引黃水庫藻類污染現(xiàn)狀及處理技術(shù)

徐興禮，宋 濤，曹向華，李 瑩，杜紅梅

（1.山東省工程咨詢院，山東 濟南 250101；2.山東省城建設(shè)計院，山東 濟南 250000；3.濟南市房屋建設(shè)綜合開發(fā)集團，山東 濟南250101；4.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟南250101）

黃河下游的山東省引黃平原水庫700座，其中用作飲用水水源的大型水庫26座，設(shè)計供水能力4.18×106m3/d。濟南市基本上形成以黃河水為主、地下水為輔的供水結(jié)構(gòu)［1］，但是由于水源富營養(yǎng)化的影響，引黃水庫存在原水中藻類過量繁殖、常規(guī)凈水工藝難以處理的問題，更有藻毒素的釋放和胞內(nèi)有機物釋放等安全隱患問題。

1 引黃水庫水質(zhì)狀況

2008年黃河流域水質(zhì)有惡化趨勢，有近15處重要城市供水水源地超標嚴重，主要超標項目為化學(xué)需氧量（COD）、氨氮等，而影響引黃水庫水處理的兩大主要問題是日趨嚴重的水體富營養(yǎng)化及水庫中藻類的大量繁殖。

本文通過對鵲山引黃水庫的水質(zhì)連續(xù)檢測，在季節(jié)交替、氣溫發(fā)生轉(zhuǎn)變時出現(xiàn)藻類繁殖高峰。從圖1可以看出，引黃水庫水體耗氧量CODMn、UV254年內(nèi)變化不大，趨勢穩(wěn)定，濁度隨葉綠素a的變化略有波動，葉綠素a值隨著氣溫升高持續(xù)增長，7～8月份達到20μg/L。從藻類的種類分布來看，在水庫出口處僅發(fā)現(xiàn)21種藻類，而且大多集中在藍藻門，不符合生態(tài)學(xué)的生物多樣性原則，說明水庫受到的污染比較嚴重。水中大量藻類與其他微生物的殘體形成腐殖質(zhì)［2］，使水的色度增加，并產(chǎn)生令人厭惡的臭味，具有粘（度）性大、腥臭味、附著力強的特點，經(jīng)處理的飲用水仍會引起口感不適，而且其分泌的藻毒素也會對人體健康造成一定危害。在夏季高溫天氣，陽光充足時藻類急劇繁殖，使水從有氧狀態(tài)變成缺氧狀態(tài)，厭氧細菌的活動使藻類等有機物分解產(chǎn)生氨、硫化氫、甲烷等，也會帶來水中總磷超標、重金屬溶出等危害，而且藻類等浮游生物的大量繁殖既影響絮凝，也影響氯化、消毒、縮短過濾周期。

圖1 4～9月引黃鵲山水庫水質(zhì)變化曲線

2 除藻技術(shù)

我國對湖泊、河流富營養(yǎng)化問題的關(guān)注最早可以追溯到20世紀50～60年代［3］，80年代后期才真正對富營養(yǎng)化問題進行大規(guī)模調(diào)查和研究。在富營養(yǎng)化與有毒藻類水華暴發(fā)的關(guān)系方面，大多將湖泊富營養(yǎng)化與藻類水華暴發(fā)之間作為因果和必然的聯(lián)系，將水華暴發(fā)作為水體富營養(yǎng)化的表征。目前常用的除藻方法有混凝沉淀法、化學(xué)法、物理法、生物法。

2.1 混凝沉淀法

混凝是提高除藻效果的重要方法，工藝流程通常為：混凝沉淀——過濾——加氯消毒。藻類一般帶負電，經(jīng)混凝后可顯著提高沉淀和過濾的除藻效率。

常用的混凝劑有鋁鹽類（聚硅硫酸鋁、聚合氯化鋁、硫酸鋁等）和鐵鹽類（聚硅硫酸鐵、聚硅氯化鐵等）［4］，用于沉淀和澄清的構(gòu)筑物類型也很多，因此除藻率也各不相同。采用靜沉池處理泰晤士河水的平均除藻率59%，處理衣阿華河水時除藻率37%（混凝劑為硫酸鋁）和97%（石灰軟化）；應(yīng)用澄清池處理波蘭河水時，平均除藻率85%～86%（無預(yù)氯化）和95%～97%（預(yù)氯化）浮游生物量也分別下降了93%～96%和99%［4］。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)除藻劑一般分為氧化型和非氧化型。氧化型殺生劑主要為O3、高錳酸鉀、鹵素及其化合物等；非氧化型殺生劑主要有無機金屬化合物及重金屬制劑、有機金屬化合物及重金屬制劑、有機氯系等?；瘜W(xué)法的時間效應(yīng)雖然比較快，但對除微囊藻外的其他生物有副作用，而且有加速釋放藻毒素等缺點［5］。

從技術(shù)上講，O3是最佳的殺藻劑，不會產(chǎn)生二次污染，操作簡單可行，通常用于預(yù)處理。結(jié)果表明，在原水含藻量為160×104個/L時，投加1.5mg/L臭氧可使除藻率達42%，但是生產(chǎn)費用較高限制了其應(yīng)用的發(fā)展空間。裴海燕等［6］對ClO2的殺藻效能進行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，ClO2可穿透細胞壁、細胞膜進入細胞內(nèi)部，在不破壞藻細胞外部結(jié)構(gòu)的情況下將藻細胞中的葉綠素氧化，并且殺藻后不會導(dǎo)致水中有機物致突變性增加，當(dāng)ClO2投加量38～85mg/L時，葉綠素a去除率可達45%～89.30%。

2.3 物理法

物理法就是利用某些設(shè)備、器材在水體中設(shè)置特定的安全隔離區(qū)，分離出藻類或者用機械裝置滅殺、驅(qū)散藻類。物理法主要包括機械或人工打撈、粘土絮凝和遮光技術(shù)等方法。物理法直接清除水體中的藻類，不會產(chǎn)生二次污染，去除效果最直接，但是昂貴的費用使其只能局限于小水體或大水體的局部水域。

圖2為機械除藻的工藝流程圖，通過機械方法除藻，對控制藍藻污染可起到重要作用，如果在藻類暴發(fā)前期加大機械清除藻量，則對控制后期藻類暴發(fā)可起到明顯作用。

圖2 藻類收集制備方法工藝流程

2.4 生物法

生物法是對藻類進行生物控制，以在較短時間內(nèi)大量削減藻細胞的數(shù)目或防止藻類的暴發(fā)性增長為目的。目前，主要的生物控藻技術(shù)有：以藻制藻、微生物絮凝劑除藻、生物控制試劑、高等植物克制藻類、魚類控藻。

季民等［7］采用生物接觸氧化法對引灤水進行了除藻試驗，結(jié)果表明，對藍藻的去除率最高，硅藻次之，綠藻去除率最低，而引黃水庫中的藻類主要集中在藍藻門，更適宜選用此除藻方法。

吳為中、王占生［8］針對受污染的某水庫水源進行中試規(guī)模的生物陶粒濾池試驗研究結(jié)果表明，生物陶粒濾池預(yù)處理能全面凈化水源的水質(zhì)，在氣水比0.75～1.1，水力負荷4～6 m3/（m2·h）條件下，對NH4+-N、NO2--N和CODMn的去除率分別為89%～97.5%，97.5%～99%，20%～35%， 對藻類的去除率為60.1%～84.3%；周建平等［9］利用YDT彈性立體填料對無錫市充山水廠進行了除藻試驗，結(jié)果表明除藻率可達60%～70%；生物膜法在不破壞當(dāng)?shù)厮w生態(tài)系統(tǒng)的前提下能有效去除藻毒素，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 藻類檢測技術(shù)分析

在除藻研究中，通常用藻類去除率來衡量除藻效果，分別檢測處理前后水樣中藻類的含量，然后計算藻類去除率=（處理前藻類含量-處理后藻類含量）/處理前藻類含量。

目前藻類的檢測方法主要有兩種：顯微鏡計數(shù)法、葉綠素a計數(shù)法。

3.1 顯微鏡計數(shù)法

顯微鏡計數(shù)法是借助顯微鏡和計數(shù)框?qū)λw中藻類的數(shù)量和體積做直接定量的方法，是一種簡單并且直觀反映藻類生物量的方法。

由于氧化劑會破壞細胞間的膠質(zhì)，導(dǎo)致藻細胞分散開來，給計數(shù)工作帶來極大困難和誤差，因此在利用化學(xué)氧化劑除藻時不宜采用計數(shù)法。劉培啟等［10］在以固定化生物系統(tǒng)進行除藻研究時，同時采用顯微鏡計數(shù)法和葉綠素a法來衡量生物系統(tǒng)的除藻性能，結(jié)果表明微小動物（如水蚤、草履蟲等）排出的未完全消化的食物殘渣（含有葉綠素）會干擾葉綠素a的準確測定，用顯微鏡計數(shù)法檢測藻類更能反映實際的除藻性能。

3.2 葉綠素a計數(shù)法

葉綠素a存在于所有的藻類中，在光和作用過程中，葉綠素b、c、d所吸收的光能都要傳遞給葉綠素a，因此葉綠素a是間接衡量藻類生物量比較理想的指標。葉綠素a的測定方法有分光光度法和熒光法。分光光度法通常采用90%的丙酮萃取藻類濃縮樣的色素，測定萃取物在不同波長（630nm、645nm、663nm、750nm）下的吸光值；熒光法是測定葉綠素a在430nm波長光照激發(fā)下產(chǎn)生的663nm的熒光強度，得出葉綠素a的含量。在物化除藻研究中，用葉綠素a法更為準確，可以避免由于外力干擾的存在，使以群體形式出現(xiàn)的藻類散開造成的誤差。

顯微鏡計數(shù)法和葉綠素a法都是較為常用的藻類檢測方法，在對水源水除藻研究中，應(yīng)該針對不同處理技術(shù)選用不同檢測方法。

4 結(jié)語

針對引黃水庫受藻類污染的特點，混凝沉淀法、化學(xué)法、物理法、生物法都是較好的除藻方法，如果能將以上方法加以綜合利用，能夠改善后續(xù)凈水工藝，為保證高藻期安全供水提供依據(jù)。

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［10］劉培啟，胡文容，李力.水源水除藻研究中藻類監(jiān)測方法的選用［J］.環(huán)境監(jiān)測管理技術(shù)，2002，14（3）：29－30.