预氧化除藻综述.doc

1. 引言湖泊与水库是人类赖以生存的重要水资源，但随着经济的迅速发展，人口急剧增长，工业化和城市化加速，水体的氮和磷受纳量大大增加，湖泊水库等城市水体的富营养化日益加剧，水体富营养化的主要特征是藻类的大量繁殖。目前我国大部分地区是以地表水体为主要的饮用水源，水体富营养化易造成大量藻类进入给水处理系统，这将严重影响常规水处理工艺的正常运行，而部分藻类死亡后释放的微囊藻毒素污染也会威胁到人们的健康。2. 藻类难处理的原因及对策 藻类一般带负电荷，不易形成良好的絮体，且其密度低、尺寸小，沉淀效果差；高藻水的pH值一般在8.0以上，不利于混凝过程中增加正电荷的数量和形成腐殖聚合物1。滤池中藻类会黏附在滤料表面，使滤池过滤周期显著缩短，造成滤池频繁反冲洗。 某些藻类尺寸很小，可穿透滤池进入给水管网中。2.1 藻类不易混凝的原因及预氯化藻类在其生长过程中会分泌出酸性多糖的有机物，为阴离子型聚合物，与浑浊物颗粒的表面电荷同性。以铝盐作为混凝剂，在藻类干扰混凝的过程中，藻类有机物与水解形成的铝的氢氧化物生成表面络合剂，并与混凝剂铝离子形成多核混合配位体络合物，不利于脱稳。藻类对混凝过程的影响与藻的生长阶段及藻浓度有关。实验发现，对于处于稳定期和衰亡期的藻类，当其浓度较低时会表现出促凝作用，这主要是由于不同生长阶段藻类的分泌物成分和含量都会有所不同，而这种分泌物会参与混凝过程2。 在我国大部分地区，藻类爆发呈明显的季节性特征，因而研究针对藻类高发期及微囊藻毒素污染的应急处理措施，具有重要的现实意义。常规处理工艺对藻的去除是有限的，目前国内实际生产上的应对措施主要有预氯化和高锰酸钾预氧化这两种工艺。前期针对预氯化和高锰酸钾预氧化的研究主要集中在对藻类去除效能的强化上，而其对微囊藻毒素及致嗅物质释放的研究相对较少3。现阶段人们已开始注重这方面的研究。 预氯化是一种传统的预氧化除藻技术，对藻类有一定的强化去除作用。藻类被氯部分灭活，从而易于被混凝工艺去除。实验证明，随着有效投氯量的增加，藻类和叶绿素的去除率相应提高，但总的看来，在藻类含量较高的情况下，单独预氯化对两者的去除效果较差，在有效率投加量为2.5mg/L时，藻类和叶绿素a去除率仅为39.3%和37.5%，与投加2.0mg/L的有效氯对比，两者去除率均提高不到2个百分点，再继续增加有效氯投加量去除率提高不明显4。从张跃军等人通过对水源厂预氯化后的水（取样时，在线实测加氯量为5.78mg/L）进行实验中发现，除藻效率越高，相应的余浊越低。说明由藻类产生的浊度可能对加氯水的浊度有较大影响，当藻类被去除时，相应的余浊也随之下降5。贫营养水体中的藻类具有种类多、总量少的特点，随着水体富营养化程度的增加，藻的种类减少，蓝藻逐渐成为优势菌种爆发而形成水化，其主要由微囊藻（Microcystis）、束丝藻（Aphanizomenon）鱼腥藻（Anabaena）、腔球藻（Coelosphaerium）、胶刺藻（Gloetrichia）、节球藻（Nodularia）及念珠藻（Nostoc）组成。其中，主要产毒藻有鱼腥藻、束丝藻和微囊藻属的某些种。藻毒素种类很多，主要分为肝毒素、神经毒素、脂多糖毒素三大类，其中肝毒素又分为微囊藻毒素和节球藻毒素。目前，在造成水体污染的藻毒素中最常见的就是微囊藻毒素（简称MC）。常用的藻毒素检测方法有生物学方法（如动物实验、细胞学实验、植物实验）、色谱检测技术（主要采用色谱分析法，如薄层色谱检测技术和毛细管电泳法、高效液相色谱检测技术、液相色谱串联质谱法等）、生化免疫技术（如蛋白磷酸酶抑制试验法、酶联免疫法等）及分子信息检测技术等6。蓝藻毒素主要是细胞内毒素(IMC)，当细胞破裂或藻类腐烂分解后，毒素才会被释放到水体中。在研究氯预氧化对藻毒素的去除效果中研究者发现，低氯投加量时，DMC的含量随投氯量的提高而增大，表明预氯化除藻的同时也使藻细胞内的部分藻毒素释放到水中，但释放量相对较少，当有效氯投加量增大到2.5mg/L时，水中DMC几乎消失4。裴海燕等人7对含藻水及藻细胞破碎条件下水样中有机物的分子质量分布、吸光度（UV）、总有机碳（TOC）进行了研究。结果表明，含藻水及其藻体细胞破碎后水样中有机物可划分为5个分子质量群，藻细胞破碎后向水体中释放带有双键基团的有机物，随破碎时间的延长，水样UV260值增加；藻体破碎后，溶出的大分子有机物使水样TOC值随破碎时间的增加而增加。藻细胞破碎后释放出的有机物将成为氯化消毒副产物的前驱物。由于预氯化特定的目的，决定了预氯化所需的剂量不应过大，一般控制在3mg/L以下8。研究者发现，仅以去除藻类和有机物为目标的预氯化过程的有效氯适宜投加量为2.0mg/L4。当CT值为20mgmin/L时，对MC-LR与MC-RR两种微囊藻毒素的去除率分别达到35%和40%，能明显降低微囊藻毒素的急性毒性9。但对一定浓度的有机物，加氯量的大小直接影响着DBPs的生成量和氯化反应的类型。有研究表明当加氯量从0.8mg/L增加到1.6mg/L时，24h内三氯甲烷的生成量从18g增加到40g8。且预氯化不能消除由藻类产生的嗅味，相反转化为更不愉快的嗅味（如鱼腥味或刺激性嗅味）。在预氯化过程中，氯与原水中较高浓度的有机物作用会生成一系列对人体危害较大的卤代有机副产物，因而其应用逐渐受到限制。由此可见，氯化工艺可以作为目前控制水厂中藻毒素的一种手段，但从人们长远的健康方面考虑，应该寻找一种对微囊藻毒素去除效果更好、副作用极小的处理工艺来控制水源水微囊藻毒素的污染。2.2 藻类不易沉淀的原因及气浮除藻 藻类密度小，沉淀效果差，采用混凝沉淀过滤工艺对藻类的去除效果有限，并且影响过滤效果。梁恒等人10定量比较了不同工艺流程对藻类去除率的影响，以过滤出水为工艺出水进行参考。从实验结果中可以看出，采用气浮代替沉淀，可有效改善除藻效果。 济南市南郊水厂11的气浮工艺采用部分回流式压力容器气浮法，依靠水泵将气浮处理过的一部分水加压并与压缩空气一起压入密封的压力溶气罐，使气体溶入水中。将经过溶气的水导向溶气释放器，通过释放器的突然降压，使溶于水中的气体以微气泡的形式释放出来并吸附于处理水的藻类表面，一起浮至水面。气浮系统的设计流量为80000m3/d，系统采用管道静态混合。絮凝池与气浮池合建，为节约成本，反应池采用5min的停留时间。溶气释放器（TS-型）共96个，空压机2台（V-0.48/7型），可释放气量为40L/m3。系统投入运行后，不但改善了出水水质（水有腥味的问题得到解决），而且滤池反冲洗次数由原来的1次/8h减少到1次/24h，滤料结块问题也得到解决。 吴玉宝等人12利用实验室培养的高浓度纯种铜铝微囊藻为实验材料对气浮除藻工艺中各种参数进行了优化研究，原水藻浓度为（1.902.04）1010个/L时，以聚合氯化铝（PAC）为混凝剂，采用混凝气浮工艺对其进行处理，当PAC投量为20mg/L、快速混合G值为500s-1（60s）、一级絮凝G值为100 s-1（4min）、二级絮凝G值为20 s-1（4min）、溶气水回流比为10%、气浮紊动强度G值为9.5 s-1、气浮接触时间为75s、静置时间为3min时处理效果最好，此时系统对浊度、色度、藻浓度和TOC的去除率分别为90.1%、77.2%、92%和33.4%。赵志伟等人13设计了中试的除藻系统，研究在高藻期强化气浮除藻的效能。通过试验，可以得出以下结论：回流比的大小，对气浮处理效果起着十分重要的控制作用，在回流比从5%提高到10%时，藻类的去除率也可以相应的提高10%，考虑到实际的运行成本，回流比定为10%；混凝剂对于气浮除藻有较大的影响，PAC的处理效果优于氯化铁，对藻类的去除率可以提高10%左右；预氧化对于藻类的去除起到良好的强化作用，所起效果从高到低依次是臭氧、高锰酸盐和氯，臭氧和高锰酸盐可以将藻类的去除率从60%左右提高到80%多，去除率可以提高20%。 从70年代末开始，气浮除藻工艺在全国范围内得到广泛的应用，但在实践过程中，也反映出一些问题：、由于气浮加药量比常规沉淀的加药量小以及气浮回流比等原因，气浮系统对高浊度去除效率不高；、气浮除藻效率很难达到90%以上，在高藻期，气浮出水中剩余的藻类含量仍然很高，仍会对过滤形成障碍；、气浮除藻的电耗和运行费用较高；、藻渣较难处理；、释放器容易堵塞，等等。 现在气浮除藻系统中溶气罐的工作压力一般取0.3MPa0.35MPa。取太湖水样测定其叶绿素a的浓度为250.87g/L，对其加以0.6MPa的压力，当混凝剂PAC投加量为20mg/L时，将加压后的上层水样经混凝沉淀后，测其上清液中叶绿素a的含量为5.64g/L，且对浊度的去除率也较好。综合气浮除藻的优点与缺点，对含藻水进行加压处理以提高对藻去除效率将会是一个比较好的发展方向。 参考文献：1 刘成,高乃云,马晓雁.高藻及微囊藻毒素污染源水的应急处理工艺研究J.中国给水排水,2006,22(21):9-13.2 周荣,罗晓红,王占生,等.藻类对混凝的影响J.中国给水排水,1997,13(4):37-39.3 刘成,陈卫,黄廷林,等.两种预氧化处理高藻水的对比试验研究J.西安建筑科技大学学报,2009,41(2):252-256.4 黄廷林,丛海兵,柴蓓蓓.饮用水水源水质污染控制M.北京：中国建筑工业出版社,2009:276-277. 5 张跃军,赵晓蕾,李潇潇,等.AS/PDM对夏季太湖预氯化高藻水的除藻效果J.高校化学工程报,2011,25(2):331-336.6 顾志伟,邵国健,于娟,等.水中微囊藻毒素检测技术进展J.浙江预防医学,2011,23(3):276-277.7 裴海燕,李富生,汤浅晶,等.藻细胞破碎释放有机物的特性J.中国环境科学,2003,23(3):272-275.8 刘成,黄廷林,李玉仙.高藻水的预氯化技术优化探讨J.工业用水与废水,2004,35(3):1-4.9 刘成,高乃云,陈卫.液氯消毒工艺去除微囊藻毒素的试验研究J.中国给水排水,2009,25(23):51-54.10 梁恒,李圭