飲用水中藻類污染及其控制技術(shù)

方旭東，張茜

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402）

本文對(duì)飲用水中藻類污染的危害、藻類污染檢測方法及控制技術(shù)進(jìn)行了全面綜述。

1 飲用水藻類污染的危害

水源水中普遍存在并對(duì)給水處理影響較大的藻類主要包括來自藍(lán)藻門的微囊藻、顫藻、平裂藻、藍(lán)纖維藻，綠藻門的柵藻、十字藻、衣藻，硅藻門的直鏈藻、小環(huán)藻，以及隱藻門的隱藻和裸藻門的裸藻等。其中，微囊藻是水源水中檢出頻率最高、含量最多的藻類之一。

藻類繁殖對(duì)市政供水的主要危害包括如下幾點(diǎn)：

1.1 對(duì)水廠運(yùn)行管理的不利影響

藻類細(xì)胞一般帶負(fù)電荷，在水中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，不易凝聚，為了達(dá)到預(yù)期的混凝效果，就需要投加更多的混凝劑；同時(shí)，當(dāng)藻類水量較多時(shí)，可造成濾池堵塞，特別是當(dāng)水中藻類數(shù)量大于2×106個(gè)/L 時(shí)，濾池堵塞現(xiàn)象十分嚴(yán)重[1]。

1.2 對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)的不利影響

藻類分泌物一般帶有異味，通常為土霉味、魚腥味等，是導(dǎo)致用戶投訴的主要原因之一。藻類代謝產(chǎn)生的異嗅物質(zhì)最為常見的是2-甲基異冰片（2-MIB）和土臭素。常規(guī)處理工藝對(duì)2-MIB 和土臭素的去除效率很低，一般需要通過深度處理如臭氧-活性炭工藝，或在藻類高發(fā)季節(jié)采用投加粉末活性炭等應(yīng)急措施來保障出廠水達(dá)標(biāo)。

死亡后的藻類分解形成腐殖質(zhì)，一方面增加了水的色度，另一方面其可溶性代謝產(chǎn)物也是氯化消毒副產(chǎn)物的重要前體物。在藻類高發(fā)季節(jié)，為滅藻需要投加更多的消毒劑（氯），更加劇了消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

水源水中常見的藍(lán)藻、魚腥藻、顫藻等在死亡分解過程中會(huì)釋放藻毒素。其中分布最廣且與人類關(guān)系最為密切的是藍(lán)藻產(chǎn)生的微囊藻毒素（MC），是迄今發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的一種肝腫瘤促進(jìn)劑。我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）規(guī)定飲用水中的微囊藻毒素含量最高限值為1μg/L。

1.3 對(duì)管網(wǎng)的不利影響

常規(guī)工藝對(duì)藻類的去除不徹底，穿透濾池的藻類進(jìn)入市政供水管網(wǎng)后，其分解產(chǎn)物可作為管網(wǎng)微生物生長、繁殖的基質(zhì)，引起配水管網(wǎng)中的細(xì)菌再生長而造成二次污染。

2 藻類污染的檢測技術(shù)

2.1 藻類的檢測技術(shù)

水樣中藻類的檢測通常采用顯微計(jì)數(shù)和測定葉綠素a 兩類方法[2]。

借助顯微鏡和計(jì)數(shù)框?qū)λw中藻類的數(shù)量或體積直接進(jìn)行定量稱為顯微鏡計(jì)數(shù)法?？梢圆捎每偧?xì)胞計(jì)數(shù)、自然單位計(jì)數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)單位計(jì)數(shù)3 種方法。為了使計(jì)數(shù)更準(zhǔn)確，李金忠等[3]采用顯微圖像處理系統(tǒng)代替人眼直接觀察，可防止以往出現(xiàn)的漏檢錯(cuò)檢等問題；在顯微鏡類型上，賀小芮等[4]采用倒置顯微鏡測定藻類，提高了測定結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。

葉綠素a 在一切浮游藻類里大約占有機(jī)物干質(zhì)量的1%～2%，是估計(jì)藻類生物量的重要指標(biāo)。分析葉綠素a 的主要方法有分光光度法、熒光法和HPLC 法。分光光度法通常用提取劑（丙醇，也有采用乙醇）萃取藻類濃縮樣的色素，在指定波長下測定吸光度，然后計(jì)算出濃度。熒光法是利用葉綠素a在430nm 波長光照激發(fā)下產(chǎn)生663nm 的熒光，測定熒光強(qiáng)度，從而計(jì)算出含量。利用有機(jī)溶劑進(jìn)行預(yù)處理，采用HPLC 進(jìn)行分析的方法稱為HPLC 法。該法的靈敏度較高，戴榮繼等[5]采用HPLC 對(duì)葉綠素進(jìn)行定性和定量分析，表明HPLC 比熒光法更為快速和準(zhǔn)確。

2.2 藻毒素的檢測技術(shù)

淡水水體中藻毒素主要由藍(lán)藻門產(chǎn)生，其中最重要的是微囊藻（主要有銅綠微囊藻、綠色微囊藻、惠氏微囊藻等）。常用的分析微囊藻毒素的定性、定量的方法有小鼠生物測試、化學(xué)法（HPLC、LC/MS）、蛋白磷酸酶抑制分析法（PPIA）、酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）、細(xì)胞毒性監(jiān)測技術(shù)等[6]，其中尤以化學(xué)法和ELISA 應(yīng)用最為廣泛。

表1 藻毒素檢測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比[6]

采用酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）可定量分析水中微囊藻毒素，檢出限為0.2ng/mL，朱光燦等[7]采用此種方法太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)期間微囊藻毒素的含量變化。

采用HPLC 定量分析水中微囊藻毒素，檢出限較低，準(zhǔn)確度較高，傅曉欽等[8]采用此種方法分析寧波市飲用水源地爆發(fā)藍(lán)藻水華時(shí)微囊藻毒素的污染情況。

3 飲用水藻類常用的去除技術(shù)

飲用水傳統(tǒng)凈水工藝對(duì)藻類的去除效率較低，混凝凈水單元中的攪拌甚至可能會(huì)使藻細(xì)胞破碎并釋放毒素，增加水中藻毒素的濃度。對(duì)太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)期間常規(guī)凈水工藝去除藻類特性的研究表明：傳統(tǒng)凈水工藝對(duì)細(xì)胞外微囊藻毒素的平均去除率只達(dá)到41.7%，總微囊藻毒素的平均去除率僅為76.0%[7]。

強(qiáng)化常規(guī)工藝、組合處理工藝、預(yù)處理技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用可提高了傳統(tǒng)凈水工藝的除藻效果。

3.1 預(yù)處理技術(shù)

通常采用的除藻預(yù)處理技術(shù)有物理法、化學(xué)法、生物法等，其中物理法比較簡單，利用機(jī)械篩分、強(qiáng)制截留的物理手段將雜質(zhì)從水中去除，常用的設(shè)備是微濾機(jī)?；瘜W(xué)法和生物法除藻應(yīng)用更為廣泛[9]。

3.1.1 化學(xué)預(yù)處理

通過投加化學(xué)氧化劑（氯氣、二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀、高錳酸鉀復(fù)合藥劑（PPC）等）和某些鹽類（銅鹽和Ca(OH)2等）去除藻類。

氯系除藻劑主要包括氯氣、次氯酸鈉、漂白粉等。預(yù)氯化可殺死藻類，使其易于在后續(xù)工藝單元中去除；采用預(yù)氯化工藝水中的余氯可持續(xù)滅藻的功效，可以防止或減緩殘余藻類在后續(xù)工藝的增長繁殖。但在氯化過程中，氯與水中有機(jī)物作用，可能生成三鹵甲烷等多種有害副產(chǎn)物。

相比于氯氣（液氯），二氧化氯的氧化能力更強(qiáng)，并可減少氯化消毒副產(chǎn)物的生成，且除藻效果較好。濟(jì)南玉清水廠采用常規(guī)工藝與ClO2組合進(jìn)行除藻，濾后水中葉綠素a 含量低于0.3μg/L[10]。

預(yù)臭氧化是一種有效的預(yù)處理方法，它和常規(guī)處理配合使用是處理富營養(yǎng)化水源水藻類污染的有效途徑之一。趙志剛等[11]采用O3預(yù)氧化對(duì)灤河天津段高藻期藻類的去除效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明：經(jīng)O3氧化處理的水樣，最高除藻率達(dá)到60%左右。

研究認(rèn)為，KMnO4對(duì)堿性水的除藻效果優(yōu)于中性或酸性水，一般高錳酸鉀投加量為1～3 mg/L。近年來，關(guān)于高錳酸鹽復(fù)合劑PPC 的研究應(yīng)用較多，在除藻方面，在高藻期研究發(fā)現(xiàn)，PPC 預(yù)氧化除藻效果優(yōu)于O3、Cl2等[11]。

硫酸銅或含銅的有機(jī)螯合物以及Ca(OH)2是經(jīng)常用于滅藻的化學(xué)藥劑。銅鹽可破壞某些藻類的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜及內(nèi)含物使其滅活甚至解體，從而殺死活體藻細(xì)胞，一般多用于藻類爆發(fā)時(shí)的水體修復(fù)。

3.1.2 生物預(yù)處理

近年來，采用生物技術(shù)除藻類的研究應(yīng)用較多。一般生物預(yù)處理對(duì)藍(lán)藻、硅藻、裸藻的去除率較高，但對(duì)綠藻的去除率較低。劉英等[12]采用活性濾池對(duì)某市水源水進(jìn)行處理，結(jié)果表明：活性濾池對(duì)藻類有較強(qiáng)的去除效率，可達(dá)到80～90%。朱光燦等[13]采用三階生物膜反應(yīng)器去除太湖富營養(yǎng)化湖水，藻類的去除率達(dá)到了90%以上。

3.2 強(qiáng)化常規(guī)工藝

采取各種措施對(duì)混凝、沉淀、過濾等水處理單元工藝進(jìn)行強(qiáng)化，可提高水中藻類的去除率。

強(qiáng)化混凝技術(shù)主要通過提高混凝劑投加量并優(yōu)化混凝條件來提高常規(guī)工藝的處理效果。天津楊柳青水廠將混凝劑投加量由平時(shí)的4～6 mg/L 提高到13 mg/L 左右，提高了高藻期的除藻效率[14]。

因?yàn)樵孱惷芏容^小，采用氣浮可以取得較好的除藻效果。對(duì)常規(guī)工藝進(jìn)行改造以氣浮工藝代替沉淀工藝，可提高藻類和藻毒素的去除效果。

通過改變過濾的方式、濾料的組成、濾料的表面性質(zhì)可提高濾池的除藻效率。煙臺(tái)某水廠為單層石英砂濾池，增加一層無煙煤，增大了表層濾料間的孔隙。采用煤—砂雙層濾池后，提高了高濃度含藻水的處理效果[15]。

3.3 組合處理工藝

臭氧—?dú)飧〗M合工藝適合低濁、低色、低有機(jī)質(zhì)的水源，法國奧頓水廠和Joinville 水廠利用該法進(jìn)行了半生產(chǎn)性試驗(yàn)，獲得了較好的處理效果。

臭氧—活性炭工藝是目前應(yīng)用非常廣泛的深度處理工藝，具有非常高的除藻和藻毒素去除效率。謝曙光等采用臭氧—活性炭組合工藝處理黃河微污染水源，對(duì)藻類的總?cè)コ蔬_(dá)到了76.9%[16]。

濰坊眉村水廠采用氣浮-粉末活性炭強(qiáng)化處理，結(jié)果細(xì)胞外微囊藻毒素的平均去除率達(dá)到了69.2%，總藻毒素的平均去除率達(dá)到96.3%，此工藝比投加KMnO4或預(yù)Cl2的效果好[10]。

臭氧、活性炭、氣浮等可以與生物法聯(lián)用，除藻效果比較理想。研究發(fā)現(xiàn)，臭氧—生物陶粒對(duì)藻類總數(shù)的去除率比單獨(dú)的生物陶粒提高了25%左右。采用生物接觸氧化池—?dú)飧」に囂幚肀本┏亲铀畯S源水，藻類去除率能夠達(dá)到80%以上[17]。周真明等[18]將揚(yáng)水曝氣與生物接觸氧化池結(jié)合進(jìn)行灤河源水除藻，對(duì)葉綠素a 的去除率達(dá)41.7%，對(duì)藻類的總平均去除率為34.3%。

4 結(jié)語

4.1 目前水中藻類含量的檢測方法常用顯微鏡計(jì)數(shù)法和葉綠素a 法；而藻毒素含量的檢測則多采用特定的分析儀器，開發(fā)新型快速準(zhǔn)確的藻類計(jì)數(shù)方法和藻毒素檢測計(jì)數(shù)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

4.2 預(yù)氯化、預(yù)氧化、強(qiáng)化混凝、氣浮工藝等是目前較為常用的除藻工藝。生物預(yù)處理及其組合工藝可有效去除藻類和藻毒素，出水穩(wěn)定、水質(zhì)安全性高，正越來越受到重視。水廠除藻還需應(yīng)對(duì)藻類季節(jié)性發(fā)展的特點(diǎn)，采用更加靈活的工藝組合和優(yōu)化方式，提高飲用水安全保障水平。

［1］田珍,王娟,孫海麗.飲用水源中藻類繁殖危害及處理[J].水科學(xué)與工程,2010（1）：9-11.

［2］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)測管理與技術(shù),2002,14(3)：29-30.

［3］李金忠,吳沿友,秦松.顯微圖像處理在藻類分類計(jì)數(shù)中的應(yīng)用[J].貴州科學(xué),2006,24(3)：25-27.

［4］賀小丙,周俊杰.倒置顯微鏡計(jì)數(shù)法檢側(cè)浮游藻類[J].中國給水排水,2004,20(11)：98-100.

［5］戴榮繼,佟斌,黃春.HPLC 測定飲用水中藻類葉綠素含量[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(1)：87-89.

［6］左金龍,崔福義,劉智曉.飲用水中藍(lán)藻毒素污染研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與裝備,2006,7(3)：8-13.

［7］朱光燦,呂錫武.藻毒素在傳統(tǒng)凈水工藝中的去除特性[J].環(huán)境化學(xué),2002,21(6)：584-588.

［8］傅曉欽,徐能斌,朱麗波.寧波市飲用水源地爆發(fā)藍(lán)藻水華時(shí)微囊藻毒素的污染分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2008,24(6)：80-83.

［9］左金龍.城市供水中藻類去除技術(shù)的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2009,34(9)：74-78.

［10］岳舜琳.組合水處理工藝除藻效率探討[J].凈水技術(shù),2006,25(2)：1-5.

［11］趙志偉,崔福義,任剛.預(yù)氧化對(duì)灤河天津段高藻期藻類的控制效果[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2006,22(6)：617-620.

［12］李英,劉軍,張曉健.活性濾池提高飲用水水質(zhì)安全性的實(shí)驗(yàn)研究[J].水處理技術(shù),2004,30(4)：234-236.

［13］朱光燦,呂錫武.飲用水中微囊藻毒素限值與生物預(yù)處理控制[J].給水排水,2005,31(2)：17-20.

［14］賈柏櫻,李廣生.飲用水常規(guī)工藝處理高藻原水的應(yīng)對(duì)措施[J].供水技術(shù),2009,3(6)：33-35.

［15］薛欣喜.提高砂濾池對(duì)高含藻水的適應(yīng)性方法[J].中國給水排水,1996,12(1)：44-45.

［16］謝曙光,張湛軍,劉好笑.組合工藝處理黃河微污染水的研究[J].環(huán)境工程,2005,23(2)：7-9.

［17］魏宏斌,王福龍,賈志宇.生物接觸氧化/氣浮、生物濾池/沉淀處理地表水比較[J].中國給水排水,2006,22(3)：48-50.

［18］周真明,黃廷林,叢海兵.揚(yáng)水曝氣/生物接觸氧化工藝的除藻效果研究[J].中國給水排水,2007,23(15)：13-16.