河湖蓝藻水华治理技术研究综述
苏玥
（徐州工程学院 环境工程学院，江苏 徐州 221018）
摘 要 蓝藻水华在全球富营养化淡水水体中频繁暴发，引发供水安全危机与生态系统退化，已成为亟待解决的水环境问题。本文系统梳理蓝藻水华的成因机制，重点综述物理、化学、生物三类核心治理技术的原理、应用效果及局限性，结合国内外最新研究案例（如武汉东湖非经典生物操纵实践）分析技术适配性，最后提出 “源头防控 - 过程干预 - 生态修复” 的集成技术框架与未来发展方向。研究表明，单一技术难以实现长效控藻，生物控藻与生态修复技术的协同应用将是富营养化水体治理的核心趋势。
关键词 河湖治理；蓝藻水华；富营养化；生物操纵；生态修复
1.1 研究背景
蓝藻水华是水体富营养化的典型表征，其暴发不仅导致水生生物大量死亡（溶解氧降至2mg/L以下时，鱼类死亡率超80%）、水体透明度骤降（从1.5m降至0.3m以下），形成“死亡水域”，更通过藻毒素富集威胁人类健康——微囊藻毒素（MC-LR）经食物链传递后，可导致肝脏纤维化，长期暴露人群肝癌发病率提升3.2倍。2007年太湖蓝藻事件直接导致无锡市百万人口饮水危机，造成经济损失超15亿元；2023年北美伊利湖蓝藻水华迫使俄亥俄州12个城镇关闭饮用水厂，影响超50万人用水安全。
据《2024中国生态环境状况公报》，我国 35.2%的湖泊（面积≥1km²）处于富营养化状态，其中太湖、巢湖、滇池等重点湖泊年均蓝藻水华暴发频次达6-10次。从经济影响看，蓝藻水华导致湖泊周边旅游业收入下降30%-50%（如滇池周边景区2022年游客量减少42%），水厂处理成本增加2-3倍（高藻期混凝剂投加量从20mg/L增至55mg/L）。在此背景下，蓝藻水华防控已纳入“十四五”水生态环境保护重点任务，《重点湖库生态环境保护规划（2023-2027年）》明确提出“到 2027 年，重点湖库蓝藻水华暴发频次较 2022 年下降 20%”的目标。
1.2 研究进展与综述目的
蓝藻水华治理技术的研究具有重要的理论意义和实践价值。从理论层面，深入理解不同治理技术的作用机理和适用条件，有助于完善富营养化水体治理的理论体系，为水生态系统修复提供科学依据。从实践层面，系统梳理各类技术的应用效果和发展趋势，能够为不同类型水体的蓝藻防控提供技术选择依据和决策支持。
本综述的主要目标是全面梳理从早期到当下河湖蓝藻水华治理技术的发展历程和研究现状，系统阐述物理、化学、生物、生态修复和智能监测等各类技术的原理、应用效果及发展趋势。通过对大量文献资料的分析和整理，本文旨在为蓝藻水华治理技术的选择和优化提供理论指导，推动该领域的技术进步和可持续发展。
2蓝藻水华成因机制
2.1 营养盐驱动因素
营养盐驱动是核心基础。水体中氮、磷元素过量是蓝藻爆发的物质前提，其中磷因常成为淡水生态系统的“限制因子”，其浓度升高对水华触发尤为关键[1]。这些营养盐主要来源于农业面源污染（化肥流失）、生活污水直排（含磷洗涤剂、粪便）、工业废水排放及水产养殖残饵分解，当水体总磷浓度超过0.02mg/L、总氮超过0.2mg/L时，蓝藻生长的营养限制便会解除，进入快速繁殖期。
2.2 环境与气候影响
环境条件是重要诱因。适宜的温度（25-32℃）能显著提升蓝藻光合作用效率，加速细胞分裂；充足的光照为蓝藻提供能量支撑，且其可通过调节细胞内气囊浮力，占据水体表层光照最充足的区域，抑制其他浮游植物生长；此外，湖泊、水库等静止或缓流水体，不利于营养盐扩散，易形成局部高浓度区，同时减少蓝藻被水流带走的概率，为其聚集创造条件。
2.3 生态系统失衡
水生态系统结构退化是蓝藻持续暴发的关键。滤食性生物群落衰退导致蓝藻牧食压力降低，而大型水生植物消亡削弱了其与蓝藻的营养竞争，形成“蓝藻优势-生态退化”恶性循环。蓝藻自身特性赋予竞争优势。部分蓝藻（如鱼腥藻、念珠藻）具备固氮能力，可直接利用空气中的氮气，在低氮水体中仍能正常生长；其细胞壁外的黏质层能减少摄食者捕食，还可分泌化感物质（如微囊藻毒素）抑制硅藻、绿藻等竞争者生长，最终形成单一优势种群，当生物量达到一定规模时，便会在水面形成肉眼可见的蓝绿色水华。
3蓝藻水华核心治理技术
3.1 物理控藻技术
3.1.2机械打捞技术
机械打捞技术是最传统也是最直接的物理控藻方法，其核心原理是利用专用设备直接从水体中移除蓝藻。该技术的发展经历了从简单人工打捞到机械化、智能化作业的演变过程。
机械打捞技术的基本组成包括蓝藻拦截富集、蓝藻打捞、藻水分离、藻泥脱水和藻泥处置5个技术单元，其核心处理单元为藻水分离工艺[7]。早期的藻水分离工艺主要依托卧式离心机，但其处理效率较低，之后发展为板框压滤机等设备[7]。
在技术发展历程中，我国在“十一五”期间取得了重要突破。中国科学院南京地理与湖泊研究所等单位研发了叠筛仿生过滤、转鼓过滤、筛滤等一系列过滤/筛滤藻水分离技术，使得蓝藻打捞规模和藻水分离效率有所提高，富藻水处理能力达到100-500立方米/小时[7]。
然而，机械打捞技术也存在明显的局限性。首先是成本问题，机械打捞成本高达5-10元/立方米，难以应用于大型湖泊的长期治理[7]。其次是技术局限性，该技术主要适用于蓝藻聚集区的应急处置，对于分散在水体中的蓝藻效果有限。此外，打捞过程中可能造成藻细胞破裂，释放藻毒素，需要采取相应的防护措施。
3.1.2 超声波控藻技术
超声波控藻技术是利用超声波的机械效应、热效应和空化效应引起的局部高温、高压、剪切应力及产生自由基等作用破坏蓝藻细胞，或通过破坏蓝藻伪空胞使其沉降的一种物理控藻方法[10]。由于超声波控藻技术具有设备简单、经济性好、无二次污染及管理方便等优点，在蓝藻水华控制中得到应用并取得较好的控藻效果[2]。
超声波控藻的作用机理主要包括以下几个方面：一是机械效应，超声波在水中传播时产生的机械振动能够破坏蓝藻细胞结构；二是热效应，超声波的热作用能够使蓝藻细胞内温度升高，导致蛋白质变性；三是空化效应，超声波产生的空化气泡破裂时释放的能量能够破坏蓝藻细胞；四是自由基效应，空化过程中产生的自由基能够氧化破坏蓝藻细胞内的生物大分子。
然而，超声波控藻技术也存在一些局限性。首先是作用范围有限，超声波在水中传播时衰减较快，作用半径仅数米，需要在水体中布置多个发射器才能覆盖较大区域[10]。其次是能耗问题，为了保持有效的控藻效果，需要持续发射超声波，能耗较高。此外，该技术对大型藻类和丝状藻类的效果相对较差。
3.1.3 其他物理控藻技术
除机械打捞和超声波控藻外，物理控藻技术还包括水力控藻技术、絮凝沉淀技术、深井加压控藻技术等多种方法。
水力控藻技术是通过装置将空气注入水中使水与空气接触，增加水体溶解氧，改变藻类垂直分布格局的一类技术。典型的水力控藻技术包括曝气充氧技术、扬水曝气抑藻技术、密度流扩散抑藻技术等，其中曝气充氧技术成本低，是水体溶解氧改善的常见方法[7]。
扬水曝气抑藻技术是在国外扬水筒技术基础上发展起来的一种创新技术。该技术通过扬水曝气器将深层富氧水提升至表层，与表层水混合，增加表层水体溶解氧含量，同时破坏蓝藻的垂直分布格局，抑制蓝藻生长。密度流扩散抑藻技术是利用水体自身密度差打破垂直热分层的一种技术。该技术通过在适当位置设置出水口，利用密度流原理将表层高浓度蓝藻水导出，同时引入底层低温水，从而破坏蓝藻的适宜生长环境。
絮凝沉淀技术是利用絮凝剂使蓝藻细胞凝聚成较大颗粒而沉降的一种物理化学方法。与化学混凝不同，物理絮凝主要利用天然或人工合成的高分子絮凝剂，通过吸附架桥作用使蓝藻细胞聚集成团，然后通过重力沉降去除。
深井加压控藻技术是一种新型的物理控藻方法，其原理是利用深井的压力将表层含蓝藻的水注入深层，利用深层的高压环境抑制蓝藻生长。该技术在滇池、星云湖等湖泊有应用尝试，取得了一定的效果。
物理控藻技术的共同特点是应急效果显著，无二次污染风险，但都存在成本高、长效性不足等缺点。因此，这类技术更适用于小型水体或大型湖泊的应急控藻，难以作为长期治理的主要手段。
3.2 化学控藻技术
3.2.1 主流技术类型
化学杀藻剂是利用化学物质的毒性作用直接杀死蓝藻的一类技术，具有见效快、成本相对较低的优点，在蓝藻水华应急处置中发挥着重要作用。化学杀藻剂种类繁多，根据对蓝藻的作用方式不同可分为氧化型杀藻剂和非氧化型杀藻剂[1]。
铜基类杀藻剂是应用最为广泛的一类化学杀藻剂，主要包括硫酸铜、氧化铜、氯化铜等。硫酸铜作为杀藻剂的使用历史超过110年，是控制不良藻类生长最广泛使用的物质。铜基杀藻剂的作用机理是铜离子与藻类细胞内的蛋白质和酶结合，破坏藻类的生理代谢过程，使藻类细胞膜失去渗透调节能力，最终导致细胞死亡。
化学混凝沉淀技术是利用混凝剂使蓝藻细胞凝聚成较大颗粒而沉降的一种化学控藻方法。该技术的作用机理主要包括电荷中和、吸附架桥和网捕卷扫等过程。与物理絮凝不同，化学混凝主要利用金属盐类等无机混凝剂，通过化学反应使藻类细胞失稳凝聚[9]。
常用的混凝剂包括铝盐、铁盐、石灰等。铝盐混凝剂主要有硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）等，铁盐混凝剂主要有三氯化铁、硫酸铁等。这些混凝剂在水中水解形成带正电荷的金属氢氧化物胶体，能够中和藻类细胞表面的负电荷，使细胞失稳凝聚。
3.2.2 环境风险与局限
化学控藻技术虽然具有见效快、成本低的优点，但也存在严重的环境风险和技术局限性。首先是二次污染风险。化学杀藻剂在杀死蓝藻的同时，可能导致藻细胞破裂，释放出细胞内的营养物质和藻毒素。研究表明，硫酸铜等杀藻剂具有高毒性，会导致藻类细胞内容物泄漏和毒素释放到水中。微囊藻毒素是蓝藻产生的一类环状七肽化合物，具有强烈的肝毒性，即使在低浓度下也能对人体健康造成危害。
其次是生态系统影响。化学药剂的使用不仅会杀死目标藻类，也可能对其他水生生物造成影响。铜基杀藻剂对鱼类的毒性阈值较低，安全浓度通常小于 0.1mg/L，过量使用容易引发鱼类死亡等生态事故[9]。此外，化学药剂还可能影响水体中的有益微生物，破坏水体生态平衡。
第三是抗药性问题。长期使用同一种化学药剂可能导致藻类产生抗药性，降低处理效果。研究表明，蓝藻可以通过改变细胞膜结构、增加解毒酶活性等方式对化学药剂产生抗性。
第四是长效性不足。化学药剂仅能暂时控制水华，若营养盐污染问题未解决，水华仍可能复发。更严重的是，杀藻剂可能是水华复发的元凶之一，因为死亡的藻类为剩余藻类提供了营养来源。
第五是成本效益问题。虽然化学药剂的单价相对较低，但考虑到需要反复使用、污泥处理、生态修复等后续成本，总体成本可能并不低。
为了降低化学控藻技术的环境风险，研究人员提出了多种改进措施。一是开发环境友好型药剂，如基于天然化合物的杀藻剂、生物降解型混凝剂等。二是优化使用策略，采用精准投药技术，根据水质条件和藻类密度确定最佳用药量。三是与其他技术结合使用，形成综合治理体系，减少化学药剂的使用量。
3.3 生物控藻技术
3.3.1 生物操纵技术
经典生物操纵（TB）：通过投放凶猛鱼类减少食浮游动物鱼类，促进枝角类（如溞）种群增长，利用其牧食控制蓝藻。但该技术对蓝藻效果有限，鲜有成功案例报道。
非经典生物操纵（NTB）：利用鲢、鳙鱼直接滤食蓝藻，42项实验显示88%的处理组蓝藻丰度显著降低。云南滇池通过调控鲢鳙密度（30-50 g/m³），实现微囊藻生物量削减72%[8]。
3.3.2 其他生物调控技术
水生植物通过竞争营养与释放化感物质抑藻，芦苇、狐尾藻可使蓝藻密度下降50%-60%，但见效周期长达3-6个月；微生物制剂（如溶藻细菌）具有环境友好性，但受水温、溶解氧影响大，稳定性不足。
4治理技术挑战与展望
4.1 现存核心问题
技术适配性不足：物理技术成本与水体规模不匹配，化学技术生态风险突出，生物技术受环境条件制约。
长效机制缺失：现有技术多聚焦蓝藻移除，未解决营养盐循环问题，90%的治理水体在1-2年内复发水华。
生态安全风险：外来水生植物可能引发生物入侵，鱼类投放不当导致食物链紊乱。
4.2 未来发展方向
技术集成化趋势。单一技术难以解决复杂的蓝藻水华问题，未来将发展多技术集成的综合治理体系。例如，“物理应急 + 生物调控 + 生态修复” 的组合模式[4]，既能快速控制水华暴发，又能实现长期生态稳定[7]。这种集成化技术体系将成为主流发展方向。
智能化发展趋势。随着人工智能、大数据、物联网等技术的发展，蓝藻水华治理将向智能化方向发展。未来将建立基于人工智能的蓝藻预测模型，实现精准预警和智能决策。同时，智能装备如无人船、机器人等将广泛应用于蓝藻打捞和监测。
绿色化转型趋势。为了减少环境风险，化学控藻技术将向绿色化方向转型。未来将开发环境友好型药剂，如生物源杀藻剂、可降解混凝剂等。同时，物理和生物控藻技术将得到更多重视和发展。
精准化治理趋势。基于对蓝藻暴发机制的深入理解和先进监测技术的应用，未来将实现蓝藻水华的精准化治理。通过实时监测和数据分析，制定个性化的治理方案，提高治理效率，降低成本。
生态化发展趋势。生态修复技术将成为蓝藻水华治理的重要发展方向。通过恢复水生态系统的结构和功能，实现对蓝藻的生态控制。这种方法虽然见效慢，但具有长效性和可持续性[6]。
国际化合作趋势。蓝藻水华是全球性环境问题，需要加强国际合作。未来将在技术研发、标准制定、经验交流等方面开展更广泛的国际合作，共同推动技术进步[8]。
5结论
蓝藻水华治理需突破“单一技术依赖”模式，根据水体营养状态、水文条件选择适配技术：小型景观水体可采用“超声波+微生物制剂”组合；大型富营养化湖泊应推行“非经典生物操纵+水生植物修复”的生态治理路径。未来需强化技术集成与智慧化管控，通过“控源-减藻-修复”全链条干预，实现河湖生态系统的长效稳定。
参考文献
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[3] 徐宪根,曹慧敏,陆森森,等.水华蓝藻控制技术现状及研究进展[J].广东化工, 2017, 44(11):2.
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[7] 曹晶,袁静,赵丽,潘正国,闫国凯,高思佳,储昭升,郑丙辉．湖库蓝藻水华控制技术发展、应用及展望[J]．环境工程技术学报,2024,14(2):487-500
[9] Jančula D, Maršálek B. Critical review of actually available chemical compounds for prevention and management of cyanobacterial blooms. Chemosphere. 2011 Nov;85(9):1415-22.
作者简介：苏玥（2004-），女，学士，徐州工程学院给排水科学与工程专业。E-mail：3246697529@qq.com。
