富营养化对供水安全的影响

富营养化对供水安全的影响 湖泊水库作为我国重要的给水水源 水体富营养化对供水 安全带来的影响主要表现在水厂运行 饮用水水质 管网 与 管网水质三方面 一 对水厂的不利影响 由于水中微小藻类不易在混凝沉淀构成中去除 含有大量藻类 的沉淀水进入滤池滤池时 常常使得滤池较早堵塞 使滤池运行周 期缩短 反冲水量增加 严重时可能导致水厂停产 另一方面 水中大量藻类 有机物和氨氮的存在 使得混凝 剂和消毒剂用量大大增加 这是因为 天然有机物所含羟基和 酚基 使得有机物所具有的负电荷是黏土矿物颗粒阳离子交换 容量的几十倍 因而使混凝剂消耗量增加 同时 有机物和氨 氮与氯反应 投加量大大增加 不仅使制水成本提高 更增加 了水中消毒副产物的含量 降低了饮水安全 富营养化水体在缺氧时产生大量的硫化氢 甲烷和氨等 更增 加了水处理水处理的技术难度 二 对水质的不利影响 在富营养化的湖泊水体中 藻类大量繁殖 引起不同的腥味 异臭 藻类产生的臭味用常规处理工艺工艺很难去除 使城市供水 出现不愉快气味 大大影响了供水质量 某些藻类在一定的环境环境下会产生对健康有害的毒素 例如 蓝藻 门的不定腔球藻 铜绿微囊藻 水华鱼腥藻等分泌肝毒素 神经毒素 等有毒物质 动物饮用含有藻毒素的水可能死亡 目前淡水水华毒素 已经引起了供水行业的高度重视 藻毒素 是由水华水体中有毒藻类产 生的一类多肽类毒素 其中微囊藻毒素 LR 和 YR 型异构体 Microcystin MC LR MC YR 是其主要毒性成分 藻毒素急性毒性实验表明 藻毒素可以 引起充血肿胀 病理学观察显示肝脏严重淤血 出血和片状坏死 表明肝脏 是藻毒素的靶器官 藻毒素具有促进肝细胞增生的功能 藻毒素单独作用 不能激活 GSTPi 基因的表达 但能促进已启动的 GSTPi 基因表达增加 对 肝癌的发生具有促进作用 虽然生长期的藻细胞也能主动释放毒素 40 但大部分的毒素是在细胞衰老和死亡时释放 60 80 国 标 0 001mg L 藻类大量繁殖 在新陈代谢 细胞分解过程会分泌有机物 其残骸在 腐烂 降解过程中也产生有机物 这些有机物很多属于 Ames 试验氯化致 突前体物 有报道指出藻类有机物可与氯反应生成三氯甲烷 这些都是使 得饮用水的致突变性提高 三 对管网和管网水质的不利影响 穿透滤池进入管网的藻类以及残留在水中的生物及可同化有机 物 AOC 可促进细菌在管网的生长 甚至可能生成较大有机体 严 重时可堵塞水表 水龙头等 此外 水中腐殖酸 富里酸和水中的无机颗粒结合形成的细微颗 粒 在管道流速较小的地方沉淀下来成为管垢 在较厚的地方因厌氧 而发生腐殖质的腐化和垢下腐蚀 影响管网水质并增加动力消耗 同 时溶入水中的铁和重金属离子也进一步恶化了管网水质 藻类的控制与去除 在相对封闭的水域 如湖泊 水库 储水池等 由于受到 污染而发生富营养化 水中藻类等浮游植物会增殖剧烈 因此 消除藻类对城市供水水质的影响 关键要限制水体的营养盐含 量 生物控制是绿色的控藻技术 中国科学院水生所通过在东 胡放养鲢 鳙鱼 使其 14 年未再爆发水华 此外 还可利用藻 类病原菌 藻类病毒以致藻类繁殖 清除低泥是彻底的去除内源性营养盐的方法 但也具有风 险 因为低泥中的污染物会重新进入水体 宜采取有效的防范 措施 解层技术是常用的物理方法 即人为地使水体水层混合 消除热分层及由此引起的利于藻类繁殖的条件 英国在一些面 积大于 1Km2和水深大于 10m 的水库中应用暴气或推流系统来 防止水库热的分层 但对水深小于 10m 的水库 则因水浅而难 于使用暴气系统 投加硫酸铜是应用最多的化学方法 但是硫酸铜的投加量 较大 须保证浓度 1 0mg L 以上才能有效控制藻类生长 会使 水中铜盐浓度上升 铝盐 铁盐 钙盐都是有效的营养物钝化 剂 它们可以沉淀水体中的氮和磷 在美国许多湖泊水库的应 用中 成功成功地去除了藻类和其他水生植物 改变水体的 pH 值 向水中投加石灰提高 pH 值 有助于以致藻类的生长 美国有一种产品称为 Aquamats 具有很强的摄取氮磷等营 养物质的能力 将此产品置于水体中 它们抢先摄取氮磷等营 养物质 光合作用之后可产生鱼类和其他水生生物的食物 藻 类得不到足够的营养物 其生长受到限制 其作用相当于一人 工湿地湿地 当水中藻类随取水进入水厂 则需在水厂采取杀藻除藻措 施 预氧化杀藻是常用的一项除藻技术 常用的预氧化剂有氯 二氧化氯 臭氧 过氧化氢以及高锰酸钾及复合剂 氯预氧化 杀藻效果也好 但会产生大量氯化消毒副产物 其中大多数对 人体有害 所以 现在愈来愈多地被其他预氧化剂代替 臭氧预氧化杀藻效果也好 但有人认为 臭氧化可能将大 有机物分解成分之较小的中间产物 这些中间产物 可能存在 毒性物质或突变物质 或者有些中间产物与氯作用后致突变反 而增强 当水中的溴离子时 臭氧易于与溴离子反应生成溴酸 根 BrO3 致癌作用很强 美国对 BrO3 的限制为 0 01mg L 另外 臭氧生产设备较复杂 投资较大 电耗也高 当水质变化时 调节投加量比较困难 臭氧在水中溶解度低 尾气处理不当会形成空气污染 二氧化氯 ClO2 预氧化杀藻效果也很好 且不会产生氯 化消毒副产物 不过 ClO2消毒或作为氧化剂存在以下问题值得 重视 ClO2本身和副产物 ClO2 对人体血细胞有损害 毒理学研 究表明 二氧化氯是一种有毒化合物 对肝功能 血液 中枢 神经有一定影响 二氧化氯的副产物主要是 ClO2 和 ClO3 这 些副产物对人体产生一定的危害 可能会抑制人体甲状腺素的 分泌 引起胎儿小脑重量下降 神经行为作用迟缓和细胞数下 降等 所以采用二氧化氯消毒应严格控制管网水中 ClO2 不得 超过 0 2mg L 在我国生活饮用水水质新标准中 不得超过 0 8mg L 此外 由于制取 ClO2的 NaClO2的价格很高 约为 CL2 的 10 倍 这也限制了 ClO2消毒在我国的广泛使用 由于 ClO2氧化时向 ClO2 和 ClO3 的转化率为 70 所以 ClO2投加量不宜超过 1mg L 这个投加量对含藻量高的水是不 够的 所以限制了二氧化氯用作预氧化剂的使用 在欧美有 一些国家严格控制投加量 高锰酸钾预氧化杀藻 由于其氧化能力较弱 杀藻效果不 如前几种预氧化剂 但是 上述几种氧化剂杀藻时会导致藻细 胞的破坏 使水中臭味物质以及藻毒素含量增大 造成二次污 染 高锰酸钾杀藻时藻细胞内溶物基本不外泄 此外 高锰酸 钾预氧化迄今尚未发现对人体有害的氧化副产物 所以是比绿 臭氧和二氧化氯更安全的杀藻剂 高锰酸盐复合剂 PPC 由于 主 辅剂的相互协同效应 使其杀藻效果显著提高 混凝是城市水厂净水工艺不可缺少的主要单元 也是除藻 的主要方法 由于藻类细胞一般都带负电 在水中投加混凝剂 以中和藻类表面的负电 使之脱稳而沉淀 对于低浊度的含藻 水 由于水中泥沙颗粒较少 混凝生成的絮体密度较低 故沉 速较慢 为了加快固液分离 可以采用污泥污泥回流的方法 以强 化絮凝反应 生成更粗大更密实的絮体 还可以向水中投加有 机高分子助凝剂 提高絮凝沉淀效果 还可以向水中投加细纱 以加大絮体密度 提高絮体沉淀速度 等等 采用气浮的方法 使微细气泡黏附在絮体表面 借助气泡 上浮的作用 使絮体快速上浮而分离除去 所以气浮是一种高 效处理含藻水的技术 但是 气浮产生的浮渣的处理比较难 是有待解决的问题 微滤机是一种物理除藻方法 用极细孔径的网筛过滤含藻 水 可将水中部分藻类去除截留 微滤机除藻在我国很少使用 膜滤除藻也是一种物理除藻方法 使水通过微滤膜超滤膜 可将水中藻类几乎全部除去 但要防止藻对滤膜的污染 高锰酸钾及其复合剂 PPC 即