水處理中藻類暴發(fā)造成的水質(zhì)問題及處理方法

黃紅妍

（梧州粵海江河水務(wù)有限公司，廣西 梧州 543002）

0 引言

近年來，我國原水污染受多方面因素影響，水質(zhì)異味普遍性、頻發(fā)性、難控性逐年上升。研究表明，水體異味來源主要是藻類，異味以魚腥味、土霉味最為普遍，硅藻可產(chǎn)生魚腥味，藍(lán)綠藻能產(chǎn)生土霉味。2021年1月下旬至2月，廣西某市水源地季節(jié)性藻類暴發(fā)，且該水源地有不合規(guī)的網(wǎng)箱養(yǎng)殖，加速了藻類增長，原水出現(xiàn)一定程度的異味。為此當(dāng)?shù)厮畡?wù)公司必須對產(chǎn)生的水質(zhì)問題組織研究并提出解決方案，以滿足飲用水達(dá)標(biāo)要求。

水源的藻類暴發(fā)影響一系列的供水生產(chǎn)。藻類及其分泌物會干擾自來水處理中的混凝過程，使藻類不易沉降；大量的藻類會堵塞濾池，縮短濾池的過濾周期；某些較小的藻類穿透濾池進(jìn)入清水池和管網(wǎng)，造成管網(wǎng)水質(zhì)惡化，加速管網(wǎng)腐蝕。此外，藻類在代謝過程中會產(chǎn)生臭味，若不進(jìn)行處理消除，容易引起飲用者不適。

1 藻類暴發(fā)成因和預(yù)警指標(biāo)

1.1 藻類暴發(fā)成因

天氣溫暖時，藻類暴發(fā)會影響水廠生產(chǎn)。由于藻類聚集到濾池（尤其是慢濾池），其表面將形成一層密實(shí)的藻類覆蓋物，阻止水通過，導(dǎo)致濾池堵塞。藻類代謝釋放出的氣體，特別是光合作用釋放的氧氣，在濾池中較難自動沉降。某些藻類能合成有毒的代謝產(chǎn)物，如藍(lán)藻中的微囊藻屬、魚腥藻屬、鞘絲藻屬等會產(chǎn)生微囊藻毒素，微囊藻毒素直接毒害魚類、人畜，是肝癌的主要誘因。因此，水體藻類消除必須重視。

藻類異味物控制途徑多種多樣，發(fā)現(xiàn)藻類生長相關(guān)指標(biāo)同時出現(xiàn)異常時，水廠必須當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)測。藻類可使水中的無機(jī)物二氧化碳通過光合作用轉(zhuǎn)化成有機(jī)物，下列是該光合作用過程中碳酸鹽體系轉(zhuǎn)化生成有機(jī)物的化學(xué)反應(yīng)式。

由于在地表水的pH范圍內(nèi)，碳酸鹽主要以HCO3-的形式存在，在富營養(yǎng)化的地表水中，HCO3-濃度大小決定了藻類的生長狀況，同時也對地表水pH升降產(chǎn)生影響。此外，富營養(yǎng)化地表水中的溶解氧主要源于藻類光合作用，這是因?yàn)樵孱惞夂献饔卯a(chǎn)生的氧要遠(yuǎn)大于其呼吸作用消耗的氧，導(dǎo)致光合作用產(chǎn)生的氧氣中的溶解氧甚至能夠達(dá)到飽和狀態(tài)下溶解氧的4倍。

1.2 藻類暴發(fā)預(yù)警指標(biāo)

根據(jù)藻類生長的特性，在藻類繁殖期一般會出現(xiàn)pH上升、溶解氧上升、高錳酸鹽指數(shù)上升、葉綠素a上升的現(xiàn)象，同時會導(dǎo)致色度偏高并出現(xiàn)異味。因此根據(jù)其特點(diǎn)，該水廠對各指標(biāo)制定適宜的檢測方案和預(yù)警值。

地表水pH受藻類光合作用和呼吸作用的影響，深夜和正午的差值較大。若采用PAC作為凈水劑，原水pH超過8.10，溫度高時（一般在正午），濾后水鋁含量較高，容易造成水質(zhì)鋁含量超標(biāo)，必須在有可能出現(xiàn)藻類暴發(fā)的情況下，留意正午時間的pH。藻類通過光合作用吸收二氧化碳放出氧氣，從而導(dǎo)致水中的溶解氧上升明顯。由于藻類暴發(fā)時溫度偏高，溶解氧和溫度呈負(fù)相關(guān)，可以通過觀察其溶解氧是否超出飽和溶解氧作為預(yù)警值。

藻類繁殖不可缺少總磷、總氮。磷是最小的限制因子，而總氮對藻類的生長影響更大一些，這是因?yàn)榈谠孱惣?xì)胞內(nèi)異養(yǎng)分解釋放大量氨態(tài)分子到水體中，而藻類吸收磷酸鹽生長以磷的聚合物形式存在，藻類細(xì)胞代謝過程釋放氮要比釋放磷的速度快，因此對氮的需求量更多。一般來說，藻類繁殖時高錳酸鹽指數(shù)會逐步升高，但即便在衰退期高錳酸鹽指數(shù)依舊保持一個較高的數(shù)值，因?yàn)樵孱惖乃ネ似跁霈F(xiàn)其他生物分解藻類，同時氨氮在衰退期亦會處在較高水平。水務(wù)公司下屬水廠水源處于水利樞紐末端處的取水點(diǎn)，在預(yù)警評價中除地表水評價標(biāo)準(zhǔn)外，還需參照湖庫水的評價標(biāo)準(zhǔn)。在藻類易發(fā)的1月、7月等月份需特別關(guān)注，同時關(guān)注氣象信息和水文信息，做好預(yù)警。

2 減少水體藻類工藝分析

本次水源地水體藻類暴發(fā)，水廠利用好信息化數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)錄入的檢測結(jié)果，原水檢測數(shù)據(jù)變化明顯，如表1所示，經(jīng)綜合判斷為水體藻類暴發(fā)，必須啟動水質(zhì)應(yīng)急響應(yīng)處理。

表1 原水檢測數(shù)據(jù)變化

水體藻類暴發(fā)水質(zhì)應(yīng)急響應(yīng)處理，要先考慮殺藻，同時祛除異嗅異味。減少水體藻類有較多的工藝選擇，應(yīng)針對藻類的特性選擇合適的處理工藝。

2.1 臭氧及其他氧化工藝

常用的氧化劑有氯氣、臭氧、過氧化氫及高錳酸鉀等。氯氣和高錳酸鉀對土臭素和2-甲基異莰醇的去除效果不佳，而臭氧可以有效去除土臭素和2-甲基異莰醇組分，但會生成新的異味的物質(zhì)，需要在后續(xù)增加活性炭吸附。有研究發(fā)現(xiàn)使用3.8 mg/L濃度的臭氧，與水體接觸6 min左右能有效去除藍(lán)綠藻產(chǎn)生的土腥味和霉味[1]。氧化法對于硫醚硫醇類物的去除效果較好。

2.2 活性炭

水處理中廣泛使用的除味填料主要是活性炭，粉末活性炭又比顆?；钚蕴拷佑|面積更大，除味效果更優(yōu)。

2.3 生物降解法

采用生物降解法能去除有氣味的有機(jī)物，通過砂濾濾料上的生物膜能有效去除土臭素和2-甲基異莰醇。

2.4 降低水體富營養(yǎng)化程度

由于風(fēng)力、降雨、氣溫、光照等不可控因素，且且水流速度因各水利樞紐的宏觀調(diào)配難以變更，因此，降低水體富營養(yǎng)化程度較好的方法是與相關(guān)政府機(jī)關(guān)協(xié)調(diào)，清理非法網(wǎng)箱養(yǎng)殖，嚴(yán)查違規(guī)排污，從而減少水中的營養(yǎng)物質(zhì)。

（1）化學(xué)除藻。預(yù)氧化、光催化材料、復(fù)合材料、化學(xué)除藻藥劑、電化學(xué)、絮凝法、混凝劑除藻等是利用化學(xué)法除藻，常用藥劑有過氧化氫、硫酸銅、臭氧、高錳酸鉀、氯氣、二氧化氯等?；瘜W(xué)除藻具有效果好、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且化學(xué)除藻可在上水管道處添加，無須投放在水源地。

（2）生物除藻。生物除藻的主要方法有溶藻菌除藻、微生物除藻、草履蟲吞噬除藻、放養(yǎng)鰱魚控藻等。短時間內(nèi)生物除藻效果不明顯、實(shí)驗(yàn)周期長，需要在水源地進(jìn)行投放，并由政府有關(guān)部門進(jìn)行組織進(jìn)行。

（3）物理除藻。物理除藻的主要方法有沉積物沉降除藻、機(jī)械除藻、超聲波除藻、紫外線輻照除藻、過濾除藻、超導(dǎo)磁石除藻、電氣浮除藻等，目前行業(yè)多采用機(jī)械除藻和氣浮除藻。

分析本次水源地藻類暴發(fā)的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合本地實(shí)際情況及水廠工藝情況，要先做好水源地管理，積極和政府部門溝通，清理違規(guī)的網(wǎng)箱養(yǎng)殖，進(jìn)行應(yīng)急治理。經(jīng)處理后，水源水樣的水藻類密度明顯下降，水源水樣檢測處理前后對比如表2所示。

表2 水源水樣檢測處理前后對比

針對應(yīng)急處理的除藻方法一般采用化學(xué)除藻法和物理除藻法，由于出廠水也需要使用消毒劑，可考慮采用原有的消毒劑作為應(yīng)急除藻手段，本次采用次氯酸鈉消毒除藻。

3 除藻后的水質(zhì)處理

水源地季節(jié)性水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致的藻類含量升高是中小型水廠面臨的普遍性問題，投加二氧化碳調(diào)節(jié)pH技術(shù)在水處理行業(yè)越來越受關(guān)注，國內(nèi)自來水廠生產(chǎn)應(yīng)用不多，本企業(yè)為了滿足水質(zhì)要求，改善生產(chǎn)過程的生態(tài)績效，節(jié)約能源消耗低碳生產(chǎn)，提高生產(chǎn)產(chǎn)出效率，提出了相關(guān)生產(chǎn)試驗(yàn)應(yīng)用。

隨著水中藻類含量的增加，溶解氧含量將增加，pH亦將增高。當(dāng)使用PAC處理藻類較多的原水時，原水的pH較高，PAC對pH的影響不大，處理后水的pH會保持在一個較高的范圍。鋁離子在pH較高時溶解度較大，原水pH的變化會影響混凝劑的水解程度，進(jìn)而降低混凝效果，同時也會影響水中溶解鋁的含量，容易導(dǎo)致出廠水鋁含量超出《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求的0.2 mg/L的限值。為了提高出廠水的水質(zhì)，試點(diǎn)水廠采用了將二氧化碳?xì)怏w直接加注到原水中降低原水pH，從而減少水處理劑使用量，保證出廠水鋁含量滿足飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。

（1）工藝流程。工藝流程設(shè)計(jì)投加二氧化碳調(diào)節(jié)pH應(yīng)用在該水廠，水廠原設(shè)計(jì)日供水量為15×104m3/d，采用常規(guī)制水工藝，混凝劑為聚合氯化鋁，工藝流程為：原水→沉淀池→澄清池→（加氯）濾池→清水池→供水泵房→市政管網(wǎng)。

（2）投加工藝路線。本次投加使用在水廠原水進(jìn)水處前加次氯酸鈉-活性炭粉末聯(lián)用的方法殺除原水中的藻類，利用活性炭吸收微囊藻毒素、土臭素和2-甲基異莰醇等異嗅物質(zhì)。

緊接著在進(jìn)水時將二氧化碳注入原水中，補(bǔ)充因藻類光合作用而消耗的二氧化碳，提高水中的氫離子濃度，達(dá)到降低pH的目的[2]。投加研究技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 投加研究技術(shù)路線

（3）pH的控制效果分析。該水廠試驗(yàn)期間在進(jìn)水時便將二氧化碳?xì)怏w注入原水中，pH控制目標(biāo)為7.3～7.5，通過在線pH儀測試日平均值得出pH的實(shí)際控制情況，期間原水pH在7.9～8.6波動，二氧化碳平均投加量約5.6×10-5kg/m3，在投加二氧化碳后pH按目標(biāo)值波動，能實(shí)現(xiàn)對pH的準(zhǔn)確、穩(wěn)定控制。

（4）對PAC投加量的影響。PAC作為最常用的無機(jī)高分子絮凝劑，有很強(qiáng)的界面吸附能力，是結(jié)合表面OH發(fā)生進(jìn)一步的水解形成表面沉淀，表面覆蓋層則可由PAC轉(zhuǎn)化成鋁膠體進(jìn)一步形成氫氧化鋁沉淀，此時主要由凝聚作用轉(zhuǎn)變?yōu)樾跄饔玫倪^程，由電中和作用轉(zhuǎn)變?yōu)轲じ骄頀咦饔玫倪^程。在水處理中首先是降低濁度，但是在水質(zhì)pH較高情況下容易失去吸附共沉淀作用，鋁離子在pH較高時溶解度較高，水中溶解鋁的含量升高。在季節(jié)性藻類暴發(fā)導(dǎo)致原水pH升高時，為了確保出水鋁達(dá)標(biāo)，試驗(yàn)水廠使用二氧化碳調(diào)節(jié)pH，使PAC能起到適宜的混凝去濁的作用，對總鋁指標(biāo)的控制效果較好。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)，水廠在藻類暴發(fā)期間水樣若采用傳統(tǒng)加PAC而不使用二氧化碳調(diào)節(jié)pH的方法，同樣水質(zhì)處理效果下，PAC使用量約為11 kg/m3，使用二氧化碳后PAC混凝劑用量則約為8.5 kg/m3，降幅約22.7%。同時，少加混凝劑使污泥產(chǎn)生量降低，可節(jié)約減少污泥部分的處置工序。

4 結(jié)語

（1）總結(jié)本次藻類暴發(fā)造成原水異味的應(yīng)對經(jīng)驗(yàn)，利用好實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)對檢測結(jié)果進(jìn)行匯總分析，判定水質(zhì)狀況和藻類的生長周期：①要制定合理完善的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，加強(qiáng)對pH、臭味、色度、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮的監(jiān)測，保證應(yīng)急響應(yīng)及時。②要做好供水調(diào)度工作，及時觀察濾池的藻類和出廠水消毒劑的投加量，增加沉淀池、濾池的排泥和清洗頻次，及時做好投加工藝調(diào)節(jié)。③要與政府相關(guān)部門溝通協(xié)調(diào)，加強(qiáng)水源地保護(hù)管理。

（2）水廠因藻類暴發(fā)導(dǎo)致pH持續(xù)上升至8.3，且原水出現(xiàn)明顯泥腥味，應(yīng)進(jìn)行在廠內(nèi)上水管投加次氯酸鈉殺藻、加大濾池的清洗頻次等水質(zhì)應(yīng)急處理，并投加活性炭粉末0.5～1.0 kg/t吸附異味物，保證濾池能效正常，待濾水無異味。

（3）應(yīng)用投加二氧化碳技術(shù)能穩(wěn)定且較好地控制原水pH，穩(wěn)定水處理凈化效果，達(dá)到穩(wěn)定控制pH、保證出水鋁含量符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的效果，本次應(yīng)用試驗(yàn)二氧化碳利用率平均達(dá)到90%以上，能源效率保持較優(yōu)。

（4）總結(jié)試驗(yàn)過程，在線pH儀數(shù)據(jù)直接指導(dǎo)投加前后對二氧化碳投加的控制，在線pH儀的準(zhǔn)確性和靈敏度要求較高，需要經(jīng)常對其維護(hù)保養(yǎng)及比對。

（5）采用二氧化碳投加混凝劑的用量比傳統(tǒng)加酸PAC減少了約22.7%，保證水質(zhì)的同時還控制了混凝劑投加成本。混凝劑投加量的降低，一是有助于鋁含量的下降，二是減少了污泥的產(chǎn)生量，因此本過程符合現(xiàn)代企業(yè)低碳減排目標(biāo)，為協(xié)同建設(shè)低碳城市貢獻(xiàn)水務(wù)力量。