南方自來水企業(yè)抑制藻類生長方法探究

黃 威，李曉尚

(1.湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411110； 2.湘潭中環(huán)水務(wù)有限公司，湖南 湘潭 411100)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生活產(chǎn)生的大量氮、磷等營養(yǎng)元素進(jìn)入水體，導(dǎo)致藻類等浮游生物大量繁殖，水體含氧量和透明度下降，引起水華等富營養(yǎng)化現(xiàn)象，給城市供水帶來很多不利影響[1]。湘江長沙段浮游藻類主要由硅藻、綠藻、隱藻構(gòu)成。藻類生長受氮磷污染、溫度、pH值影響最為嚴(yán)重。湘江長沙段水質(zhì)pH值為7.78～7.89，總氮平均濃度為1.48～3.64 mg/L，夏季光照充足，此都為綠藻的生長提供了非常有利的條件。

藻類對水處理工藝帶來的不利因素主要體現(xiàn)在容易造成濾池板結(jié)，影響濾池過濾效果。會增加氯耗、礬耗等藥耗和反沖洗頻次，造成制水成本升高。還會產(chǎn)生藻毒素等代謝產(chǎn)物，生成異味導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

1 國內(nèi)外抑制藻類生長的方法

1.1 物理方法

物理方法主要是通過強(qiáng)制截留、機(jī)械篩濾的手段將藻類物質(zhì)從水中去除，從而抑制藻類生長。目前新興的技術(shù)是氣浮法、膜濾法、微濾機(jī)法等。

近年來，溶氣氣浮法除藻得到了廣泛應(yīng)用。利用藻類密度一般比較小、絮體不容易沉淀這一特點(diǎn)，根據(jù)微氣泡黏附于絮粒，以實(shí)現(xiàn)絮粒的強(qiáng)制性上浮，達(dá)到固液分離目的。我國武漢、昆明、無錫、蘇州等地自來水廠都采用氣浮法除藻。Teixeira等實(shí)驗(yàn)表明，采用溶氣氣浮法采收藍(lán)藻，氣浮池的藍(lán)藻采收率可達(dá)92%。但氣浮池運(yùn)行耗電量較大，設(shè)備維修及管理工作量大，藻渣處理難度大。

膜過濾技術(shù)是以膜兩側(cè)的壓力差為主要能量，利用薄膜的選擇透過性進(jìn)行兩相分離，將污染物質(zhì)和藻類與富營養(yǎng)化水體進(jìn)行分離。膜濾法常用于歐美國家10 000 m3/d以上自來水廠的水處理工藝中[2]，缺點(diǎn)是處理規(guī)模小，技術(shù)成本高，無法在發(fā)展中國家大范圍應(yīng)用。

微濾機(jī)是一種轉(zhuǎn)鼓式篩網(wǎng)過濾回收固液分離裝置，一般采用10～45 μm網(wǎng)眼孔徑的微孔篩網(wǎng)固定在轉(zhuǎn)鼓型過濾設(shè)備上，被處理的廢水流進(jìn)鼓內(nèi)，水中固體顆粒被截留在篩網(wǎng)內(nèi)面，并且在過濾的同時，通過壓力沖洗水和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動，及時清洗微孔篩網(wǎng)，始終保持設(shè)備的良好工作狀態(tài)，除藻效率約為40%～70%。微濾機(jī)生產(chǎn)能力大，占地面積小，操作方便，主要應(yīng)用于對原水的第一級過濾上。

1.2 化學(xué)方法

化學(xué)方法是通過投加化學(xué)氧化劑和某些鹽類去除藻類。常用的化學(xué)除藻劑有氯氣、臭氧、二氧化氯、高錳酸鉀、銅鹽等。

氯氣除藻在國內(nèi)水處理工藝中應(yīng)用最廣，其原理是采用氯氣作為預(yù)氧化劑，強(qiáng)化對藻類的去除率，且價格便宜，應(yīng)用便利。但在預(yù)氧化過程中，氯與原水中較高濃度的有機(jī)物反應(yīng)生成三氯甲烷等消毒有害副產(chǎn)物，且會產(chǎn)生令人不愉快的嗅味，使其應(yīng)用受到限制。張榮[3]等在預(yù)沉池投加0.5～2.0 mg/L氯，配合投加0.6 mg/L的高分子助凝劑HCA和適量三氯化鐵，將夏季高藻水中的藻類去除率提高至98%以上。

二氧化氯具有很多氯所不具備的優(yōu)點(diǎn)，其能有效減少三氯甲烷等有害副產(chǎn)物的生成，對人體副作用小，能快速氧化沉淀鐵、錳等金屬離子，消除藻類產(chǎn)生的異味，是目前國際上公認(rèn)的新一代綠色消毒劑。裴海燕[4]等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)時間小于10 min時，二氧化氯的投加量為38～85 mg ClO2/mg葉綠素a即可達(dá)到45%～89%的藻類去除率。但二氧化氯需要就地生產(chǎn)，且價格昂貴，目前在國內(nèi)未能得到廣泛應(yīng)用。

對于堿性水體而言，高錳酸鉀具有較好的除藻效果。高錳酸鉀可以氧化破壞包裹藻細(xì)胞的膠狀物質(zhì)，且其自身水解生成的二氧化錳對藻細(xì)胞具有強(qiáng)吸附性和強(qiáng)氧化性。但若預(yù)氧化中的高錳酸鉀投加量過大，可能會導(dǎo)致水色度升高、伴隨出水中的錳含量升高現(xiàn)象，因此高錳酸鉀和活性炭聯(lián)合除藻已受到人們的廣泛關(guān)注。鄭全興[5]采用高錳酸鉀和粉末活性炭聯(lián)合投加的方法強(qiáng)化除藻效果。在取水口處投加1.5 mg/L高錳酸鉀和20 mg/L粉末活性炭，可使除藻率達(dá)到96%。

1.3 其他方法

生物濾池除藻法是生物除藻工藝的一種，其原理是利用生物膜上的微生物對藻類進(jìn)行吸附和絮凝，使其被原生動物吞噬或被沉降。以色列學(xué)者向1 m3的濾池中投加50 kg的大麥秸稈進(jìn)行過濾，除藻率達(dá)75%，且這種抑制作用能持續(xù)近6個月左右。這項(xiàng)工藝沒有副作用，具有應(yīng)用范圍廣、技術(shù)成本低的優(yōu)勢。

超聲波技術(shù)主要是利用比人耳能聽得到的更高范圍頻率(即﹥18 kHz)的聲波來加快化學(xué)反應(yīng)，提升反應(yīng)產(chǎn)率。消毒劑(雙氧水、氯氣、臭氧)與超聲波聯(lián)合為自來水消毒能減少消毒劑的用量，可應(yīng)用于自來水的深度處理中。大齡搖蚊幼蟲對雙氧水等常規(guī)消毒劑有較強(qiáng)的抵抗力，廣州自來水公司[6]研究發(fā)現(xiàn)，通過延長超聲波的輻射時間和提高溶解氧的濃度，能有效提升對大齡搖蚊幼蟲的殺滅率。

遮光是控制藻類繁殖生長的有效措施之一。日照時間的長短與藻類的生長繁殖有著密切關(guān)系?？筛鶕?jù)實(shí)際情況選擇不同的遮光方式。萬蕾[7]等研究發(fā)現(xiàn)，不同遮光周期、不同遮光面積、不同遮光率對水體中藻類的數(shù)量與葉綠素a的含量產(chǎn)生不同的影響。

紫外光輻射去除微囊藻毒素以其較高的環(huán)境安全性得到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。陳偉[8]等對兩種毒性較大的微囊藻毒素(MC-RR和MC-LR)在紫外光輻射下的光降解行為進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，光照強(qiáng)度、溫度和酸度都會對光降解速率產(chǎn)生影響，水體中的微囊藻毒素在40 min內(nèi)可以去除95%以上。

2 討論

2.1 單項(xiàng)除藻工藝局限性大

氣浮法操作環(huán)境差，氣味難聞，藻渣難處理。氯氣消毒易產(chǎn)生三氯甲烷等有毒副產(chǎn)物。投加二氧化氯、臭氧所需的投資和運(yùn)營成本高昂，無法大規(guī)模應(yīng)用。超聲波、生物濾池、紫外光輻射等新興技術(shù)目前基本處于試驗(yàn)階段，難以應(yīng)用于工程實(shí)踐。

2.2 聯(lián)合除藻工藝發(fā)展空間大

預(yù)氯化---氣浮技術(shù)、氧化劑---活性炭聯(lián)合除藻、超聲波—消毒劑聯(lián)合工藝等聯(lián)合除藻技術(shù)在克服單項(xiàng)工藝劣勢的同時，能產(chǎn)生更好的協(xié)同除藻效應(yīng)，高效、低成本，具有廣闊的研究和應(yīng)用前景。

2.3 預(yù)防藻類季節(jié)性爆發(fā)

南方夏季(6—8月)天氣炎熱，水廠內(nèi)藻類繁殖旺盛，需提前采取相關(guān)措施。如：定期清除濾池四周藻源，在濾池上方搭建遮光設(shè)施等，做到“預(yù)防為主、殺生為輔”，減少藥劑用量，降低生產(chǎn)成本。

2.4 進(jìn)行水污染綜合整治

要真正保障飲水安全，在控制消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生的同時，更需要從源頭抓起，控制氮、磷的排放量，做好水污染綜合整治，才能抑制藻類爆發(fā)，這需要全社會的共同努力。