（市政工程专业论文）北方城市供水水源藻类高发特征及化学杀藻实验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 北方城市供水水源藻类高发特征及化学杀藻实验研究 专业：市政工程 导师：黄廷林教授 研究生：陈霄 摘要 本文分析了天津市城市供水水源( 引滦水) 藻类高发的主要特征并探讨了环境因素对其 的影响。结果表明，水温较高的夏秋季( 一般为7 - - 9 月) 是天津市城市供水水源的藻类高发 期；近几年，高藻期含藻量呈逐年增加趋势，持续时间呈逐年延长趋势；高藻期水源水以蓝 藻为主，所占藻类总数最高和最低比例分别为9 1 年17 0 ，其中的优势属为微囊藻属；水源 水中高含量的氮、磷等营养盐是藻类高发的内在因素，水温、光照等是外在诱发因素。 研究了四种杀藻剂对引滦水中藻类的去除效能。结果表明，在实验条件下，四种杀藻 剂均具有一定的杀藻效果，藻类去除率均随药剂投量的增加而提高；原水藻类数量影响杀 藻剂杀藻效果，四种杀藻剂的藻类去除率均随原水藻类数量的增加而降低；通过杀藻效果、 经济性以及安全性等方面的综合比较，对于以有毒蓝藻为优势藻属的引滦水，四种杀藻剂 的优劣程度从优到劣排序为：高锰酸钾 硫酸铜 过氧化氢 次氯酸钠；在实验条件下， 高锰酸钾适宜投加量为o 8 m g l ，藻类去除率高于9 0 ，所需的药剂费用仅为0 0 0 6 8 元m 3 。 研究了四种杀藻剂对引黄水( 天津市城市供水的第二水源) 中藻类的去除效能，并对其优 势藻属进行分析。结果表明，实验期间，引黄水中藻类绝大多数为硅藻，优势藻属为硅藻门的 直链藻属，占藻类总数的7 8 9 4 ；四种杀藻剂的藻类去除率随杀藻剂投加量的增加而提高， 实验条件下，四种杀藻剂的藻类去除率由大到小依次为：高锰酸钾 次氯酸钠或硫酸铜 过氧 化氢。试验还研究了接触时间对杀藻效果的影响，给出了四种杀藻剂的适宜接触时间。 比较了三种氧化型杀藻剂对两种水源水的杀藻效果。结果表明，在两种水源水藻类数 量相差不大，杀藻剂投量相同的情况下，三种杀藻剂对引滦水的藻类去除率均高于引黄水。 关键词：藻类硫酸铜 过氧化氢高锰酸钾次氯酸钠 论文类型：应用基础 基金资助：国家8 6 3 计划项目资助( 2 0 0 2 a a 6 0 11 4 0 ) 西安建筑科技大学硕士学位论文 c h a r a c t e r i s t i c so f a l g a eb l o o mo fw a t e r s u p p l y a n d a l g a e r e m o v a l w i t ht h ec h e m i c a lm o t h o do f t i j i a nc i t y i nn o a hc h i n a s p e c i a l t y ：m u n i c i p a le n g n e e r i n g m e c a n d i d a t e ：c h e nx i a o s u p e r v i s o r ：h u a n gt i n g l i n ，p r o f e s s o r a b s t r a c t t h em a i nc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ea f f e c t i n gf a c t o r so fa l g a eb l o o mo f m u n i c i p a lw a t e r s u p p l y i nt i a n j i nw e r e a n a l y z e d i tw a s f o u n dt h a ta l g a lv i g o r o u sg r o w t ho c c u r r e df r o mj u n e t os e p t e m b e ri nr e c e n ty e a r s d u r i n gt h i st i m eb o t ht h em o n t h l y a v e r a g ea l g a ed e n s i t ya n d l a s t i n gt i m ei n c r e a s e dy e a ra f t e ry e a r t h em a i na l g a ef o r m i n ga l g a eb l o o m w a s c y a n o p h y t a a n dt h ed o m i n a n tg e n e r a sw e r em i c r o c y s t i s t h ea c c u m u l a t i o no f n u t r i e n t s ( s u c ha st o t a l n i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u s ) w i t hh i g hc o n c e n t r a t i o n ，h i g ht e m p e r a t u r eo fw a t e ra n d s t r o n gs u n s h i n ec a u s e d t h e a l g a e b l o o m t h e e f f i c i e n c yo fa l g a er e m o v a lb y f o u ra l g a e c i d e sf o rl u a n h er i v e r w a t e rw a ss t u d i e d t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e d t h a ti nt h ec o n d i t i o no ft h i se x p e r i m e n tf o u ra l g a e c i d e sa l l h a ds t r o n gr e m o v i n gr a t eo na l g a e ，a n dt h e i rr e m o v i n gr a t ei n c r e a s e dw i t l ld o s ei n c r e a s i n g ， a n dd e c r e a s e dw i t h a l g a ed e n s i t yi n c r e a s i n g a c c o r d i n g t ot h er e m o v i n gr a t eo n a l g a ea n d c o s t v a l u eo r s o ，t h es e q u e n c eo f f o u ra l g a e c i d e sf r o mg o o dt ob a dw e r ep o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e ， c o p p e rs u l f a t e ，h y d r o g e np e r o x i d e a n ds o d i u m h y p o c h l o r i t e i n t h ec o n d i t i o no ft h i s e x p e r i m e n t ，t h es u i t a b l ed o s eo fp o t a s s i u mp e r m a n g a n a t ew a s0 8 m g l ，t h ea l g a lr e m o v i n g r a t e w a sb e y o n d9 0 a n dt h ec o s to f t h i sa l g a e c i d ew 躲o n l yo 0 0 6 8 元 一 t h ee f f i c i e n c yo fa l g a er e m o v a lb yf o u ra l g a e c i d e sf o rh u a n h er i v e rw a t e rw a s s t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em a j o r i t yo fh u a n g h er i v e r w a t e rw a s b a c i l l a r o i p h y t a , a n d t h ed o m i n a n tg e n e r aw a sm e l o s i m ，w h i c hr e a c h e d7 8 9 4 t h ea l g a er e m o v i n gr a t eo f f o u ra l g a e c i d e si n c r e a s e dw i t hd o s ei n c r e a s i n g , a n dt h es e q u e n c eo ff o u ra l g a e c i d e s r e m o v i n g r a t eo na l g a ef r o mh i 曲t ol o ww e r ep o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e ，s o d i u mh y p o c h l o r i t eo rc o p p e r s u l f a t ea n d h y d r o g e np e r o x i d e t h e s u i t a b l ec o n t a c tt i m eo f f o u ra l g a e c i d e sw a sa l s og i v e n t h e p a p e rc o m p a r e dw i t ht h er a t eo fa l g a er e m o v a lb ya n y o n eo ft h r e ea l g a e c i d e sf o r t w os o u r c ew a t e r i tw a sf o u n dt h a tt h er a t eo f a l g a er e m o v a lb ya n y o n eo ft h r e ea l g a e c i d e s 西安建筑科技大学硕士学位论文 f o rl u a n h er i v e rw a t e rw a sh i g h e rt h a nt h a tf o rh u a n g h er i v e rw a t e r ，i nt h ec o n d i t i o no f t h es a n l em e d i e a m e n t a ld o s ea n da l g a ed e n s i t y k e y w o r d s ：a l g a ec o p p e r s u l f a t e p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t eh y d r o g e np e r o x i d e s o d i u m h y p o c h l o r i t e 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：请、宵 关于论文使用授权的说明 日期：叠口口牛、占、f 多 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后 论文作者签名：硝、嗝 注：请将此页附在论文首页。 期：咖r 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 概述 1 绪论 水体富营养化是指湖泊水体接纳过量的氮、磷等营养性物质，使水体中藻类以及其它 水生生物异常繁殖，水体透明度和溶解氧变化，造成湖泊水质恶化，加速湖泊老化，从而 使湖泊生态和水功能受到阻碍和破坏。严重的甚至发生水华，给水资源的利用带来巨大损 失。 随着工农业生产的迅速发展和面源污染加剧，大量工业污水和生活污水排入水体，使 天然水体的富营养化日益严重。藻类的比重在1 左右，多悬浮在水体中，藻的繁生会给饮 用水的处理带来严重的影响。在夏季用水高峰期，严重影响自来水水厂的供水。它不仅容 易堵塞输水管道，附着在水池表面生长，腐蚀管道及蓄水池，且过滤时粘附在滤料上，甚 至穿透滤料5 - 1 0 e r a ，使过滤困难，增加了反冲洗的频率，严重影响水质。而且由于藻类分 解时释放气体，使处理屠的粘性沉淀物易上浮，妨碍絮体沉降、增加处理水的难度。藻类 过度生长已经成为我国南北方自来水面临的共同难题。而研究合理有效的藻类去除方法及 其作用机制，是饮用水安全净化的迫切需求。 1 2 富营养化水体中藻类的污染防治研究 1 2 1 藻类的来源 湖泊、水库是接纳定汇水面积范围内雨水径流的封闭性、半封闭性水域，由雨水径 流及上游来水携带一定数量的氮、磷、铁、硅等营养性物质及其它有机物进入水体内，在 一定气温和光照条件下，藻类便大量繁殖。 当水中含有o 2 o 3m g 几氮及0 0 5 - - 0 1m g l 磷酸盐，水温为1 2 2 0 。c 和水的浑浊 度小于5 0 8 0 n t u 时，在光照好的条件下最适宜藻类生长【l 】。 湖泊水库和水流缓慢的江河在定条件下都会产生藻类繁殖，当水中藻类大于5 0 万个 l ，也有人认为大于1 0 0 万个l 时，就已经不同于一般地表水源，并对水质产生一定影响。 当然这类水体作为城市供水水源时，将带来不少新的问题。为此，进一步探索含藻水的水 质特征，从而在取水和净水技术方面采取有效的措旌，保证饮用水安全，己势在必行。 1 2 2 高藻水的特征 湖泊、水库等水域中藻类繁殖后，其数量达到或超过某一限值时，便会对水源水质和 西安建筑科技大学硕士学位论文 净水工艺带来影响，这类源水可简称为高藻水。 一般从水厂快滤池运行的影响和危害为主来确定高藻水韵界限，根据1 三1 本资料、含藻 水的给水处理设计规范及有关实验和水厂运行资料认为：水中含藻量大于1 0 0 万个，l 的原 水，就可以称为高藻水。 高藻水的特征r l l 如下： ( 1 ) 浑浊度较高。如深圳水库的水质分析，当水质含藻量为1 3 1 8 2 万个，l 时，水的浊 度为5 3 5 n t u 。含藻量小于2 0 万个l 时，浊度仅2 0 n t u 。 ( 2 ) 由藻类形成的浊度，其组成大多为有机质，电动电位( e ) 约在4 0 m v 以上，具有 较高的稳定性，由于比重较小，难以下沉。 ( 3 ) 色度较高。因藻类本身有色，使水的色度增加；藻类死亡沉到水底形成腐殖质， 也会增加水的色度。 ( 4 ) 嗅昧浓。各种藻类具有不同的嗅昧，如甜、苦、酸等。当藻类死亡沉入水底形成 腐殖质，还产生泥土的腐臭。 ( 5 ) p h 值较高。藻类繁殖后，因新陈代谢及光合分解作用，使水的p h 值都有所提高。 ( 6 ) 耗氧量随藻类繁殖数量的增加而增高。 ( 7 ) 溶解氧在高藻水中较高。由于藻类光合作用的效率为陆上植物的两倍多，它通过 光合作用利用水中细菌分解有机物转化生成c 0 2 ，放出大量的氧气，使水中溶解 氧能保持较商的水平。 ( 8 ) 氯化物、硫酸盐因水中藻类、细菌光合分解作用而有所降低，并有随藻类增多而 下降的趋势。 ( 9 ) 藻类的大量繁殖和死亡将产生藻毒素，对饮用水的安全性带来威胁。 以上这些含藻水的特征，将给饮用水生产带来不少影响和危害。 1 2 3 藻类给饮用水生产带来的问题 湖泊、水库中藻类过度繁殖会造成多方面的危害，而其对饮用水生产的影响是最引 人注目的。因为在许多国家和城市，湖泊水、水库水是重要的甚至唯一的饮用水水源。藻 类给饮用水生产带来的影响主要表现在三个方面：影响水厂运行、影响饮用水水质以及管 网与管网水质。 ( 1 ) 对水厂运行的影响藻类堵塞滤池藻类比重轻，其密度接近于水的密度，常 年漂浮于水域的表层。我国各湖泊、水库的藻类大体上以绿藻、蓝藻、硅藻较为普遍，其 次还有甲藻、金藻、裸藻。这些藻类长度从2 m 2 0 0 岬，是影响饮用水生产的主要藻类。 由于水中微小藻类的密度小，医而不易在混凝沉淀过程中去除。大量在混凝沉淀过程中来 被去除的藻类进入滤池时聚集在一起，在滤池( 尤其是慢滤池) 表面形成一层很密实的覆 西安建筑科技大学硕士学位论文 盖物，阻止水的通过。从藻类释放出来的气体也会堵塞滤池，特别是从光合反应产生的氧； 如果发生了这种情况，也会对沉降造成困难，滤池较早堵塞，会使滤池运行周期缩短和反 冲洗量增加，严重时可能造成水厂停产。据报导，对微滤池来说，如果藻类数量在一年中 有一个月增加，就将提高成本3 0 【2 。对慢滤池来说，如果藻类增加，运转时间可由原来 的四周缩短为四天。由于藻类水华，整个水厂的处理能力降低6 0 7 0 。我国不少水厂也 有类似情况。如武汉东湖水厂在工艺改造前，滤池因藻类水华由原来每1 2 h 反冲洗一次缩 短为每2 3 h 一次，反冲洗水量最高可达制水量的2 0 ，这就使工作量增大，出水量减少， 造成供水紧张【2 j 。据镜检观察，常见的引起滤池堵塞的藻类主要包括：硅藻门的直链藻、 舟形藻、小环藻、星杆藻、针杆藻、脆杆藻、桥弯藻、等片藻、平板藻等；绿藻门的小球 藻、水绵藻、胶群藻等；蓝藻门的颤藻、项圈藻、蓝束藻等。 药耗增加水中大量藻类及其产生的有机物，使得混凝剂和消毒剂用量大大增加： 有机物中的酸性物质与混凝剂( 铁盐或铝盐) 的水解产物发生反应，生成的表面络合物附 着在絮体颗粒表面，阻碍了颗粒相互碰撞，因此必须增加混凝剂的投量，补偿由于表面络 合物的形成对颗粒脱稳和絮凝造成的影响；同时，有机物和氨氮与氯反应，使得为了维持 管网中余氯含量所投加的氯量增加，不仅使制水成本提高，更增加了水中消毒副产物的含 量，降低了饮用水的化学安全性。 ( 2 ) 对饮用水水质的影响藻类对水质的不利影响主要表现在影响水的感官性状和影 响饮水的安全性两个方面。 藻类致臭许多富营养化的湖泊都存在着不同程度的嗅味。水中产生嗅味的微生物 主要是放线菌、藻类和真菌。藻类大量繁殖的水体中，藻类一般是主要的致臭微生物。不 同藻类会引起不同的嗅味，见表1 1 3 1 o 表1 1部分藻类产生的嗅味 不同生长数量时的嗅味、异味 藻门藻属、科 中等浓度大量繁殖 微囊藻m i c r o e y s t i s 草、霉腐败臭 鱼腥藻a n a b a c n a草、旱金莲、霉腐败臭 蓝藻 柬丝藻a 。p h a n i z o m e n o n 草、早金莲、霉腐败臭 念珠藻n o s t o c 霉腐败臭 颤藻o s c i l l a t o r i a 苴 霉臭、腐败臭 西安建筑科技大学硕士学位论文 不同生长数量时的嗅昧、异味 藻门藻属、科 中等浓度大量繁殖 栅列藻s c e n e d e s m u s 苴 小球藻c h l o r e n a霉臭 绿藻 胶网藻d i c t y o s p h a e r i u m草、旱金莲 鱼腥 衣藻c h l a m y d o m o n a s 霉、草鱼腥、腐败臭 硅藻直链藻m e l o s i r a天竺葵霉臭 针杆藻s y n e d r a 苴 霉臭 星杆藻a s t e r i o n e u a香鱼腥 硅藻 平板藻t a b e l l a r i a鱼腥 小环藻c r y c l o t e l l a 天竺葵鱼腥 黄群藻s y n u r a黄瓜、香瓜、香 鱼腥 金藻锥囊藻d i n o b r y o n紫罗兰 鱼腥 鱼鳞藻m a l l o m o n a s紫罗兰鱼腥 隐藻隐藻c r y p t o m o n a s紫罗兰紫罗兰 裸藻裸藻e u g l e n a 鱼腥 藻类产生的嗅味用常规工艺很难去除，常使城市供水中出现不愉快的气味，引起用户 对水质感官上的不满，这己成为世界各国给水处理中普遍存在的一个问题。中国、美国是 对饮用水嗅味抱怨最多的国家。 近年来，色谱一质谱技术的发展使微量生物臭的检测成为可能，现己查明富营养化水 体中产生臭气的物质有十余种，其中主要致臭物质有：土味素( g e o s m i n ) 、2 - 甲基异茨醇 ( 2 - m i b ) 、2 异丁基3 甲氧基吡嗪( i b m p ) 、2 - 异丙基- 3 一甲氧基毗嗪( i p m j p ) 、2 ，4 ， 6 三氯茴香醚( t c a ) 及三甲基胺等。这些物质本身并无危害，但其臭气浓度往往很低， 每升水只有几n g ，但水中只要有很少的致臭物质，就足以破坏水的正常气味。 藻类产生毒素某些藻类在一定的环境条件下能产生毒素，这些毒素对健康有害。 淡水藻类中，毒性最强，污染范围最广且最严重的藻类多为蓝藻门，大部分的蓝藻种属会 产生藻毒素，其中最主要的是铜绿微囊藻、水华鱼腥藻和水华束丝藻。微囊藻毒素 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( m i c r o c y s t i n s ) 是毒性较大、分布最广、被研究得最深入的毒素，可抑制和控制许多生化过 程中的生物体蛋白磷酸酶1 和2 a 生成，是一种很强的肝肿瘤促进剂 ”，其中的一个亚型 微囊藻毒素l r 是目前已知存在最普遍、含量相对较多、毒性最大的。世界卫生组织( w h o ) 提出饮用水中微囊藻毒素( m c l r ) 的限制标准为1 ，0 9 9 l ，我国卫生部最新颁布实施的 生活饮用水卫生规范中也提出了生活饮用水中微囊藻毒素的( m c l r ) 的国家标准值 为1 0 p g l 。 对蓝藻毒素的研究之所以广受重视，是与它们的危害分不开的。自从1 8 7 8 年f r a n c i s 首次报道了动物由于饮用含蓝藻的水而死亡的事件以来，世界各地蓝藻毒索引起鸟类、鱼 类、动物甚至人类死亡的事件频繁发生。目前淡水水华毒素已引起科学家的重视。有人认 为饮用有藻毒索的自来水会引起肠道疾病、肝癌和脾脏疾病等，剂量过量时可导致死亡： 接触藻类或其分泌物能引起皮肤病症状；动物学实验发现藻类毒素可能有致畸、致突变作 用。对东湖蓝藻水华毒性的研究也表明8 1 0 月的蓝藻水华对小白鼠有毒性，属于肝毒素 类，最低致死量为l o m g m l ( 藻类粗提液中藻类干重量) 2 1 。 微囊藻毒素是存在于细胞内的毒素，只有当蓝藻细胞死亡或破裂时，才会释放到水体 中。释放到水体中的微囊藻毒素会存在很长时间，直到被光解或生物降解。有报道表明h 1 ： 微囊藻毒素能够在于燥的藻渣中存在6 个月，重新润湿后，它们就释放到了周围水体中。 由于传统的水处理方法不能有效的去除微囊藻毒素，迫切需要建立有效的去除微囊藻毒索 的方法。目前己建立了活性炭吸附、反相渗透、氯化、臭氧分解、光解等方法，特别是光 解法有望得到广泛应用1 5 1 。 藻类以及藻源有机物是消毒副产物的前体物有关消毒副产物的研究是当今给水领 域的一个热点。水中有机物是产生消毒副产物的母体物质，在氯消毒过程中不但会产生挥 发性较强的三卤甲烷( 1 h m s ) ，而且会产生危害更大、沸点较高的卤乙酸( h a a s ) 等三 致性更强的卤代有机物，使饮水致突变性提高，饮水安全性下降。加氯前a m e s 实验呈阴 性的藻类培养物在加氯后呈阳性，氯化后离心上清液的致突变强度高于细胞培养物的致突 变强度【2 j 。这表明藻类及其可溶性代谢产物是a l n e $ 实验氯化致突变前体物，但其可溶性 代谢物是更重要的氯化致突变前体物。另有报道指出藻类有机物可与氯反应生成三氯甲烷 【2 l 。 ( 3 ) 对管网和管网水质的影响尽管净水厂出水都保持一定的余氯，对细菌总数有严 格的控制，但在配水管网中仍经常出现细菌再生现象，这与出水中残余的异氧细菌的营养 物质( 有机物) 及硝化细菌的营养基质( 氨等) 密切相关。细菌的再繁殖会造成管网水质 恶化( 如水的浊度、色度上升、细菌总数增加等) ，并加速了配水系统的腐蚀和结垢，使 管网服务年限缩短。 穿透滤池进入管网的藻类以及残留在水中的生物可同化有机物( a o c ) ，成为微生物 西安建筑科技大学硕士学位论文 繁殖的基质，促进了细菌生长，甚至可能在管网中生长出较大的生物有机体，如线虫和海 绵动物等，这些浮游动物是很难消除的，严重时可堵塞水表、水龙头。可见，出厂水残留 的藻类和营养物会影响管网水质，缩短管网的服务年限、增加配水的动力费用等。因此， 对能被微生物利用的营养物的控制已成为当今水处理工艺选择和设计应考虑的又一重要 因素。 ( 4 ) 常规工艺处理富营养化水体的局限近几十年来，水源水中的有机污染物的种类 和数量已大大增加，水体富营养化现象日趋严重，净水常规工艺( 即混凝、沉淀、过滤和 消毒工艺) 去除水中溶解性有机物效率低( 一般2 0 3 0 ) ，并且由于溶解性有机物的 存在，特别是藻类引起的浊度的电位较高，稳定性也较高，致使常规工艺对浊度的去除 率降低( 仅5 0 6 0 ) 。混凝剂不能破坏藻细胞，从而也限制了整个工艺的藻类去除效 果。常规工艺不能有效去除水中的藻毒素如胞步f ( m i c m c y s t i n l r ) ，反而经加氯消毒后，水 的致突变活性还可能增强，这降低了饮水安全性【4 1 。 综上所述，水中大量繁殖藻类，其危害是显而易见的。应引起重视，加强除藻技术的 研究开发，以满足对不同供水处理工艺的除藻需求。 1 2 4 富营养化水中藻类去除技术 由于藻类的种种不利影响，国内外学者对富营养化水体中藻类处理的研究很多，开发 了许多成熟的技术方法。本文将这些方法按处理地点的不同主要分成两类，即水源地藻类 控制技术和水处理厂藻类控制技术。 ( 1 ) 水源地藻类控镧技术水源地藻类控制技术又可分为物理法、化学法、生物法等。 物理法 1 ) 机械捞藻法用机械方法收获湖水中大量的藻类，可在短期内快速有效地去除湖水 中的藻类及藻华，但该法往往需要耗费大量的劳力和能量，而且随着藻类的生长，需要不 断地收获。对于有商业价值的藻类，收获藻类可得到较好的经济效益，如云南的程海，湖 水中曾有大量的螺旋藻，并形成螺旋藻水华，不断地收获可获得良好的经济效益。但是， 对于许多富营养化湖泊，往往没有单纯的、良好的藻类资源，收获藻类难以取得相应的直 接经济效益。在某些特定的环境，利用自然动力收获藻类可有效地减轻富营养化的危害。 如濮培民【q 提出的太湖大风浪区富集藻类的仿生“水母工程”，利用自然风能和湖流作用， 在水源水的区域建造富集藻类的专门设施，利用风力、湖流，收集藻类，以避免“水华” 阻塞取水口并引起水质恶化。这一技术在太湖马山水厂应用，成功地解决了大量“水华” 阻塞水厂取水口，水厂无法正常生产的问题。 2 1 琉浚底泥底泥中含有大量的有机物、氮、磷、重金属等污染物质。一方面，当底泥 厌氧发酵时，会使水体黑臭：另一方面，在泥水交接面，会存在水中污染物沉积于底泥和 西安建筑科技大学硕士学位论文 底泥中污染物向水体中解析扩散的动态平衡。因此，对于富营养化湖泊来说，将富含营养 物的底泥层清除可控制藻类的生长。与此同时，加深了湖泊、水库，增加湖( 库) 容，也除 掉并控制了大型植物。滇池草海疏浚一期工程 _ ”，疏挖面积2 8 8 k m 2 ，挖泥4 2 4 万m 3 。 选择疏浚底泥，应对底泥进行化学分析，以便确定底泥的综合利用价值及特殊处置措 施。在清淤过程中，应合理确定淤泥的清除量，一般不宜将污泥全部清除，以免把大量的 底栖生物、水生植物同时清出水体，破坏现有的生物链系统。 3 ) 稀释和冲刷磷在湖( 库) 中的浓度是入湖水的磷浓度、湖水的冲刷速度( 滞流时间) 、 颗粒物沉降进入底泥的净损失量等的函数。因此，稀释是降低湖水磷浓度的个有效方法。 冲刷应使藻类冲刷出湖的速度大于在湖中的生长速度，同时冲坏藻细胞以控制藻类的生物 量。一般认为，每天冲入湖泊体积1 0 1 5 的水就足够了 7 1 。利用此法要考虑出水1 2 1 的 泄水能力及稀释冲刷水中的磷浓度要比湖水中的磷浓度低且无毒物存在。 钔水体曝气对湖泊和水库等封闭性水体而言，常出现热分层现象，即深冷层水中的 营养物浓度一般比上层水高。此时可对湖底曝气，通过人工循环，消除或防止热分层，使 湖水充分混合并向水体充氧，抑制藻华发生。充气的好处有：1 在光限制藻群方面，与湖底 混合将增加藻细胞处于黑暗的时间，减少光合作用；2 引入溶解氧，钝化底泥，阻止底泥 中磷释放；3 增加湖水c 0 2 的含量，提高湖水p h 值，促进蓝绿藻类向毒性小的绿藻转化； 4 因充气使底层水搅浑，有利于浮游动物的生存，而不易被用眼捕食的鱼类捕食。此法成 败的关键在于充气量的设计。据推断，要使湖泊充分混合，每公顷湖面的充气量应为o 6 9 m 3 m i n 【钔。对下层滞水带曝气，还可消除水的气味和色度、限制藻类生长。下层滞水带曝 气层是采用空气将下层滞留的冷水提升到湖水表面。由于此法需要有足够大的下层滞水带 才能正常进行，因此对浅水湖库的应用需持谨慎态度。 日本的加藤善盛 9 1 研究了“曝气循环法抑制有害藻类的效果及湖盆形状的影响”。湖水 循环对藻类的抑制效果在平均水深2 0 m 时最好，按水面积比较，水面积大的蓄水池效果好； 在蓝绿藻生长旺季进行适当的循环，可抑制1 ，5 的蓝藻类叶绿素；平均水深l o m 以下，循 环效果急剧下降；对硅藻类的循环表明，在成层初期的弱光期效果最好，其它时间效果小。 化学法 1 1 投加除藻剂这是一种简便、应急的控制水华的办法，可以取得短期的效果，目前常 用的除藻剂有硫酸铜或含铜有机螯合物、西玛三嗪等。硫酸铜是目前应用最广的杀藻剂， 多用于水源水杀藻。郑州市自来水公司的吕启忠【l o 】等人通过用硫酸铜及改变水的p h 值， 对污染的黄河地面原水进行了除藻实验研究，结果表明在水体中投加硫酸铜抑藻剂的有效 剂量为o 5 1 o m g l ，其对水中藻类的去除率可以达7 0 9 0 。尹澄清【l l 】等经研究发现在 围隔中用铁盐、铝盐作增效剂后，0 2 0 3 m g l 的铜离子就可控制微囊藻水华的生长。据 报道，在生产性实验中投加o 3 m g l 的硫酸铜，对硅藻的去除率可达9 0 【l ”。但硫酸铜往 西安建筑科技大学硕士学位论文 往不能破坏藻类放出的致臭物质。过量使用硫酸铜会导致水中铜盐浓度上升，危害人体健 康。而且硫酸铜会破坏藻细胞，使细胞内大部分藻毒素渗入水体中，增加水体中藻毒素的 背景浓度。 美国许多水厂附近设有调节水库，库中藻类数量较多，常采用三种方法除藻：1 当藻 类数量较多时，每天由专门人员向水库中投加硫酸铜溶液，投加量一般为0 5 0 7 m g l ： 2 当藻类数量居中等时，在原水中投加高锰酸钾；3 当藻类数量较少时，采用预氯化去除 【1 3 l 。 另外，当除藻剂与絮凝剂联合使用时，可加速藻类聚集沉淀。在滇池外草海约为1 0 k r a 2 的开放型水域内，曾利用化学药剂b c 6 5 5 开展过蓝藻清除实验。为期一个月的水质监测 表明，实验水域透明度由投药前的0 2 9 m 上升至o 6 8 m ( 最高达1 1 l m ) ，c h l a 由投药前 的2 5 0 7 3 m g m 3 下降至16 4 2 5 m g m 3 ( 最低达2 0 7 8 m g m 3 ) ，且实验水域水质总体优于未投药 水域参照点的水质，基本消除水华现象【1 4 1 。值得注意的是，化学除藻剂有一定的副作用， 应根据水体的功能要求慎重使用。 其它除藻剂由于成本或实际处理效果的问题而缺乏大规模使用的报告。无毒、高效、 经济的除藻剂的开发应用仍将是研究重点。 投加沉磷剂常采用的沉磷化学药剂有氢氧化钙、三氯化铁、硝酸钙、明矾等。投加 这些药剂，与水中的磷结合，絮凝沉淀进入底泥。当水底缺氧时，底泥中有机物被厌氧分 解，产生的酸环境会使沉淀的磷重新溶解进入水中，若加入适量的石灰可以增加磷酸钙的 稳定度；同时调节底泥p h 值达7 0 7 5 ，以达到脱氮的目的【l ”。如果加入足量的硫酸铝， 则底泥表层还会覆盖一层厚3 6 c m 富含a i ( o h ) 3 的污泥层，钝化底泥中的磷。 生物法利用微生物控制水体富营养化，目前还处于研究阶段，实际应用的很少， 但该技术具有良好的发展前景。 1 ) 有效微生物除藻有研究发现：水体中一些微小动物对藻类及其有毒副产品的生物 降解起着重要作用【坫】。现已发现多种粘细菌、蓝藻嗜菌体和真菌能裂解藻类营养细胞或破 坏细胞的某一特定结构。最常投放的微生物有光合细菌( p s b ) 和高效微生物群( e m ) 。 光合细菌能将富营养化水体中的磷吸收转化、氮分解释放、有机物迅速转化为可被水 生物吸收的营养物。光合细菌有游离态和固定化两种，采用人工培养高密度光合细菌，通 过一定的方法投入水体，可加速水体的物质循环，最终达到净化水体的目的。成都府南河 综合治理工程中，在疏浚底泥、人工曝气的基础上，曾用水面泼洒法向水体投放p s i ? , ，同 时放养一定数量的鱼类，并在浅水区引种水生植物，重建了该水体的生态平衡l l 6 1 。 e m 菌是采用独特的发酵工艺把经过仔细筛选出的好气性和兼气性微生物加以混合后 培养出的微生物群落。含有l o 个属8 0 多种微生物，其中主要的代表性微生物有光台细菌、 西安建筑科技大学硕士学位论文 乳酸菌、酵母菌和放线菌4 类。各种微生物在其生长过程中产生的有用物质及其分泌物质， 成为微生物群落相互生长的基质和原料，通过相互间的共生关系，形成了一个复杂而稳定 的微生物系统，发挥多种功能。福州市内河的治污计划，将投入3 2 0 个装有e m 混合液的 滤料网箱，并在底泥中注入e m 菌的固体制剂，在河水和底泥中大量繁殖，以消减河水及 底泥中的污染物，消除水体恶臭，治理周期约2 个月【l ”。李雪梅等人 18 】通过从自然界筛选 出各种以光合细菌、放线菌、酵母菌和乳酸菌为主的微生物，用特定的方法混合培养形成 有效微生物群进行降解研究并发现：水体中投加有效微生物群后，水表面和水下0 5 m 水 体中的c h l a 含量、t n 、t p 和c o d m n 均下降，而水中的溶解氧和水体透明度相应上升。 故用有效微生物群可以控制富营养化湖泊的蓝藻效应。 模拟人工湿地除藻该法在日本、韩国应用较多u 叼，日本建设省利用种植多种水生 植物吸收水中的氮、磷类营养元素和藻类物质的原理在霞蒲湖边建立了占地3 4 0 0 m 2 的实 验性人工湿地净化湖水。经5 年运行实践，取得了良好效果，即使在湖水水华高发期，也 能有效消除蓝藻，每平方米人工湿地每天可去除水华2 0 k g ( 以9 8 含水率计) ，全年平 均除氮能力为1 9 6 9 ( m 2 d ) ，还可去除水中4 0 5 0 的磷。其去除藻类的主要机制是机械 过滤作用，同时存在着化学和生物作用。该法有一大优点：人工湿地的渗水率不随系统滤 水量的增加而递减，仅在一定范围内波动，同时该法无藻渣产生。 生态工程法湖泊和水库是一个复杂的生态系统，用单一的物理、化学或微生物方 法治理水体富营养化不仅费用高，效果持续时间短，而且若操作不慎，还会破坏整个生态 系统。因此最好的方法是采用生态工程( e c o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) ，利于生态规律从根本上 治理富营养化( 孙刚和盛连喜2 0 0 1 ) 。湖泊生态系统应通过人为干扰，调动生态系统本 身的功能，达到抑藻目的。湖泊生态系统抑藻主要是通过生态系统内部的调节机制如某些 生物的抑藻作用。控制湖泊藻类数量，以降低由于藻类数量的增加所造成的湖泊生态系统 恶化。其方法主要有以下方面：一是恢复大型水生植物，抑制藻类增长。大型水生植物和 藻类均为生态系统的初级生产者，由于湖泊污染后，水体透明度下降使某些大型水生植物 消失，取而代之的是耐污染藻类大量滋生。二是发挥以藻类为食饵的鱼类等次级生产者的 优势，控制藻类数量。在水生生态系统中，藻类植物是初级生产者，是太阳能的主要固定 者，并构成了初级产量的主要部分。初级产量为草食性动物( 如某些鱼类) 所利用，达到 控制藻类数量的目的。 1 ) 种植大型水生植物自然界可以净化环境的植物有1 0 0 多种，比较常见的水生植物有 水葫芦、浮萍、芦苇、灯芯草、香蒲和风眼莲。其中水葫芦是国际上常用的治理污染的水 生漂浮植物。可以利用植物的根系吸污纳垢，吸收溶解在水中的氮、磷；发达的根系还有 吸附作用；在光合作用的同时能够释放氧气。这些植物种植简单，繁殖能力强，病害少， 还具有一定的观赏价值和经济价值。王国祥等【2 0 】根据不同生态类型水生高等植物的净化能 西安建筑科技大学硕士学位论文 力及其微生物特点，研究了人工复合生态系统，以净化太湖局部水域富营养化水质，结果 表明，藻类生物量( 以c h l a 计) 下降了5 8 ，氨氮下降6 6 ，总氮下降6 0 ，总磷下降 7 2 ，可溶性硫酸盐下降8 0 。滇池治理工程中所修建的风眼莲景观区，在发挥水质净化 功能的同时，还实现了旅游观赏功能【2 l 】。 应慎重采用水生植物净化水体。这是因为有些水生植物( 如水葫芦) 繁殖速度太快， 当打捞速度跟不上其生长速度时，易使大面积水面受其覆盖，降低水体的自净能力，并且 未打捞的水生植物腐烂物还会对水体形成二次污染。 2 1 投放鱼类滤食性食藻鱼( 如花鲢、草鱼、鲤鱼和白鲢等) ，均能以水藻为饵料。若 滤食性食藻鱼在水中达到5 0 9 m 3 ，就能有效地防止蓝藻水华。中国科学院水生生物所调查 研究结果表明，在武汉东湖放养鲢鳙等滤食性鱼类，连续1 5 年有效地抑制了东湖水华 2 2 1 。 原生动物控藻利用一些原生动物种类控制藻类，在日本已有成功的技术。针对不同 湖泊生态特征，确定湖内富营养化藻类优势种类，通过室内和现场实验筛选可控制该优势 种藻类的原生动物种类，然后进行现场设计( 国家环境保护局科技标准司1 9 9 7 ) 。 ( 2 ) 水处理厂藻类控制技术 微滤机除藻对于低浊高藻的湖泊水可用微滤机除藻。微滤是一种简单的物理过滤 方法，与其它过滤不同的是采用了滤网，以除去水中大于或等于滤网孑l 径的浮游动物和藻 类。但上海自来水公司的一项实验显利捌：虽然滤网对藻类的去除效果优于混凝沉淀，但 对浊度、色度、c o d m n 的去除率都很低，远不及混凝沉淀。 气浮除藻溶气气浮法是依据微气泡黏附于絮粒，以实现絮粒的强制性上浮，达到 固液分离从而去除藻类的目的。藻类密度一般较小，其絮体不易沉淀，采用气浮法可克服 这一不利因素。研究表明，在去除低密度藻类方面，气浮法比一般的沉淀处理有效。我国 昆明、苏州、无锡、武汉等城市均采用气浮除藻。武汉东湖水厂1 9 7 5 年改建的气浮池， 除藻效率在6 0 7 0 ，1 9 8 0 年该厂又建造一个4 万m s d 的气浮池，除藻效率达9 0 1 1 9 l 。 美国w a c h u s e t t 水库的实验表明，p h 值为6 5 、铝盐投加量1 0 m g l 时，气浮池的除藻效率 可达9 0 以上【1 9 】。气浮法的主要问题是藻渣难以处理，气浮池附近臭味重，操作环境差。 另外，藻类可依赖其浮沉调节机制对气浮工艺造成影响。 直接过滤除藻当湖泊水浊度较低时，可采用直接过滤处理。直接过滤条件不同， 除藻效率大不一样。中南设计院进行直接过滤除藻实验研究，结果表明，在预加氯、不加 矾、滤速为9 4 m h 时，除藻效率只有3 1 5 。而德国w a l m b a c k 除磷厂采用独特的三层滤 料设计，其直接过滤藻类去除率达到9 9 9 。武汉工业大学进行的辐射流滤池直接过滤实 验中，原水在含藻量不超过4 0 0 0 0 万个l 时，经加矾、加聚丙烯酰胺后，进入旋流反应池 反应，再经辐射流均粒滤料过滤器减速过滤，藻类去除率可达7 0 5 8 9 l z 4 j 。由于高藻 水的浊度具有堵塞和穿透滤床的特点，故滤前需投加灭藻剂或辅以助滤剂、增设微滤机以 西安建筑科技大学硕士学位论文 提高直接过滤效率。 预氧化除藻化学预氧化法是通过氧化剂来氧化破坏水中的藻类细胞和有机物的 结构。目前采用的氧化剂主要有氯气、臭氧、二氧化氯、过氧化氢、高锰酸钾等。 预氯化氧化是应用最早和e t 前应用最广泛的方法。预氯化常用于水处理工艺中以杀死 藻类，使其及藻毒素易于在后续水处理工艺去除。当液氯在1 2 m l 或次氯酸钙2 5 1 6 m g l 时，经过3 0 m i n 反应藻毒素去除率可达9 0 以上【1 9 1 。但是预加氯过程中氯与源水 中较高浓度的有机物作用会生成一系列对人体有害的卤代有机物，如三卤甲烷等致癌物 质，对人体健康不利【”l 。同时，加氯氧化后，对一些藻类去除率有一定限制，如对水中的颤藻 去除效果不理想。另外，高藻期水的p h 值高，c 1 0 - 多，使某些藻类的去除率并不总随加 氯量的增加而增高。而国内外其他水司和杀藻技术组都发现氯对藻类的杀灭作用，是出厂 水的臭闽值大幅度提高的主要原因。 近年来，欧美等一些发达国家采用臭氧预氧化除藻。臭氧是一种很强的氧化剂，能起到 很好的杀藻作用，死亡的藻细胞易于在后续工艺中去除。有研究表明，臭氧能有效灭杀藻 类( 藻类总数平均为3 0 0 ，0 0 0 万个几，藻毒素o 3 6 0 6 0 肛g 几) ，破坏藻体，使藻毒素释放 出来，臭氧对藻毒素的去除非常有效，能最大去除含藻水中9 6 的藻毒素 2 6 l 。另外，藻类 被氧化剂氧化后，会释放出有机碳、土腥臭代谢物，这些产物会被臭氧立即氧化掉，而其 他氧化剂对消除这些代谢物的味与臭不起作用，这是臭氧的优势。但采用臭氧法处理时， 如果有溴离子存在，会生产三卤甲烷、卤代乙酸和溴酸根离子。而且由于该法所需技术设 备投资大，运行操作管理技能要求严，运行费用较高。在国内还很少应用。 高锰酸钾也是一种常见的消毒剂，投加高锰酸钾可以有效提高藻类的去除率，对碱性 水的