藍(lán)藻消減裝置對河道水體中藍(lán)藻的消減研究

房斌 李朝廷 蔣俊

［1.無錫市環(huán)保集團(tuán)錫寰（無錫）科技評估有限公司，江蘇無錫 214026；2.無錫市環(huán)保集團(tuán)有限公司，江蘇無錫 214026；3.無錫市太湖湖泊治理股份有限公司，江蘇無錫 214026］

1 引言

城市中小河道存在水環(huán)境容量較小、水體流動(dòng)性較差的問題［1-2］。大量繁殖的藍(lán)藻將水面覆蓋，阻礙水體復(fù)氧，使得水體發(fā)臭，嚴(yán)重影響河道水質(zhì)和感觀［3-4］。

自20 世紀(jì)60 年代以來，國內(nèi)外治理藍(lán)藻的技術(shù)有物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)、生物技術(shù)及組合工藝等［5-7］。當(dāng)前，清除藍(lán)藻的方法一般為化學(xué)處理和機(jī)械打撈［8］?；瘜W(xué)處理是采用氧化殺藻或通過金屬離子抑制藻類繁殖［9］，能夠快速清除藍(lán)藻，但卻不能從根本上清除藍(lán)藻，而且容易對環(huán)境造成二次污染［10］。機(jī)械打撈是通過機(jī)械或人工對藍(lán)藻進(jìn)行打撈［11］，此方法雖可相對徹底地清除藍(lán)藻，但浪費(fèi)大量人力物力，效率不高。本研究在原有機(jī)械打撈技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制出了一種自動(dòng)化程度較高的新型藍(lán)藻消減裝置，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)及背景介紹

本實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在無錫市某一生態(tài)治理河道。該河道為斷頭浜，河道兩岸為居住區(qū)，居民生活污水存在跑冒滴漏入河的現(xiàn)象，導(dǎo)致河道富營養(yǎng)化，藍(lán)藻肆意滋生，河道水質(zhì)惡化，易返黑返臭［12］。

該河道水質(zhì)隨季節(jié)性變化較大，尤其在夏季藍(lán)藻繁殖時(shí)期，所以選擇水體中有大量藍(lán)藻的7—8 月進(jìn)行實(shí)驗(yàn)［13］。

實(shí)驗(yàn)期間，河道水體水溫穩(wěn)定在28～35 ℃，pH范圍為6～9，總氮為5.98～8.13 mg/L，總磷為0.43～0.78 mg/L，高錳酸鹽指數(shù)為26.17～78.37 mg/L，葉綠素a 為100～1 000 mg/m3。由水質(zhì)檢測結(jié)果可以看出，河道水質(zhì)數(shù)據(jù)符合實(shí)驗(yàn)需求。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

本研究研制的藍(lán)藻消減裝置是通過潛水泵使裝置內(nèi)外形成液位差，河道藍(lán)藻水透過多層吸附載體，使藍(lán)藻被截留在載體上。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。

圖1 藍(lán)藻消減裝置示意

實(shí)驗(yàn)裝置由箱體、吸附載體、潛水泵、浮力裝置等組成。箱體前部設(shè)有進(jìn)水口，中部設(shè)有卡槽，后部設(shè)有排水口；吸附載體由微孔濾料、濾膜與框架組成，將吸附載體插入卡槽；潛水泵固定在底座上；浮力裝置由浮筒、高度調(diào)整架組成，可通過上下移動(dòng)浮筒來調(diào)整進(jìn)水口下沿距水面的位置。

實(shí)驗(yàn)裝置工作流程為：潛水泵將漂浮藍(lán)藻的水體從吸入口收集后，通過水壓，藍(lán)藻被吸附載體攔截吸附，藻水分離后的水體通過排水口排入河道。其中，吸附載體可從卡槽內(nèi)抽出更換；可調(diào)整吸入口下沿距離水面下1～2 cm，增加有效吸入體積，使藍(lán)藻收集效率大大提高。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)中，藍(lán)藻消減裝置進(jìn)水壓力保持0.23 MPa，潛水泵頻率50 Hz，揚(yáng)程8 m。為測試該裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性及除藻效果，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。

2.3.1 間歇工作實(shí)驗(yàn)

藍(lán)藻消減裝置在每天07：00—19：00 連續(xù)工作12 h 后，用清水進(jìn)行沖洗，第二天繼續(xù)運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行7 d。實(shí)驗(yàn)中，每隔2 h 檢測進(jìn)出水葉綠素a 濃度。

2.3.2 連續(xù)工作實(shí)驗(yàn)

藍(lán)藻消減裝置每天連續(xù)工作12 h，不進(jìn)行沖洗，連續(xù)運(yùn)行7 d。實(shí)驗(yàn)中，每隔2 h 檢測進(jìn)出水葉綠素a濃度。

2.3.3 葉綠素a 濃度變化對藍(lán)藻去除率的影響實(shí)驗(yàn)

選擇河道中葉綠素a 不同濃度的區(qū)段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?？疾烊~綠素a 濃度變化對藍(lán)藻消減裝置除藻效果的影響。每種濃度下，裝置連續(xù)工作12 h，不對濾膜進(jìn)行清洗。實(shí)驗(yàn)中，每隔2 h 檢測進(jìn)出水葉綠素a濃度［14］。

2.3.4 濾膜清洗實(shí)驗(yàn)

連續(xù)運(yùn)行藍(lán)藻削減裝置，每隔1 h 對膜通量進(jìn)行檢測，當(dāng)膜通量降到180 L/h 時(shí)，用清洗劑對濾膜進(jìn)行清洗，選用酸性、堿性和含酶類的清洗劑以全循環(huán)方式?jīng)_洗濾膜，沖洗時(shí)間設(shè)為0.5 h，通過對比清洗前后膜通量恢復(fù)情況，來比較3 種清洗劑的清洗效果。清洗后，選擇恢復(fù)率較高的濾膜與未污染的濾膜繼續(xù)進(jìn)行12 h 連續(xù)工作，每隔2 h 檢測進(jìn)出水葉綠素a 濃度，對這2 種濾膜的去除率進(jìn)行對比。

2.4 實(shí)驗(yàn)測定項(xiàng)目與方法

2.4.1 測定項(xiàng)目

運(yùn)行前在藍(lán)藻削減裝置進(jìn)水口處測定進(jìn)水葉綠素a 的濃度，運(yùn)行后在裝置出水口分時(shí)取樣，測定葉綠素a 的濃度，考察藍(lán)藻消減裝置對藍(lán)藻的去除效果。

2.4.2 測定方法

指標(biāo)的測定分析方法均采用國家標(biāo)準(zhǔn)測定方法。用葉綠素a 含量表示藍(lán)藻濃度，分光光度法檢測葉綠素a 含量，取水樣，在水樣中加入w＝1%的碳酸鎂懸濁液［15］，用玻璃纖維濾膜進(jìn)行過濾，研磨水體浮游植物通過加入90%丙酮提取其中的葉綠素，提取后用離心機(jī)以轉(zhuǎn)速3 500 r/min 進(jìn)行離心［16］，離心后以90%丙酮溶液作為參比溶液，測定其在630，647，664，750 nm 波長下的吸光度［17］，計(jì)算水體中葉綠素a 的含量，單位為mg/m3［18］。

3 結(jié)果與討論

3.1 2 種方案葉綠素a 去除率對比

如圖2 所示，2 種方案葉綠素a 的去除率均大于95%，間歇工作實(shí)驗(yàn)葉綠素a 去除率明顯高于連續(xù)工作實(shí)驗(yàn)，這應(yīng)該是由于連續(xù)工作實(shí)驗(yàn)時(shí)未對濾膜進(jìn)行清洗，其過濾吸附性下降。連續(xù)工作實(shí)驗(yàn)7 d中，葉綠素a 去除率下降趨勢平緩，第6 天時(shí)葉綠素a 去除率下降至最低，為95.2%，第7 天時(shí)葉綠素a 去除率小幅回升至95.8%，由此可見，該裝置穩(wěn)定性較好，對葉綠素a 的去除能力較強(qiáng)。

圖2 2 種實(shí)驗(yàn)方法葉綠素a 去除率對比

3.2 進(jìn)水葉綠素a 濃度對藍(lán)藻去除率的影響

進(jìn)水葉綠素a 濃度對藍(lán)藻去除率的影響見表1。

由表1 可知，進(jìn)水葉綠素a 濃度為130.5 mg/m3時(shí)，藍(lán)藻去除率達(dá)到100%；當(dāng)進(jìn)水葉綠素a 濃度大于289.8 mg/m3時(shí)，去除率隨著進(jìn)水葉綠素a 濃度增加呈增長趨勢，這是因?yàn)殡S著葉綠素a 濃度增大，引起濾膜表面的濃差激化現(xiàn)象增強(qiáng)，使藍(lán)藻通過膜的阻力增強(qiáng)，進(jìn)而提高了藍(lán)藻的去除率。

但隨著葉綠素a 濃度的增大，溶液黏度越來越大，使得濾膜通量逐漸下降。葉綠素a 含量為130.5 mg/m3時(shí)，平均膜通量為196 L/h；而當(dāng)進(jìn)水濃度大于680.4 mg/m3時(shí)，平均膜通量基本保持在140 L/h左右。

3.3 濾膜清洗初步研究

不同清洗劑清洗后膜通量恢復(fù)情況見表2。

表2 不同類型清洗劑對膜通量的影響

由表2 可知，相較于堿性和酸性清洗劑，含酶清洗劑的清洗效果較好，質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的含酶清洗劑可使通量恢復(fù)到初始通量的96.0%。將含酶清洗劑清洗后的濾膜繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，清洗后的濾膜對葉綠素a的去除率仍然較高，達(dá)95.0%（見表3）。由此說明，造成膜污染的主要物質(zhì)為藍(lán)藻淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素等；利用含酶清洗劑清洗后的濾膜恢復(fù)狀況良好；藍(lán)藻未對濾膜造成不可逆轉(zhuǎn)的污染，濾膜清洗后可重復(fù)使用。

表3 清潔膜與清洗膜對葉綠素a 去除率的對比

4 結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)中，2 種方案葉綠素a 去除率均在95%以上，說明該藍(lán)藻消減裝置除藻能力較為理想，利用藍(lán)藻消減裝置除藻是切實(shí)可行的。

（2）連續(xù)工作實(shí)驗(yàn)中葉綠素a 去除率普遍低于間歇工作實(shí)驗(yàn)，這主要是濾膜污染導(dǎo)致，說明該裝置運(yùn)行過程中應(yīng)定期對濾膜進(jìn)行清潔，以保障裝置除藻效率。

（3）濾膜清洗初步研究表明，含酶清洗劑清洗效果較酸性清洗劑、堿性清洗劑好，使用5%含酶清洗劑可使膜通量恢復(fù)到480 L/h，為初始通量的96.0%，清洗后的濾膜對葉綠素a 的去除率達(dá)95.0%，說明濾膜清洗后可重復(fù)使用。