室內(nèi)常規(guī)混凝除藻的實驗研究

常寶軍 楊富瑩 張云霞

(天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300392)

藻類是水中最主要的初級生產(chǎn)者，其在水體中大量生長并繁殖被認為是水體營養(yǎng)狀態(tài)升高的生物學(xué)標志之一[1]。原水中藻類會對水中的色度、異味、pH、堿度、濁度、耗氧量等產(chǎn)生影響，并且這些水質(zhì)因素存在相互作用，共同影響著給水處理的全過程，直接決定著出廠水的好壞。

西南山區(qū)村鎮(zhèn)現(xiàn)有水廠的常規(guī)凈水工藝中，應(yīng)用最廣泛的除藻方法為混凝沉淀法[2]。由于藻本身密度較小，沉淀性能較差，且不同原水中藻細胞性質(zhì)差異較大，導(dǎo)致其在混凝沉淀過程中去除效果不好。在混凝沉淀工藝中不同混凝劑表現(xiàn)出的除藻效果有較大的差異性，針對不同原水水質(zhì)，選擇較優(yōu)除藻混凝劑具有較大的現(xiàn)實意義。

本文選用聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)和聚合氯化鋁鐵(PAFC)三種常用混凝劑，對比處理小球藻、隱藻和小環(huán)藻三種優(yōu)勢藻種原水的實驗效果。

在常溫下，取同批次培養(yǎng)的純藻配制好的實驗藻液800 mL于1 L攪拌杯中，進行常規(guī)混凝實驗。三種混凝劑均按0 mg/L,10 mg/L,20 mg/L,30 mg/L,40 mg/L和50 mg/L六個梯度分別投加，除改變實驗藻種外，其他條件保持一致，測定靜置后上清液的Chl-a濃度、濁度和UV254。

1 水質(zhì)模擬

實驗水質(zhì)是將培養(yǎng)好的純藻液稀釋到一定量的營養(yǎng)液中，最后再用氫氧化鈉和鹽酸調(diào)至所需的pH值。水中的總有機物(TOC)用腐植酸鈉和葡萄糖模擬，UV254值用腐植酸鈉量控制。營養(yǎng)液用自來水配制，其配方如表1所示，模擬的水質(zhì)指標為：pH值7.5～8.0，濁度4.0 NTU～6.5 NTU，UV2540.06 abs/cm～0.08 abs/cm，TOC 10 mg/L～12 mg/L，TN 3.0 mg/L～3.5 mg/L，Chl-a濃度20 μg/L～25 μg/L。

表1 營養(yǎng)液配方

2 混凝劑對藻液Chl-a的去除效果

混凝劑的投加量與實驗藻液的Chl-a去除率關(guān)系如圖1所示。由圖1可以看出，雖然不同混凝劑對三種實驗藻液處理效果不同，但隨著投加量的增加對三種實驗藻液的Chl-a去除率均呈現(xiàn)出先增加后緩慢降低的趨勢。

對于小球藻液，在各個投加量下，混凝劑PFS的除藻率均優(yōu)于其他兩種混凝劑，在20 mg/L和30 mg/L投加量下Chl-a去除率達到最大，去除率為86.8%±0.3%和86.4%±0.8%，但二者差異性不顯著(p>0.05)。混凝劑PAFC除在50 mg/L投加量下略好于PAC外，在其他情況下除藻率均差于其他兩種混凝劑。

對于隱藻液，在各個投加量下，混凝劑PFS的除藻率除在10 mg/L投加量下略差于PAC，在其他投加量下均優(yōu)于其他兩種混凝劑，其在20 mg/L投加量下Chl-a去除率達到最大，為86.2%±0.5%。PAC在30 mg/L下除藻率達到最大，為81.5%±0.5%?；炷齽㏄AFC表現(xiàn)最差，各投加量下除藻率均差于其他兩種混凝劑。

對于小環(huán)藻液，各個投加量下，混凝劑PAC的除藻率均優(yōu)于其他兩種混凝劑，其投加量在30 mg/L時，Chl-a去除率達到最大，為86.6%±0.6%。而混凝劑PAFC除在10 mg/L投加量下略好于PAC外，在其他情況下除藻率均差于其他兩種混凝劑。

從以上數(shù)據(jù)可知：總體而言，對于三種藻液，PAC和PFS除藻效果較好，而PAFC除藻效果略差。混凝除藻的過程與無機膠體和懸浮性物質(zhì)的混凝過程相似，但由于藻細胞是生命活動體，混凝效果的影響因素卻不相同。

3 混凝劑對藻液UV254的去除效果

波長254 nm的紫外吸光度值是難揮發(fā)性總有機碳(NPTOC)和總?cè)u甲烷生成勢(TTHMFP)的一個良好的替代參數(shù)。有研究表明，UV254與CODCr,UV254與TOC,UV254與BOD5具有顯著的線性關(guān)系[3]，本實驗中UV254值主要反映的是腐植酸鈉的含量?；炷齽┑耐都恿颗c實驗藻液的UV254去除率關(guān)系如圖2所示。

由圖2可知，對于小球藻液和隱藻液各個投加點(10 mg/L,20 mg/L,30 mg/L,40 mg/L和50 mg/L)上，三種混凝劑均隨著投藥量的增加UV254去除率增大，且PAC好于PAFC,PFAC好于PFS；而對于小環(huán)藻液，PAC和PAFC隨著投藥量的增加UV254的去除率先增加后減小，PFS隨著投藥量的增加UV254去除率先增大后保持穩(wěn)定，UV254去除率總的趨勢為PAFC好于PAC，PAC好于PFS。

對于小球藻液，混凝劑在10 mg/L～50 mg/L投加范圍內(nèi)，PAC對UV254去除范圍為62.1%～74.8%，PAFC為53.7%～72.0%，PFS為48.1%～62.1%。對于隱藻液， PAC對UV254去除范圍為43.1%～56.9%，PAFC為43.1%～51.4%，PFS為33.3%～43.1%。對于小環(huán)藻液，PAC對UV254去除范圍為51.4%～63.5%，PAFC為55.4%～68.9%，PFS為41.9%～59.5%。

UV254代表的腐殖質(zhì)類的有機物中含有羧酸基和羥基功能團，帶有負電性，混凝劑水解形成的帶正電的產(chǎn)物是通過電中和作用去除有機物的。并且從以上結(jié)果來看，含鋁混凝劑對腐殖質(zhì)類有機物去除效果要好于含鐵混凝劑。

4 混凝劑對藻液濁度的去除效果

混凝劑的投加量與濁度去除率關(guān)系如圖3所示。

對于小球藻液，各個投加量下，混凝劑PFS的除濁效果均優(yōu)于其他兩種混凝劑，且在20 mg/L投加量下濁度去除率達到最大，為86.3%±0.5%；而混凝劑PAFC在五個投加量下除濁率均差于其他兩種混凝劑。該結(jié)果與三種混凝劑對小球藻的去除效果基本一致。

對于隱藻液，各個投加量下，混凝劑PFS的除藻率除在10 mg/L投加量下略差于PAC和PAFC，在其他情況下均優(yōu)于其他兩種混凝劑，且在20 mg/L投加量下濁度去除率達到最大，為89.6%±0.5%。PAC在30 mg/L下除濁率達到最大，為80.4%±0.4%，PAFC在20 mg/L下除濁率達到最大，為87.3%±0.1%。

對于小環(huán)藻液，其濁度較難去除，在三種混凝劑投加量為10mg/L時，濁度的去除率反而降低，而后隨著投藥量增加，濁度去除率大大增加。相對而言，PFS除濁效果較好，其投加量在50 mg/L時，濁度去除率達到最大，為78.4%±0.2%。PAC除濁效果次之，其在30 mg/L投加量下除濁效果最好，濁度去除率為75.4%±0.3%。而PAFC除濁效果相對較差，其在40 mg/L投加量下除藻效果最好，濁度去除率為74.3%±0.2%。對于三種混凝劑在10 mg/L投加量下濁度降低的現(xiàn)象，可能是因為小環(huán)藻胞外有機物要多于其他兩種藻液，胞外有機物的存在干擾了混凝劑對濁度去除效果。

5 混凝劑的篩選結(jié)果

以各個混凝劑對各藻液Chl-a去除率作為主要考察依據(jù)，并考慮到其對濁度和UV254的去除效果，以此篩選出適合各藻液較優(yōu)的混凝劑及其投加量。

對于小球藻液，混凝劑PFS在20 mg/L投加量下優(yōu)于其他兩種混凝劑。此時，Chl-a和濁度去除率均達到最大，分別為86.8%±0.3%和86.3%±0.5%，UV254去除率為50.9%±0.0%。

對于隱藻液，混凝劑PFS在20 mg/L投加量下優(yōu)于其他兩種混凝劑。此時，Chl-a和濁度去除率均達到最大，分別為86.2%±0.5%和89.6%±0.5%，UV254去除率達到40.3%±0.8%。

對于小環(huán)藻液，混凝劑PAC在30 mg/L投加量下優(yōu)于其他兩種混凝劑。此時，Chl-a去除率達到最大，為86.6%±0.6%，濁度去除率為75.4%±0.3%，UV254去除率為63.5%±0.0%。

6 結(jié)語

1)雖然不同混凝劑對三種實驗藻液處理效果不同，但隨著投加量的增加對三種實驗藻液的Chl-a去除率均呈現(xiàn)出先增加后緩慢降低的趨勢。PAC和PFS除藻效果較好，而PAFC除藻效果略差。2)混凝劑的加入能很好的去除水中的腐殖質(zhì)物質(zhì)，且含鋁混凝劑對腐殖質(zhì)類有機物去除效果要好于含鐵混凝劑。3)三種藻液中，混凝劑PFS的除濁效果好于其他兩種混凝劑，其投加量在20 mg/L時小球藻液和隱藻液濁度去除率達到峰值，對于小環(huán)藻液濁度去除率在投加量為50 mg/L時達到峰值。以各個混凝劑對各藻液Chl-a去除率作為主要考察依據(jù)，并考慮到其對濁度和UV254的去除效果，篩選出除藻較優(yōu)的混凝劑及其投加量：對于小球藻液和隱藻液，混凝劑PFS在20 mg/L投加量下除藻效果較優(yōu)，除藻率分別為86.8%±0.3%,86.2%±0.5%；對于小環(huán)藻液，混凝劑PAC在30 mg/L投加量下除藻效果較優(yōu)，除藻率達到86.6%±0.6%。