题，给饮用水水质带来不利的影响。通过在图中五座水源水库应用基于底泥重悬的的水源调光抑藻技术，水库的有害藻水华得到有效控制，水质和底泥状态也有较为明显的改善，由此提升了各水库应对藻华问题的能力，保障了各水库的供水正常和用水安全。

小结

本研究提出了基于原位底泥重悬的蓝藻控制新技术，该技术不仅可以有效控制有害蓝藻爆发，还可以削弱水中的溶解磷浓度，水库的底泥氧化还原状态也由此得到有效改善。该成果已成功应用于浙江省多座水源水库的有害藻控制，防控效果明显，综合水质显著提升，为水库有害藻控制提供了技术支撑。

参考资料