（环境科学专业论文）应用pfsem组合工艺处理藻型富营养化源水的研究.pdf

查疆登兰兰堑垒三茎璧壅萋型塞壁鲞垡壅查鳌竺窒 第一郝分：文献综述 引言 潮泊是陆地生态系统的重要缎成部分。自吉以来人类逐水薅疆。潮泊漉域以其特有的疑 源与环境优势为天类驹生存和社会、经济的发震提供了基础。我国潮泊众多，分窍，“泛，兹 积大丁 1 平方公墼箭天然湖泊2 7 9 5 个，总爵积近9 1 0 2 0 平方公里，约占国瑶积的o 9 5 蟛“。 淡水资源总量约为2 6 8 0 * 1 0 9 立方米，为入f f 提侠了水利防洪、承产养殖醵及气候调节等多 种功能。然而，随着我国经济的高速发展和城市化进程的加快r 业废水和生活污永排放量 的增加，湖泊流域不合理开发活动的加剧，使得湖泊寓营养化、水质恶化、淤积和萎缩、湖 泊水生态环境破坏与日俱增“。除人烟稀少地区的湖泊与仍处于原始状态的部分湖泊外，我 国主要淡水湖泊的营券盐水平基本达到了寓营养化的标准，水体富营养化己集中表现为我国 墩环境中最重要的环境阀题f 3 1 。因此，大力汗展滚域生态与湖浸水矮恢复与保护，湖泊蜜营 养亿研究及农污染的控制与涤淫等。f 柞已刻不容缓。 l 水体富营养化问题 1 1 水体富营养亿的概述 水体富营养化是指氮、磷等无机营养物大量进入湖泊、海湾等相对封闭，水流缓慢的水 体，引起藻类和其他水生植物大量繁殖，水体溶鳃氧下降，水质恶化，其它水生生物大量死 亡静现象f 4 。j 。塞营葵化霹分为天然富营募化和人 ：富营葵饯 6 1 。在自然条件下，由于水土 滚失积蹲水输送等过程会健承俸孛豹富营养物震运澎积累，使一些潮泊扶贫营葬趣富营莽纯 发展，逐渐由满泊变成灞泽，最舞变成翠堍，失去潮泊功能。这w 能怒一个较漫长静过程， 但是人类活动特别是现代生活中人类对环境资源的开发利用，以及工农监迅速发展将加剧富 营养化过程。大艟的营养物质进入并积累在湖泊、海湾中，可导致寓营养化在短时期内出王觉。 以美国e r i e 湖为例f 7 1 ，由于大景的营养物质排入e r i e 湖，该湖在1 9 0 0 年到1 9 7 0 年的7 0 年 问发生的富营养化进展相当于过去1 0 ，0 0 0 年的发展结果。水体出现富营养化现象时，浮游 生物大量繁殖，水露往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，视占优势的浮游生物的颜色1 丽 异。这季孛瑗象在江涎湖泊孛耘为“水华”，在海水中则叫做“蠢潮，1 8 】。 器藩判断永体鬻营莽纯一般采用瓣指标是：氨含繁超避0 2 0 3 m g l ，辚含量大 0 0 1 o 0 2m g 纯b o d 夫子1 0 m g l ，p 毛傻7 9 的淡水中细菌总数超过糟万个璃 升，叶 绿索a 的含量大子l o p g ，乙p “1 。 2 生旦坚! ：型墼鱼三苎竺墨堡型童萱鲞些堡查堕堕圣一一 1 2 水体富营养化的形成 在适宜的光照、温度、p h 值以及充足的营养物质条件下，天然水体中藻类通过光合作 用合成自身的原生质基本反应式为旧1 3 1 ： 1 0 6 c 0 2 + 1 6 n 0 3 。+ h p 0 4 玉+ 1 2 2 h 2 0 + 1 8 h + + 能量+ 微量元素一c h 2 6 3 n 1 6 p + 1 3 8 0 2 由反应式可知，自然水体中的磷和氮( 特别是磷) 在一定程度上是浮游生物数量的控制 冈素“】。化肥生产和食品加l 等行业所产生的j ：业废水以及生活污水、农田排水中都含有 人簧的n 、p 和其它无机盐类”f 。水体接纳这些废水后，营养物质增多，促使自氧型生物一 人型绿色植物和微型藻类旺盛生长。 藻类主要分布于水体上层，随着水体富营养化的发展，藻类的个体数量迅速增加，而种 类逐渐减少。一般湖泊水体中藻类分布通常以硅藻和绿藻为主，红色颤藻的出现往往是富营 养化的前兆，随着富营养化进程的发展，最后演变为蓝藻泛滥。藻类生长一般呈现繁殖速度 快，生长周期短的特点，有限的营养物质在短期内多次被重复利用，一旦遇到适宜环境便呈 现暴发性繁殖，以致出现“水华”现象。死亡的水生生物在微生物作用下分解，消耗氧；或 在厌氧条件下分解，产生硫化氢臭气，使水质不断恶化，出现恶性循环，最后湖泊逐渐变浅， 直至成为沼泽。水体富营养化状态一旦形成，水体中富氧素便被水生生物吸收，成为其机体 的组成部分。在水生生物死亡后的腐烂过程中，富氧素又重新释放到水中，再次被生物利用， 形成植物营养物质的循环f 1 6 “1 b 】。因此富营养化水体，即使切断外界营养物质的来源，也 很难自净和恢复。 1 3 水体富营养化的影响和危害 ( 1 ) 使水体变得腥臭难闻【1 9 j ：在富营养状态的水体中生长着很多藻类，其中有一些藻 类能够发出腥味异臭，向湖泊四周的空气中扩散，直接影响人们的正常生活。 ( 2 ) 降低水体的透明度：以蓝、绿藻为优势种类的大量水藻浮在湖表面，形成一层“绿 色浮渣，使水质变得浑浊，透明度明显下降。 ( 3 ) 影响水体的溶解氧：富营养湖泊的表层，藻类可以获得充足的阳光，从空气中获 得足够的二氧化碳进行光合作用丽放出氧气，因此表层水体有充足的溶解氧。但是，在富营 养湖泊的深层，阳光在穿射过程中被藻类吸收而衰减，深层水体光合作用明显受到限制而减 弱，使溶解氧来源减少；其次，湖泊藻类死亡后不断向湖底沉积，不断地腐烂分解，也会消 耗深层水体大量的溶解氧，严重时可能使深层水体的溶解氧消耗殆尽而呈厌氧状态，使需氧 生物难以生存。这种厌氧状态，可以触发或者加速底泥积累的营养物质的释放，造成水体营 3 应用p f s e m 组合工岂处理藻型富营养化源水的研究 养物质的高负荷，形成富营养水体的恶性循环。 ( 4 ) 影响水质并增加维4 水成本：湖泊水作为生活饮水和工业用水水源时，将给锖水过 程带来一系列问题。夏季藻类增殖旺盛，过最的藻类会给制水厂在过滤过程中带来障碍，因 北必霉改善或增加过滤措施。此外，宿营莽水体由于缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒气 体 2 02 “，加之东藻产生熬某些毒毒甥囊，如火了水处理的技术难度。既影响制水厂的出水 率，氇增栩了翎求成本。 ( 5 ) 影响永生生态平衡：芷常情况下，湖灞永体率备静生物都楚手相对平鬻麴状态。 一瞳水体受剥污染而黧现寓营养状态时，永体的生态平衡就会被破环，菜些种类的生物明鬟 减少。另外的一些生物种类则显著增加。这种生物种类演替将导致永生生物的稳定性和多样 性降低，湖泊的生态平衡被破坏2 ”。 1 , 4 潮泊东体塞营养纯治理技本现炊 水体富营养化防治浏1 一直是水污染治理中十分棘手而又代价甬责的困难闯簇。方瑟 导致水旋富营养化的n 、p 营养物质既材天然源。又有人为源：既有外源性，又有内源往； 既有点源，又有非点源，因此给控制污染源带来了很犬的困难。另方面，营养物质去除难 度越，至今还没有任 可一个单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水的n 、p 。某 些处理措施在理论上残在定的袈 牛下是可行的，但是在大规模中往钝达不到预期效果睁 8 ”1 。总体来说，溜内多 基本奉纾“娃控制 源蛙污染为主，减少内澡蛙营莠负荷为辅， 兼顾 ：程性措施”的琢刹，力求达翻对东体富营葬纯豹全嚣颈茨和治理戆囊瓣。实魏多 源性 污染物控制中，以制定较严格的污水排放标准为主，特剐楚对摊入江淫凝潮溶求域豹氯磷实 施总量控制“。瑞翅自9 0 年代初国家立法禁磷后1 2 7 1 其墉内1 4 个湖泊的磷输入量减少了 1 5 4 5 【”1 。毋庸质疑，实施截污工程可以从根本上消除水体富营养化的主要入为外源污 染，并提供改善水质的基本条件。王国祥等 3 0 i 用围隔实验模拟馘污作用，结果表明，围 医蠹承体的t p 、烈、n o ；：n 、n h 4 + n 等均较涸区外有明显下降。但单纯靠截污难以有效 建控剖寓营舞他豹藻类爆发；宠其强因，即使外源能完全裁除，湖水中的荣养盐依旧存在， 盈降永、地表径流等， 添污染遣不可能藏豫，爨她走综务治理魏邀路憝科学且必要的； 实施醣改善永生生态环壤为主的生榜健猎谶是去豫肉源 生营莽受蘅靛一瑗眷效途径弘 3 2 。”。利用水生植物净化污水的研究与应用近年已多有报道f “”i ，鲡缓养菇簸莲 ( e i c h h o r n i ac r a s s i p e s ) 、长苞香蒲( 黟p h a a n g u s t a t a ) 、水花生( a l t e r n a n t h e r a p h i t o x e r o i d e s ) 、 水芹( o e n a n t h e j a v a n i c a ) 、空心菜( 1 p o m o e a a q u a t i c a ) 、鸭跖草( c o m m e l i n a c o m m u n i s ) 等 毒- 窒旦坚! ：! 竺塑垒三苎竺堡蔓型童重鲞些塑查塑翌塞 对不同秘度的富营养仡水体均有一定程度的净化作用眇” 。何沲全等”透过室内模拟实验 研究表明，一度曾被认为是清洁水体的指示植物7 i 菖蒲( a c o r u s t a t a r i n o w i i s c h o t t ) “， 对寓营养化水体的净化能力极强，总氮去除率达8 7 4 ，总磷去除攀达4 3 9 。这些水生植 物，除通过与藻类麸同竞争营养物1 i 酉抑制藻外，还可能通过产生不同种类、不同鬣的克藻化 台掳，或是分泌撼臻激素等生长调节物质等，对藻类的生长产生一定的克制效应f 4 ”，或是 有效麓璺三长调节效瘟，这更德会生态募绫期谐共处的基本准则。而浮床水稻法技术的研 究成功，女g 便原来蜀陵于东生维管泵檀物进两扩展到黠生植黪领域，并极毒可能好辟一条兼 顾增收粮食和保护水资源的有效途径p ”。鱼类属灞溺生态系统中礤缀港费毒，关于技券滤 食性鱼类与湖泊水体寓营养化之间的关系，学术弊有一些争议辫“5 “1 ，孙嚣l 等# 7 建议，掇 据我国多为浅水性湖泊的特点，大型水生植物收获法戍成为我豳湖泊富营养亿生物治理的主 要途径。 清挖湖底淤泥，引水冲污等工程性寓营舞化治理措施近年来也为人们所接受，这一措施 在定箨度可取乎导较好囊勺效果f 4 8 “、“1 。但激成新等的实验室模拟研究发现湖泥中的 氮存在镄显豹“受释放，现象，挖泥慰 i n 粒影璃蠢对甚至璺摆反豹搀用f ”1 ，胨宣寓等1 5 4 l 认为 这可能因为底泥中有辘象、磷农平与蛋自酶及磷羧酶活性翌较姆熬矗三档关关系所数。引水冲 污定程度上可达蓟稀释营养盐和藻粪的作厝，健稀释俸箝熬阉辩也减缓7 藻类生长豹密度 制约压力，引水冲污后藻类生长往往呈现加莉趋势。因诧，清除潮泥是否能粪正有效遣降低 湖水氮、磷浓度尚需深入研究，而对于富营养化严熏的湖泊，引水冲污措旗还需谨馕便瑙。 2 藻型富营养纯东俸中藻类控制技术 在寓营养化潮泊类型中，以藻型富营养化为典型代表协”) ，如我国五大淡水湖之一的巢 潮、枣窳蛇玄武湖、广州的流诧湖期荔湾湖等大多已处于富或重营养状态，藻类的过度繁殖 对潮浓( 水库) 豹多孝申翅承功能( 饮髑、水产莽殖等) 秘观赏功能造成严驻损害。 2 1 我国水体藻类泛滥的发展态势 据为水体的纫级生产力，藻类是水生生态系统中不可缺少的一个环节。但怒，藻类的过 蒙繁穗会酸坏本生生态系统熊稳定平舞，给人类带来一系列环境润题m 1 。调查表明，近年 采我胬懿许多滏溶水华泛滥，海湾赤潮频发，强蘸憨达容营棼化豹湖泊超过7 0 ，沿海城 市近瘁海域达6 0 黻上，其瑟积、强发越及藻毒素翡禽量，均在大搦凄增长。翔滚浊多次 出现严重的蓝藻暴发，渤海海域发生了史无前例的大规模赤潮，汉汪又出褒了檄为罕冕鹩求 5 应用p f s e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 华现象，呈现出了藻类泛滥成灾的态势，成为国家环境治理的重点。我国蓝藻蔓延速度及治 理难度被称为到了“生态癌”阶段! 藻类的泛滥，由于耗掉了水中人跫溶解氧，破坏了水生生态系统的平衡和稳定。不仅影 响了水体景观，影响了水产养殖业的正常生产，而且其藻毒性已构成对人类生存环境的威胁。 仅赤潮给我国沿海造成的经济损失每年达数十亿元之多。目前藻类的暴发，已形成了一种自 然灾害。可以预料，如不及时防范和治理，一场使水体变色的水环境灾害在向人们扑来，我 国水环境问题正面临着一场严峻挑战。 2 2 水体藻类爆发机理 剖析藻类爆发的原因，主要与人类排污使水中营养盐浓度增高有关。营养盐浓度过高， 致使水体发生富营养化。在富营养化水体中，这些藻类在足够的光照和适宜的水温、风、流 等条件下即可泛滥。一旦其中某一条件不具备时，藻类泛滥也随之迅速退去。由于海水动荡 较为剧烈，因而赤潮来去显得突然。对于江河湖库，表现为水华的生成，常使湖水变成绿色 或褐色；而对于海湾，则表现为赤潮的发生，常使海水变成红色或褐色。其水色的表现取决 于藻的种类。湖泊多为蓝藻、绿藻类，江河多为绿藻、硅藻类，海湾多为甲藻类。 2 3 富营养化水体藻类的控制技术的研究现状 近年来，我国江河湖海出现的藻类泛滥已引起各界的广泛关注，对于除藻抑藻技术一直 处于探索之中。目前，藻类单元控制技术可以归纳为物理、化学和生物方法三类，各类技术 均有其明显的特点，也不可否认地存在着较大的局限性。所以在实际应用中应综合考虑，使 各种技术相互渗透。 2 3 1 物理方法除藻 去除藻类的物理方法一般包括以下几种：直接过滤除藻、气浮除藻、微滤机除藻、微电 解杀藻、活性炭吸附。针对不同水质采用不同处理方法。 对于浊度较低的湖水，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、速率为9 4m h 时， 除藻效率只有3 1 5 。德国w a h n b a c k 除磷厂采用独特的三层滤料设计，其直接过滤除藻率 达到9 9 9 1 5 “。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 建造了一个4 万m 3 d 的气浮池，除藻效率达9 0 f 5 7 j 。美国w a c h u s e t t 水库试验表明，p h 值 为6 5 、铝盐投加量l o m g l 时，气浮池的除藻效率可达9 0 d a 上。气浮法的主要问题是藻 6 应用p f s e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 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。为达到较好的除藻效果，气浮前需进行预加氯，这降低了饮水安全性。同时气 浮对浊度的去除效果较差，进水浊度高时，会影响后续r 艺处理效果f ”i 。周群英1 5 9 】等人对 用微电解杀藻进行了研究。研究结果表明：用s c 杀藻器进行微电解杀灭湖泊中藻类，当进 水流量为1 m 3 m ，电流强高为5 9 2 - 8 8 8 m a c m 3 时，杀藻效果极好，明显破坏藻类细胞中叶 绿体的结构，使藻类完全丧失光合作用，溶解氧急剧r 降，其f 降率均可达到9 2 。白天 和夜晚的溶解氧接近，达到了杀藻效果。对于低浊高藻的湖泊水可用微滤机除藻。微滤机是 一种截留细小的悬浮物的筛网过滤装置，除藻用的微滤机多采用孔眼2 0 - 4 0 r n 滤网，它对 藻类的去除率在4 0 7 0 ，对悬浮物的去除率可达9 7 1 0 0 。通过活性炭吸附可获得很好的 藻类、藻毒索去除效果，当以1 0 0 m g l 投加p a c ( 聚合氯化铝) ，可将水中的藻毒素降低 至检测范围以下，但小剂量的p a c 处理效果不佳，水中的有机物会影响活性炭吸附，活性 炭再生特别是藻毒素脱附也较困难，这些都使处理成本大大提高。 2 3 2 化学药剂法除藻 化学药剂法除藻既可在水源地进行，也可在水处理厂进行，是一种工艺简单，操作方 便的有效杀藻方法。目前，常用的杀藻剂主要有c u s 0 4 、高锰酸盐、液氯、c 】0 2 、0 3 和h 2 0 2 等。马军i “1 等人用高铁酸盐复合药剂预氧化对水中藻类的去除效果进行了实验，结果表明 仅需少量的高铁酸盐复合药剂即可使除藻效果显著提高，沉淀后藻类去除率提高到7 0 以 上，过滤后除藻率提高到8 0 以j k 6 2 1 。吕启忠等人【6 3 】通过硫酸铜及改变水的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达7 0 , - - 9 0 ；调整原水的p h 值至7 0 左右，改变藻 类的生存环境，也可以抑制藻类的繁殖，其对藻类去除率可达1 8 - 5 7 。 虽然硫酸铜和高锰酸盐等化学杀藻剂是当前化学控藻技术的主体1 6 4 1 ，但w a t a n a b e 等1 6 5 】 认为，使用杀藻剂的同时，即向水中引入了新的化学成分二次污染，更重要的是，它们一 般在抑藻的同时，对其他水生生物也同样存在毒性，对此，k c n e f i e k h n l d e y 【嘲继续称，一 些杀藻剂即使在短期内没有不良反应，但可能因在水生生物内富集、残留而存在远期危害， 即便被杀死的藻类也仍存留于水中，并未解决藻类生长的根源即氮、磷的循环问题。因此， 常规化学杀藻剂在大规模实际应用上存在许多局限性。0 3 是一种强氧化剂，具有很强的杀 藻和氧化去除部分有机物的能力，不产生二次污染。操作也简单可行，从技术上讲。0 3 是 最佳的杀藻剂，但是因0 3 生产费用较高，使这种高效氧化技术受到限制。近年来对c 1 0 2 应用p f s - e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 深化研究认为二氧化氯是一种有效的除藻剂，藻类叶绿素中的吡咯环与苯环非常相似，c 1 0 2 对苯环具有一定的亲和性，能使苯环发生变化而使其无臭无味。因此，c 1 0 2 也同样能作用 丌吡咯环，氧化叶绿素，使其新陈代谢终l t ，使得蛋白质的合成中断，导致藻类死亡。c 1 0 2 和藻类反应极快，能够有效控制霉味鱼腥味等”1 。 2 3 3 生物方法除藻 藻类的生物控制技术的研究起步较晚，早期技术以放养水生植物和推行合理水产养殖为 主。8 0 年代初期起，学术界相继发起的基于研究藻菌关系与互作机制【6 8 、“7 ，以求高效的 微生物控制技术。从水生生理生态学角度分析，水体细菌与藻类间存在着较为密切的相互依 存关系，如进行营养物、气体、生物因子交换，共同调节水体p h 值环境等。当这一和谐系 统冈外界因素如富营养化引起藻类爆发性繁殖时，诸多细菌将可能分泌释放藻毒素、抑藻素， 或是通过直接的溶藻作用等抑制藻类的生长【”1 。这便为筛选优势细菌建立高效微生物控制 技术提供了良好的理论基础。如中性柠檬酸菌( c l t r o b a c t e ri n t e r m e d i u s ) 、粘细菌 ( m y x o b a c t e r ) 、噬胞菌属( c y t o p h y ) 、纤维弧菌属( c e l l v i b r i o ) 、铜绿假单胞菌( p s e u d o m o n a s a e r u g i n o s a ) 、氏假单胞菌( p s e u d o m o n a ss t u t z e r i ) 等对众多藻类均有一定程度的抑制、溶解、 毒害或杀伤作用【”1 。近年来，相继报道微生物组合( 光合细菌、消化细菌及玉垒菌等) 1 7 3 、 有效微生物群( e m ) 【7 4 】、m i c r o - b a c 发酵液( 复合微生物) 1 7 5 1 等在小型富营养化水面、水 体的应用中表现出较好的除藻效果，且工艺简单，成本低廉，是极具推广潜力的生物控藻新 技术。当然，对这些技术与工艺的全面系统研究，包括机制探讨和大规模的推广示范研究尚 需深入开展。 3p f s 混凝剂及有效微生物群在水处理中的应用现状 3 1 混凝概况及p f s 混凝技术的应用现状 絮凝剂可分为无机、有机、复合和微生物四大类。有机高分子絮凝剂通常包括天然高分 子和合成高分子两大类。常见的有聚二乙基二甲基氯化氨，阳离子型、非离子型和阴离子型 聚丙烯酰胺等。有机高分子絮凝剂在水处理中投加量少，絮凝速度快，受共存盐类、介质及 环境温度影响小，生成污泥量也少。但由于大多数有机高分子絮凝剂本身或其水解、降解产 物有毒，而且合成价格较高，故开发和利用受到一定限制，单独应用实例还较少。无机絮凝 剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两类；按分子量可分为低分子系和高分子系两大类。无机 低分子絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等其中硫酸铝最早是由美国开发的， - 8 - 应用p f s e m 组合王艺处理藻型富营养化源水的研究 迄今为主 = 一壹是莲要静爰极絮凝刹之一。毽爆于承处理辩，低分子絮凝剂存在羲戏本薅，腐 蚀性丈，在某些场合净水效皋还不理想等缺点：无机高分子絮凝剂是6 0 年代聪在传统的铝 盐、铁盐的基础上发展起来的一类新型的水处理剂，和传统药剂相比，它能成倍地提商效能， 且价格相应较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势。目前，在日本、俄罗斯、西欧以及我国， 无机高分子絮凝剂都已有相当规模的生产和应用，聚合类药剂的生产占絮凝剂总产量的 3 0 6 0 1 7 “。照然无帆高分子絮凝卉u 时各种复杂成分的水处理适用性强，但生成的絮体却 不及有机简分子絮凝荆生成的絮体大，有机商分子絮凝剂正好可以弥补这一缺点，因此若把 二者结合越来，形成秃杌有机高分子复合絮凝剂，两种絮凝剂复合使用，刚效栗更畴显。 李为群”l 对高分子絮凝剂研究结巢表翡：无视絮凝弃l 翻p a m ，处瑗高洼发永，悬浮物除去 率大t - 9 9 ，剩余洼澄5 6 ；硫酸铝碱式氯佬铝黯石灰荐鸯爨聚嚣爝酸稼处理溜田劲潮厂褒 拳，色度去除率大于9 8 。鞫外擞生携絮凝裁豹离业化生产始于9 0 年戴，困不存在二= 二次污 染，使羽方便，应爆翦景诱人。如红平红球菝及巍此制戒的n o c - 1 是羁翦发现的最佳微生 物絮凝剂，具有缀强的絮凝活性，广泛用于畜产废水、膨化污泥、谢色废水豹处理。但在我 国微生物絮凝剂的制品尚未见报导。 聚合硫酸铁( p o l y f e r r i cs u l f a t e ，简称p f s ) 是近几年才发展起来的新型无机商分子絮 凝剂与常用的絮凝剂相比有如下特征：( 1 ) 絮凝物颗粒大，沉降速率快，容易分胺澄清， 而且沉淀物脱水性好，易于过滤；( 2 ) 对出水的水质影响小，不产生铁离子转移，腐蚀性小： ( 3 ) 适应性强，适用于广泛p h 范围的多种工业泼水和生活污水的处理，对c o d 和色度的 去酴率高；( 4 ) 授药繁少，效率黼，成本低，有较广泛静原奉季来源。可菇废治凌，蠢较驽鹃 环境效益和经济效益”。磊蘸，p f s 主要应磁于各种 = 熊用永静豫法整毽，如矿函、窑韭、 食蒜、皮革、臻】染、电力、炼焦、烧缝、掇摭制造等废本及城市污水熬撼理。p f s 豹特燃， 包攥蕊蚀褴、残蜜铁、冻续性、凝聚燃_ 秘聪忒性，优予其它絮凝刹。从聪揭开v p f s 痤用 于废水处理的序幕。1 9 8 1 - 1 9 8 5 年，蠢人用p i p s 进行污泥脱水的研究，逋过对p f s - h 2 0 法 和f e c l 3 c o h ) 2 法进行比较，得出p f s 凝聚法效果好，污泥含撼少，过滤性能好，费用 低的结论。近几年，我国p f s 应用有很大发展，炼油厂污水不仅黛多，而且含大量的稀硫 酸，用来生产p f s ，可取得较大的经济效益。p f s 应用于印染、毛纺等废水处理有显著效果。 尤其对分散染料、硫化染料、直接染料等废水的处理，c o d 。除去攀均能达7 0 以上，并有 脱色、脱油、脱嶷作用。屠宰工娥废永含氮有机物多，摊水量大，山东济宁市化工研究所将 p f s 应用”f 屠宰废水姓理，c o d e r 、b o d 、惑浮耪脱除率均达9 0 戳上。火力发电占我国发 电的强大院铡，其耗永量大，天津纯工辑究院等擎位零l 瑁p f s 处璜发电厂冲袭永效采显著。 9 。 应用p f s e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 我国炼油厂废水主要采用“老三套”工艺，投药量大，水质变化大，p f s 代替明矾、碱或氯化 铝等约品，加药量人大降低，处理效果好。武钢供水厂将p f s 与腐植酸钠配合使用，作为 高浓度乳化水的破乳剂，在6 0 。c 条件f ，出水含油量小于1 0 毫克升。另外，p f s 也可以片j 来处理冷铜等重金属废水，小材厂的原术蒸煮废水及啤酒厂废水，生化处理剩余污泥的脱水。 p f s 的研究技术在我国正在逐步走向成熟，虽然做了不少j ：作。但仍有许多问题有待解决： 1 ) 反应时间长；2 ) 使用以亚硝酸盐为主的催化剂，反应时放出n 0 2 等有毒气体，而亚硝 酸盐为致癌物质；3 ) 直接利用酸洗废水生产的聚铁产品浓度低，质量达不到标准。p f s 应 j 】于废水处理领域刚刚开始，对工业用水及饮用水处理后的残渣问题尚未解决，有待丁| 我国 环境 作者进行大量深入细致的工作。 3 2e m 作用原理及其应用现状 e m 是有效微生物菌群( e f f e c t i v e m i c r o - o r g a n i s m s ) 的缩写，是8 0 年代初日本琉球大学比 嘉照夫教授研究开发出的一种高效生物技术产品，由1 0 属8 0 多种微生物经特殊方法培养而 成的高效复合微生物菌群。其代表性的微生物有：( 1 ) 光合细菌，利用太阳能将土壤中的硫 氢或碳氢化合物中的氢分离出来，变有害物质为无害物质，并与c 0 2 、氮等一并合成糖类、 氨基酸、维生素类，生物活性物( 激素) 等；( 2 ) 醋酸杆菌，是氮素合成中具有代表性的微生 物，从光合微生物中摄取糖类、固定氮，然后将固定的氮部分存留于产品中作为作物所需养 分，剩余部分供给光合细菌。醋酸杆菌和光合细菌形成共生结构；( 3 ) 放线菌，将光合细菌 产生的氮素作为自身生长繁殖的基质对有机物有很强的降解能力，部分高温放线菌能耐 5 5 - - 6 5 。c 的高温，放线菌能生成抗生素，可增强动植物对病害的抵抗力和免疫性；( 4 ) 乳酸 菌，摄取光合细菌的产物，分解在常温下不易分解的木质素和纤维素，使未腐烂的有机物发 酵，转化成对植物有效的养分；( 5 ) 酵母菌，可产生出促进细菌分裂的生物活性物质。同时， 酵母菌还对促进其它有效微生物增殖的基质的生产起着重要f f 3 f l e 用t 7 ”。这些微生物依靠相 互间协同作用，增殖关系形成一个组成复杂、结构稳定、功能广泛的具有多种多样细菌的微 生物群落的生物菌群，迅速分解有机物，并代谢出抗氧化物质，抑制有害微生物的生长繁殖 1 8 0 。因而它在种植业、养殖业和环境保护领域都能得到广泛应用。 9 0 年代初期起，e m 技术引入我国，并在利用e m 技术治理江河、湖泊方面相继做了一 些i ：作。中国环境科学研究院等引进美国a m 公司开发的复合微生物制剂用于云南滇池内 湖草海。投菌处理5 个月后，处理水体透明度平均提高了6 8 2 ，c o d 。降低了2 4 3 ，总 磷降低了4 8 9 ，总氮降低了2 7 6 ，氨氮降低了4 2 6 ，b o d 降低了5 8 0 ，叶绿素a 降 - 1 0 应用p f s e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 低了6 3 3 ，藻量降低了4 0 o ；中国环境科学研究院利用e m 复合菌液治理广西南宁南湖 水面处理1 0 个月后水体c o d 。，、b o d 、t - n 、t - p 等去除效果显著，对湖泊水具有良好的净 化能力4 “。经e m 处理后湖泊试验区各项指标可达到景观娱乐用水水质标准，除去了以前 水面疯长形成的绿油漆状的水华。实践表明该技术投资少、操作简单、运行成本低，有在一 定时期内保持水体水质的技术优势。 4 藻型富营养化水控制技术存在的问题及可能的研究方向 前述荐类处理技术与方法均各有所长，但就大规模推广应用而言均存在一定的局限性。 物理法，如气浮除藻、微滤机除藻、活性炭吸附等只能作为水源水的处理工艺部分，不能用 于水体的接体治理。化学法多以强氧化剂混凝沉淀、系列化学除藻剂及臭氧除藻为主。除藻 荆及臭氧可用于水体治理，但成本较高。显然，靠单一的方法治理一个极其复杂的水生生态 系统，往往得不出理想的效果。应采取标本兼治的综合控制除藻法。多途径治理水中的藻类 应是相当长时期内的重点研究的课题。在这一领域中，高效、广谱的生物抑藻技术具有广阔 的开发应用空间。 控制藻类，尤其是控制和治理有害藻类，绝非易事；更不可能毕其功为一役，控制和治 理藻类，首先要对藻类本身的生理学和生态学有足够的认识和了解，要对藻类周边环境的生 物地球化学，水化学和动力学，以及湖泊海洋生态学，包括分子生物学、藻类、病毒学和基 因1 ：程等均应有足够的了解和认识。这一领域将来的研究方向可能集中于以下几个方面： ( 1 ) 各种控制藻型富营养化水的方法、技术研究仍将深入进行，尤其是各种方法技术之 间的结合应用将成为主要的发展方向。如化学方法和生物方法相结合。构成组合工艺，既降 低了成本又提高了处理效果。 ( 2 ) 相对而言，生物技术特别是生物生态工程技术的研究开发由于其内在的优势性可 能会肇现良好的发展态势，广谱、高效的噬藻菌、病毒仍是人们努力的方向。 ( 3 ) 水源管理、监测管理与用户有效合作，共同参与管理、治理是必然趋势。 总之，防治湖泊富营养化必须因地制宜，采取综合防治措施，加强管理，以防为主，积 极治理，还其湖水清澈，水色秀丽，为保护地球水资源作出每个人应做的贡献，为当代人创 造一个良好的生存环境，为子孙后代留下一个良好的生态环境。 应用p f s e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 第二部分：正文 日u 舌 湖泊富营养化已成为当前我国最重要的水环境问题之一，湖泊的水质改善和保护是其中 最核心的任务。由于富营养化水中藻类和其他污染物的多样性和复杂性，因此藻型富营养化 水源水及水体的治理不能仅靠一个处理单元单独完成。另一方面，各处理单元工艺去除不同 分子量的溶解性有机物亦具有互补性，因此研究如何将各处理单元有机组合形成有效的组合 ：1 ：艺并加以推广已成为当前重要的研究课题之一。本文试图研究混凝沉淀与e m ( 有效微生 物群) 的联合处理工艺，利用低剂量的混凝剂先除去水体中的磷，一定程度地降低c o d 。 后，进一步用e m 去除其中的藻类，系统考察对各个指标的去除情况，通过正交实验确定该 组合r 艺的最佳运行参数，由此为综合治理湖泊水体富营养化提供有价值的技术参考。 1 实验材料与方法 1 1 实验材料与设备 混凝剂：聚合硫酸铁( p f s ) ，固体淡黄色粉末 e m 原液( 液态) ：江西天意生物技术开发有限公司 其它药品均为化学纯或分析纯 搅拌机：d b j 6 2 1 型六联定时搅拌机 恒温培养箱：l r h 2 5 0 g ( 广东省医疗器械厂) 隔膜式无油空气压缩机：a c o 9 6 1 0 ( 中国广东新力机电厂) 1 2 实验污水水质 藻型富营养化水源：实验对象为中南林学院东侧i l # b 面积约1 5 0 0 0 m 2 的水塘。长期受纳 中南林学院教工南区约3 0 0 户居民的下水道排水，处重富营养状态。其水质情况如表1 所示： 表】实验水体水质情况+ t a b l e1t h e q u l i t yo f e u t r o p h i c w a t c rf o rt e s t 表中数据为2 0 0 2 年3 月1 2 月内多次采样的测试结果 - j 2 应用p f s e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 1 3 实验方法 1 3 。1 混凝嗣的造敬 无机聚合物混凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合翰。根据不同混凝荆的谶能特点，魄较对鬻 营养化源水的处理效巢，缔台其技术静操俸性和技术成本，实验中选取聚合硫酸铁( p o l y f e r r i cs u l f a t e ，简称p f s ) 作为灞凝鞠。 1 3 2e m 原液的稀释与活化 e m 原液在使用前需进行稀释与活化。将e m 藏露及红糖各一份( 效糖先阐热求溶化) ， 加水l o 份混匀后装入密闭容器，密闭存放2 4 ，j 、时，即w 使舔。在掰辩觳据e m 原露含量确 定稀释倍攀加求使_ l l ，诧时活性更葑。 1 3 3 分析项目及测试方法 实验中的分析项目及测试方法如表2 所示： 表2 实验分析项爵与方法蹦 t a b 2 a n a l y t i c a li t e m s a n d m e x h o d s o f e x p e r i m e n t 分辑壤囊测试方法 c o d 玎 t - n t - p c h l a p h 值 温度 筵铬酸钾法 过硫酸钾氧化。= ! 尝外分光光度法 过硫酸钾氧化- 钳锑抗分光光度法 分光光度法h5 4 5 7 l 玻璃电板法 温度计 1 3 。4 实骚设计与安排 实验设计组合工艺：龟括混凝处璇和e m 处遴两个阶段。首先黼舔承中热入渥凝籀p f s ， 裱稽p f s 的髓船特意班t - p 和c o d e ，作兔检测捃标逶避委交实验砖定其最鳆戆工雅条搏+ 在p f s 簸佳豹运行参数下，签瑗过静潦水敬土凌渡( 蓐篱豫污水) ，转入另势的反应器中经 活纯熬e m 蓠滚作避一步处理。在e m 处璎除段递过一系列的实验确定合适的工作条件，主 要包括醛气时闼和e m 投如量。在这两个条件最佳的情况下，考察不同温度、不同蛄i 馕对 处理效果的影响，由此全霹确定组合 ：艺的运行参数。组合 ：艺的简易实验装鼹如图1 所示。 - 1 3 - 应用p f s e m 组合= r 艺处理藻型富营养化源承的研究 1 4 应用p f s e m 组合二【艺处理藻型富营养化源水的研究 凝运搏 7 为，是糌s 漫凝性能饯良的主要内阁。根据p f s 的混凝沉淀理论，水处理过程中， p f s 提供多种组份核羟基络合物时，挣种组份就开始对水中的胶体物质发生祷多种混凝作 增。混凝主要去除水中的悬浮物质和胶体，而悬浮物质和胶体正是c o d 。的重要组成部分。 那些分子蹙较小的高价络离子被原水中的负电性胶粒和悬浮物吸引进入紧密层，起了压缩胶 粒的双电腠、降低 电位的作用，使胶粒迅速脱稳聚沉，从而达到去除c o 风，的目的“。 高分子絮凝剂的分子餐越大。伸展度越大，粒间的吸附架桥作用越丈。p f s 在溶液中捷供大 量的高分f 络合物及高分子疏水性氢载化物聚合体，具宥较好静吸附架轿作嗣。p f s 所具有 的这种吸附架轿彳乍硒可菇使承中的p 0 4 。生成难溶艋，辍承孛沉降分离，这弱除磷髫鳃5 ” 。 p f s 在承娃理中，鑫种混凝作翔交叉或游嗣进行，是一复杂躲物理健学交纯秘镑理规械嚣熙 过程。p f s 在漆渡中最终生藏鬣簸纯携蘸水聚合体淀淀出来 s 6 1 。 p f s 黠富营莽化源承中各项污染物去赊情况见表3 ，由表3 并结会p f s 豹混凝沉淀机理 可女“，p f s 对富营养化源水中t - p 和c o d = 去除效果较好，t - p 和c o 去除率分别达到了 7 7 5 和7 4 6 6 ，而藻类和t - n 的去除率分别仅为6 8 和4 6 。因此腊叙实验主娶以t - p 和c o d 的去除率为检测指标来衡量其处理效果并确定混凝阶段的最佳工艺参数。 表3p f s 处理富营养化源水的效累 翔h 3t h e e f 爨e c t o f a j g a e - v p c e n a o p b i c a w a l e 口 n o a t e db y p f s 2 1 2 混凝处理工圣莹条孛 的确定 混凝阶段处理效莱静好坏煮接影响羞e m 蹬段戆照理情况，进薅影嚷整个处理过程。由 p f s 匏撬凝搬璎可知，混凝劐用量、渥合竣p h 、搅拌强度及搅拌时阆是影响p f s 渥凝效果 的主要因素。实验远过正交法确定聚合硫酸铁混凝处理的最佳工作条件。选用l 。( 3 4 ) 止交表安排实验，实验设计p f s 用量( a ) 、混合液p h ( b ) 、搅拌强度( c ) 及搅拌时间( d ) 四冈素及相应水平列于表4 ，实验结果列于表5 。继续对实验结果进行极差分析，结果如表 6 所示。由表6 可知：混凝实验中，p f s 用潼( a ) 、混合液p h 值( b ) 、搅拌强度( c ) 、搅 1 5 应用p f s - e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 拌时间( d ) 4 个因素影响t - p 和c o d 。，的去除率变化的顺序均为：p f s 用量p h 值 搅拌 强度 搅拌时间，变化规律较为相似。另一方面，比较因素组合方案可知，a 3 8 2 c 2 d 2 组合方 案为去除t - p 、c o d 。，的共同最佳方案，可以认为，p f s 对富营养化源水中t - p 、c o d 。，的去 除具有良好的正相关性。整理各因素水平变化对源水t - p 、c o d 0 去除率的影响情况见图2 、 图3 。 表4 正交实验因素一水平 t a b4 o r t h o g o n a lm e t h o dt e s tb e t w e e nf a c t o r sa n dl e v e l s ab cd 凶素pfs用量ph搅拌强度搅拌时间 ( r a g l )值(rrain)(rain) ”“”一_“。_。”1、_-_-w*_“m_dh”-1_*_n_h_“_m”_，_，“w，_-一 水平11 06 03 0 l o 水平22 0755 0 5 水平33 09 07 0 2 0 表5 正交实验结果 t a b5r e s u l t so f t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t s 因素t-p去除 c o d 。去除 试验号 abcd 率率 “。“_-_。h-wh_*_。_”一_w_-_。-“_*-。_。hh_。-，_-_h_”_，-hh_-_h“_h一 11iil 2 8 63 2 4 4 2 9 3 4 2 5 34 6 0 2 5 t 6 6 6 3 6 9 6 4 65 4 2 3 5 8 7 6 2 1 5 9 9 6 7 5 7 2 4 9332 16 7 56 9 6 一1 6 2 3 3 i 2 2 3 2 3 2 3 l 3 l 2 3 1 2 3 1 2 1 1 2 2 2 3 3 2 3 4 5 6 7 8 应用p f s e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 图2 因素与t - p 去除率的影响 f i g 2 e f f e c t so f f a c t o r so nt - pc l e a r a a c e 由图2 、图3 容易看出，p f s 加入量的变化对处理效果的影响最显著，随着p f s 加入量 的增大，t - p 、c o d 。去除率明显增大，p f s 加入量是影响混凝处理效果的决定因素。究其 原因可能是p f s 在溶液中提供多种核羟基高价络离子，并能水解产生高度交联的疏水性氢 氧化物聚合体，因此构成了p f s 在水处理的混凝运作行为中发挥其优良混凝性能的主要内 因。p f s 在提供多种组份的核羟基络合物同时，各种组份便开始对水中胶体物质发生着多种 混凝作用，因此。p f s 加入量越大，其所提供的这种起混凝作用的多组分核羟基络合物就越 多，则混凝效果越好。由于3 0 m g l 是实验中的边界值，所以对于去除t - p 和c o d 。的最佳 一1 7 应用p f s e m 组合工艺处理藻型富营养化源水的研究 p f s 投抽援应该扩大因素的变化范围，育待避一步试验。但是考虑混凝对这两种指橱能达到 的处理能力，且还有e m 的后续处理，并综台价格性能闪素，因此选取p f s 用潼3 0m g l 为 适宜加入姑。 腻3 因素与c o d = 去除率的影响 f g 3 e f f e c t so f f a c t o r so nc o d wc l e a r a n c e 在4 个影响因素中，p h 值对处理效果的影响居第二位。但是各个水平之间的处理效果 差异并不明显。比较可知，p h 值为7 5 时的处理效果可表现出优于p h 使为6 和9 时的处理 效果，可作为p f s 较适宜的工作条件。通过这一结果可以得到进步扁示，p f s 涡凝箭对 处理水质p h 值有较大的广谱往。 搅摔的作糟是使混凝糊逐速扩散驻提赢工作效率。实验书揽搀辩阉和搅拌强度辩娃毽散 采静影响较小，具有较褶酝静交纯援棒+ 著寒呈褒出疆着搅捧瓣翔豹延长、搓捧强度的搬大， 娃瑗效果越好戆理想交纯态势。这主鬻是嚣必聚合藏羧铁这耱混凝剡本艇反应抉删，鼹以 接抟对闻帮搅搏强度对其影响较，、。露且过璇搅拌毒可能破坏各秘湿凝缀分自身的稳定性及 其棚互阈适宜的作用条 牛，因此，只疆提供较充分的搅拌条件，既可获得理想的混凝效粜。 综合上述分析可以判断，a 、b 、c 、d 四因素最佳水平分别为3 、2 、2 、2 ，即：p f s 用量3 01 l l g ，l ，污水的p h 值范阐为6 8 - - 8 2 ，先快速搅拌1 分钟，转速为1 0 5 r m i n ，然后慢 速搅拌1 5 分钟转速为5 0 r r a i n ，静置2 0 分钟。此时对源水t - p 和c o d c ，去除率可稳定达 到7 2 5 - 7 9 6 之间。 2 2e m 处理工艺最优工作条件的确寇 经过p f s 混凝处理，源水中t - p 和c o d , ，的去除率分别达到了7 7 5 和7 4 6 6 ，但是 藻类和t - n 含龌仍处于较瀚水平，因此令其进入e m 处理工序进行深度处理。e m 有效微生 】8 应用p f s - e m 组台工艺处理藻型富营养化源水的研究 物群中既禽存好氧性微生物又有茨氧性搬生物，相关研究表明4 9 j 妤氧条件下e m