纤维屏障系统对藻类及异味化合物削减的现场性能评估：一项时效性对比研究

本研究针对日益严重的有害藻华（HABs）导致的水体异味问题，开发了一种基于纤维纤毛复合垫（ESIS）的被动式藻类阻控技术。通过2017与2024年的现场对比验证，证实该系统对叶绿素a（37.6%→52.7%）和土臭素（geosmin, 38.5%→42.5%）均具持续去除效能，为低能耗、可持续的藻华治理提供了创新解决方案。

随着全球气候变化和富营养化加剧，有害藻华（Harmful Algal Blooms, HABs）在湖泊、水库等水体中的暴发频率和强度显著增加，已成为威胁饮用水安全和生态系统健康的重大环境问题。藻类异常增殖不仅导致水体感官性状恶化，还会释放诸如土臭素（geosmin）和2-甲基异莰醇（2-Methylisoborneol, 2-MIB）等异味化合物，即使在纳克/升（ng/L）级微量浓度下也可显著影响自来水口感与气味。传统藻类控制技术如化学杀藻剂、生物调控及物理方法（如超声、曝气等）虽有一定效果，但分别存在化学污染风险、响应速度慢、能耗高或适用性有限等问题。因此，开发一种可持续、低能耗且高效的藻类预处理技术具有重要意义。

在此背景下，来自韩国庆尚国立大学环境工程系的Chaeyoung Moon、Myungchan Kim、Gwon Eunmi、Junhyeok Choi、Yongtae Ahn和Sungju IM研究团队设计并验证了一种新型纤维纤毛复合垫屏障系统——生态选择性进水系统（Eco Selective Intake System, ESIS），该系统通过物理拦截与吸附机制实现藻类及异味化合物的被动式去除，无需外加化学药剂或能源输入。相关研究成果发表在《Dentistry Review》上。

为开展本项研究，作者主要采用了以下几项关键技术方法：首先，在韩国南原州奈堤坝水域（Lake J）设立现场示范工程，分别于2017年和2024年夏季进行采样与效能评估；其次，通过多深度水质采样（0.5 m、2 m、4 m、6 m）并结合气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析水体中叶绿素a、geosmin和2-MIB的浓度变化；第三，利用显微镜成像与ImageJ图像处理软件对蓝藻种群进行自动细胞计数，提升数据的一致性与重现性；最后，通过对比系统内外浓度差异计算去除效率，并评估不同藻类浓度与水深对处理效果的影响。

研究结果部分包括以下四个方面的主要内容：

3.1. ESIS技术机制与性能（短期）

通过2017年与2024年的现场示范对比，系统在处理叶绿素a、2-MIB和geosmin方面均表现出稳定且有所提升的去除效率。叶绿素a去除率从2017年的37.6±6.0%提高至2024年的52.7±10.9%，geosmin去除率亦从38.5±0.2%增至42.5±11.3%，表明系统具备长期运行的可靠性。

3.2. ESIS技术效能

在不同水深条件下，系统对藻类及异味物质均表现出20~30%以上的去除率，其中表层水体因藻类富集而处理效果尤为显著。系统在长期运行后仍保持稳定拦截能力，未见明显性能衰减。

3.3. ESIS技术效能（浓度影响）

高浓度条件下（如叶绿素a浓度为32.2±13.3 mg/m³），系统对叶绿素a和geosmin的去除率分别达到65±19%和79.4±12.6%，显著优于低浓度条件下的处理效果，说明系统更适用于藻华严重的水体环境。

3.4. 展望与意义

该系统利用取水自然 suction 力实现被动运行，安装成本约为14.5万美元，运营成本极低，仅需年度清洗维护，具备良好的经济性与适应性。特别在气候变暖与富营养化加剧的背景下，该技术可为发展中国家及脆弱水域提供可持续的藻控解决方案。

研究结论表明，ESIS系统作为一种无需化学药剂、低能耗且可持续的藻类阻控技术，能够有效去除藻类生物量及相关异味化合物，提升饮用水源水质。其性能在七年运行期间保持稳定甚至有所提升，显示出良好的工程适用性与环境友好性。该技术不仅为当前藻华治理提供了可靠方案，也为未来开发被动式、低成本的藻类控制技术奠定了基础，具有重要的科学意义和实际应用价值。