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比利时蓝藻防治和综合利用

2015-12-05来源:互联网

蓝藻易在湖面和池塘快速和大面积爆发。一般估计40%~70%的蓝藻菌在细胞死亡后会向水中释放细胞内产生和储存的病毒。目前,人们对导致蓝藻爆发的机理还没有完全弄清楚,但主要因素有:高度富养(硝酸盐、磷);水酸度低(低CO2);高温;强光照度;水流停滞。因此,蓝藻爆发往往发生在5—9月份,即水流缓慢和高水温季节。

蓝藻爆发会对生态和人类健康产生威胁并造成重大经济损失。比如:蓝藻菌内的肝毒素,人在饮用蓝藻毒素感染的水后36小时或稍长时间内会死亡。动物饮用一定量的蓝藻菌毒化水后会出现黄胆病,并对光极为敏感。蓝藻菌神经毒素可对神经和呼吸系统造成损伤,往往在30分钟后死亡。痒痒病毒对皮肤和眼睛造成极敏感反应。据有关资料显示:1996年60名巴西人因饮用蓝藻爆发池塘水而死亡。世界卫生组织在相关指南中规定,水中蓝藻病菌含量超过1?滋g/litre Microcystin-LR的地区,为危机地区。

近几年,比利时在浅水湖泊和池塘内发现蓝藻爆发现象,南部瓦隆地区饮水池有富养化趋势,并可能产生蓝藻毒菌。为此,比利时联邦政府实施了蓝藻爆发防治研究计划B-BLOOMS,目前,已取得显著成效。同时,根据蓝藻可吸收二氧化碳的特性,探索蓝藻综合利用途径。

1.蓝藻爆发防治研究计划

蓝藻爆发防治研究计划主要是开发相关知识和工具,为建立国家级监测和早期预警网络以及防治技术服务,它包括:收集比利时现有蓝藻范围、种类、有机物的多样性和毒性、有毒蓝藻水华的物候现象等,并建立蓝藻数据库BL00MBASE;在对比利时导致蓝藻爆发的环境和生态条件监测基础上制定预防模型;开发相应工具如:试样分析规范、模型、分子标记等,以快速检测和识别蓝藻爆发;加强与欧盟和国标科学研究机构的合作,减少污染,保护水资源的可持续利用和水生态系统。

为实施该研究计划,比利时采取的主要措施有:

选择南部海诺省EURE湖和北部根特市BLAARMEERSEN湖作为监测重点,定期取样,分析物理和化学性能。建立国家蓝藻监测和试样分析网络BLOOMNET,并以两湖泊为参照建立数据库BLOOMBASE。统一数据分析技术规程:色素分析使用HPLC技术;显微镜观测并建立蓝藻菌数字图像;从蓝藻爆发中分离和培养蓝藻菌链;毒素识别和测试由CRITTBIOI业技术公司进行;蓝藻菌多样性基因分析在DNA(PCR)核糖体扩展基础上利用DGGE和克隆库;使用PCR技术进行蓝藻菌毒性分子多样性分析。建立ANN模型,以识别和预测蓝藻爆发;建立爆发模型并与湖泊水下模型相连接。

2.蓝藻爆发防治技术

控制蓝藻爆发的最好办法是预防为先,即尽可能防止肥料、动物垃圾和其它有营养的物质进入水中。另一个措施是通过人工办法防止水形成滞留。该措施投资大,一般只在蓝藻水华已明显并造成经济损失的区域采用。

如果蓝藻水华已经形成,处理成本很高,主要应集中在清除蓝藻菌上,而不是已扩散到水中的毒素。清除蓝藻毒素的主要措施是使用活性炭和臭氧,建议只在发现蓝藻水华的地方有限度的使用,不能用来做常规水处理。

3.建立湖水用户委员会

为实施蓝藻水华防治计划,宣传和推广蓝藻研究成果,比利时专门建立了一个用户委员会,成员来自联邦和大区湖泊和水管理部门的代表、企业、蓝藻专家、周边国家,如德国与荷兰等。例如:比利时弗拉芒大区环境署、瓦隆大区自然资源和环境局、荷兰内陆水管理和污水处理研究所、柏林联邦环境署、苏格兰DUNDEE大学等。

4.综合利用变废为宝

据世界石油俱乐部的数字,每公顷大豆可生产450升生物柴油,棕榈可生产6000升,而每公顷蓝藻能生产9万升生物柴油,而且还可以像农作物一样在地面种植。海藻提供了一个比任何农作物都要大的潜在天然生物柴油原材料。

蓝藻经过光合作用从太阳、水和CO2中获得能源,可以快速繁殖和每日采收。不同品种可以提供不同比例的油、碳水化合物和蛋白。蓝藻中提取的油可以转变为生物柴油,剩余的生物质可以转化为沼气和饲料等。目前,棕榈油生产生物柴油转化比例占其重量的20%,而蓝藻转化比例能达到50%。

不过,蓝藻生产目前还存在一些技术问题。过多的太阳光会杀死蓝藻,必须保持恒温,过厚会影响生长,必须及时从水内消除过量的氧气,甚至二氧化碳也会切断蓝藻细胞。露天蓝藻生产池塘因蒸发和下雨引起脏和PH值失去平衡。而且土生品种生长速度超过种植品种。但随着农作物如玉米、油料作物CANOLA、大豆和棕榈油料价格的攀升,蓝藻是—个有前途的生物柴油原料。一些企业尝试在塑料大蓬内生产蓝藻,但大多企业认为,露天种植是唯一降低成本的选择。

另外,蓝藻生长过程中吸收大量二氧化碳。因此,可充分利用蓝藻生产捕捉发电厂或其它工业企业排放到大气中的二氧化碳。例如:最近比利时啤酒企业与美国SOLIX公司和COLORADO大学合作,充分利用啤酒厂和热电厂排放的二氧化碳。据计算,每10亿瓦(GIGAWATT)煤热电厂每年可生产600万吨的二氧化碳,16 500公顷海藻温室可将其90%的CO2吸收。

但是,目前蓝藻生产企业把生物柴油作物主要目标,碳吸收只是副产品。一旦二氧化氮排放成为必须目标,利用蓝藻吸收碳途径可为选择方法之一。