巢湖含藻水高效净化处理技术的研究

1、巢湖含藻水高效净化处理技术的研究    摘要：巢湖水源富营养化严重，藻类生长旺盛，在对巢湖含藻水物征深入研究的基础上，采用高效组合处理技术，除藻、除嗅味及有机物，达到优质供水的目的。    关键词：含藻水 高效 组合处理 除藻 嗅味 有机物    巢湖水源位于合肥市东南方15公里，面积800平方公里，流域包括合肥市、巢湖市等7个市、县，由于受到这些城市及其县郊的工业、生活、农田泾流等污废水的污染，氮、磷、有机物含量高，富营养化严重，夏秋季藻类生长繁殖旺盛，数量达2000

2、15;104个/升，并伴有腥臭味，给供水净化处理带来一定难度。目前安徽省加大了对巢湖污染治理的力度，巢湖水质得到改善。但随着进入21世纪，合肥市供水事业加快了改革发展的步伐，近年来我公司对巢湖微污染水源进行了大量实验和研究，采用高效处理净化工艺加强对含藻水的处理，严格按照城市供水200年技术进步发展规划，向大型一类水司的标准努力，初步实现了优质供水。 一、巢湖水源藻类概况： 巢湖水源终年含藻，随着季节变化，藻的种类和数量差异较大，藻量低于500×104个/升时，对常规处理影响不大，达到1000×104个/升，根据藻的种类不同对净水效果的恶化程度不同。藻类的生长繁殖受多种生态

3、因子的影响：水的化学成分、气候、水温、水深、光照条件等，每年均有变化，但总体赵热规律性较明显，一般包括四个变化时期：1、低平衡期：上年11月至本年3月冬春季，白天日照时间短，水温低，藻类的代谢作用微弱，生长、繁殖速度较慢，一些喜温性的藻类失去活性沉入湖底，水中藻含量的50?200×104个/升，以硅藻占优，也包括绿藻、蓝藻等。2、生长期：每年4、5月份春末，气温逐渐升高，巢湖水深平均3米左右，水温分层不明显，水温也升高，藻类代谢强度成倍增加，湖水中C、N、P等养分充足，藻类迅速生长繁殖，并且水温升高湖底底泥中有机物释放溶出，促进了沉积的藻类活性，在光照充足时，一些具伪空泡容积增大，上

4、浮到水面进行光合作用，夏初湖面上有时可见细条状水华，藻量增加到1000?2000×104个/升，蓝藻占优。3、高平衡期：6月至9、10月夏秋季，日照时间长，水温较高，光照强，适合喜温性的藻类生长繁殖，随着藻类数量的急剧增加，大量消耗水中C、N、P等营养物，尤其是C、N利用量较高，水中氨氮含量大大降低，并利用CO2进行光合作用，此时对氮要求较低并能固定空气N2的蓝藻大量生长繁殖，使具有较强竞争力的蓝藻占绝对优势，水中藻量2000×104个/升以上。4、消亡期：大约在11月随着进入冬季，日照、水温、光强相继降低，藻类的代谢速度减慢，一些藻类死亡，一些藻类失去活性，还有一些具伪空

5、泡、胶质膜等结构的藻类在温度突然降低，温差较大使上下水层产生交换被带入下层，水压力增大使这些结构破碎，降低浮力沉入湖底等，水体中藻量由2000×104个/升减少至300×104个/升。以隐藻占优，包括绿藻、硅藻其它藻类，在冬春季时达到低平衡期。四个时期的时间划分每年不尽相同，主要与候、水质有关，每个时期的藻量及种类也有变化，其中以高平衡期藻量危害最大，生长期、消亡期次之，低平衡期几乎没有影响，含藻水处理主要针对高平衡期及生长期、消亡期的特殊种类的藻。夏稳定剂季蓝藻疯长，优势种是微囊藻，其细胞群体由成百上千个单细胞聚集在一起，具有伪空泡白天在光合作用时放出氧气使群体浮到表层，

6、夜晚消耗氧气或失掉空泡沉入下层，其单细胞个体很小，直径在3-5，相对面积较大，容易上浮，且细胞内含水量较高，比重接近于水，其它藻类也有这些特点。如很多绿藻，蓝藻具有含水量很大的胶质膜，可增加浮力，因此藻类的沉降性能很差。巢湖水源由于工业、生活、农业污、废水中N、P、有机物污染较严重，富营养化程度较高，夏、秋季水温高，加速了底泥中有机物的释放、溶解，以及藻类在生长代谢分泌有机物、死亡分解产生有机物，巢湖水源经色质联机检测出54种有机物，主要是烷烃、酮类、酯类和苯环、杂环有机物，其中有些有机物产生不快的异嗅味。藻类利用CO2进行光合作用，使水体PH升高至8.0以上，等等，含藻水的这些特点采用常规处

7、理，去除藻、有机物、嗅味等产生较大难度。    二、预处理     工艺 项目去除率（%）    藻类 有机物 嗅味 备注    源水管道延伸3.0km到湖心 3050% CODMn降低20% 降低级     生物陶粒接触氧化 72% CODMn降低28% 嗅阀值降低62%     弹性填料生物接触氧化 50% CODMn降低15% 降低级 国家九五攻关课题

8、    预加氯氧化 30% / / 卤代烃升高1020%    复合高锰酸盐氧化 / 有机物种类减少78%色谱峰面积减少89% 降低-     预加ClO2氧化 50% 有机物种类减少5070%色谱峰面积减少95% 降低级     改用新水源（董铺水库） 90% CODMn降低50% 级     O3氧化 / CODMn降低15% 嗅阀值降低80%     

9、表1可见，合肥市最终将改用董铺水库存新水源，巢湖水源取用湖心水作为备用水源，这两项工艺对合肥市21世纪的城市经济建设发展意义极为重大，在省、市政府及主管部门的支持下均得以实现。上述各方案各有其特点：生物氧化对水源的改善较彻底，但投资、运行费用高；Cl2氧化杀藻效果明显，但预加氯氧化后，后序工艺中必须采用提高碱度及粉末活性炭吸附降低卤代烃含量，复合高锰酸盐有利于水的稳定处理，发送后续净化水质的有机物指标，但除藻效果不明显。对含藻水采用ClO2氧化预处理杀藻，去除有机物、嗅味不失为有效的方法。（1）去除有机物、嗅味富营养化水体中的有机物通常包括腐殖酸、黄腐酸、胡敏酸等腐殖质及藻类代谢及其残废分解产

10、生的有机氮、有机碳等有机物，这些有机物是致臭、致色物质。ClO2氧化还原电势1.57V，高于Cl2l.36V，氧化能力较强，能氧化有机物的苯环、杂环，生成有机酸等中间产物及CO2、H2O、去除腐殖酸、嗅味。为了避免ClO2的毒副作用，我们采用低浓度氧化，投加纯ClO2 0.060.1mg/L，反应10min后，经GC-MSD检测，有机物种类减少5070%，色谱峰总面积降低70%，嗅味由-级降为-级。对有机物及嗅味含量越高，去除率越高。剩余的嗅味及有机物在后续的混凝中段、沉淀池出口投加粉末活性炭完全去除。（2）杀灭藻类ClO2能将藻类细胞蛋白质中颈基氧化成-S-S基，杀灭藻类。ClO2氧化预处理

11、及单加聚合铝除藻、除嗅味、除色结果如下：高藻期：源水藻含量4240×104个/L，嗅味级，ClO2氧化预处理10min     项目    ClO2投量    0 0.02 0.04 0.06 0.1    藻（×104个/L） 4240 1762 1768 1326 1216    嗅味 低藻期：源水藻含量705×104个/L，嗅味级，ClO2氧化预处理10min，

12、投加15mg/L，聚合铝混凝沉淀后的出水水质：     项目    ClO2投量    0 0.02 0.04 0.06 0.1    聚合铝（mg/L) 15 15 15 15 15    藻（×104个/L） 306 76 62 61 38    嗅味 0 0    三、高效混凝： 对含藻水我们进行了聚合

13、氧化铝、硫酸亚铁氯化液、聚合硫酸铁、FeCl3、硫酸亚铁聚合铝铁等混凝剂和PAM、HCA、活化硅酸、骨胶等助凝剂的对比选型实验，发现铝盐、铁盐混凝剂处理含藻水各由利弊，高分子聚合物助凝剂HCA效果较好，并且投加一定量的石灰有助于对色度、有机物的去除，最后采用粉末活性炭完全除去有机物、嗅味。1、混凝剂的使用使用：含藻水藻类细胞表面带负电，水体中的腐植酸的水化膜具有凝聚稳定性，并在凝聚时与铁形成多孔聚合体亲水性较好，藻类的一些代谢产物多肽、糖酸等与金属形成溶解的络合物，因此铝盐、铁盐混凝剂与含藻水的电中和和压缩双电层作用减弱，需投加较高剂量的混凝剂增加凝取能力，而铁盐形成的而铁盐形成的络合物具有色

14、度，含藻水经过氧化预处理，破坏这些亲水性有机物的稳定性可改善絮凝。同时在凝聚反应时投加石灰，Ca2 使腐殖酸脱稳，并产生铝酸钙吸附能力较强，经絮凝沉淀去除。由此可见铝盐适用于经氧化、提高碱度对含藻水中有机物去除。巢湖源水藻含量4200×104个/L，色度55度，经0.1mg/LClO2氧化10min，投加80mg/L聚合铝，15mg/L石灰，色度去除率达到100%。相同条件，石灰投量40mg/L，铁盐色度去除率62%，而且沉淀后水体透明度较差。藻类细胞比重与水相同，沉降性能较差，与混凝形成的含藻絮凝体沉速较慢，藻类细胞表面带有负电荷，混凝剂对其脱稳效果较差，絮体强度低，在絮凝过程中受

15、到水流剪力易脱落，并且高浓度、高剂量的混凝剂由于含藻水常缺乏足够的黏土胶体作为混凝核心，容易造成重复脱稳，絮体的密度低，结构相对松散，这些均降低了混凝效果。相对而言，铁盐混凝絮体较大，沉速比铝盐快1倍。Fe(OH)3溶度积为3.8×10-38,AL（OH）3溶度积为1.9×10-33,铁盐的亲水性质差，凝聚速度快，絮体快速增长，在相同水力条件下，铁盐产生的适合水流剪力的絮体粒径比铝盐大50%，并且铁盐的比重比铝盐大，根据颗粒径向运动阻力不从心fD： fD=3CdV2/8sr0式中：Cd-絮体阻力系数V-絮体径向速度s-絮体颗粒密度r0-絮体粒径  

16、60; 由该式知单位质量絮体径向运动时颗粒越大，受阻力越小，径向速度越快，颗粒小速度慢。因此，利用铝盐、铁盐凝聚速度的差异，采用两种混凝剂组合投加，在异向及同向凝聚过程中，铁盐大颗粒絮体容易与铝盐小颗粒絮体发生碰撞，形成新的絮体更密实。    2、分部加药，强化混凝：我们发现，在不同时间分部投加，先加铝盐大大优于先加铁盐的混凝效果，这个现象与含藻水有机物含量高有关，先加铁盐形成了溶解性铁络合物，减少了混凝核心的数量。先加铝盐絮凝后降低了有机物的含量，后加铁盐快速絮凝，间隔1-2分钟，铝盐凝聚物作为铁盐凝聚核心，铁盐投加2分钟后絮体迅速长大，随后

17、，粒径增大超过铝盐絮体，发生有效碰撞。铁盐絮体颗粒在26mm，铝盐絮体颗粒在13mm，铁盐比重比铝盐大，铁盐的沉降速度比铝盐快得多。在铝盐、铁盐组合投加中，铁盐占比例越大，沉降速度越快，巢湖含藻水铝盐、铁盐在1:1至1：2之间，产生的絮体密实，颗粒较粗大，沉淀后，对藻、有机物的综合去除率均为90%。铁盐大量消耗水中碱度，为了适应铁盐絮体的快速增加及加强对有机物的去除，石灰在铁盐投加后1分钟投加，与铁盐的比例为铁：石灰1：0.6。使用FeSO4时，在铝盐投加前需投加Cl2，最终控制反应池出口PH7.37.6,余氯0.40.6。为了进一步增加絮体抗剪能力，加大絮体颗粒粒径，提高沉降速度，我们采用人

18、工合成的有机高分子助凝剂HCA-1（二甲基二烯丙基季胺盐类），分子量10万左右，利用其阳离子线状分子链对絮体微粒吸附架桥，增加絮体粘体结力，产生的絮体粗大，不易破碎，沉降速度快。通过实验得出，HCA-1宜投加在混合絮凝时，在随后的解聚过程中，分子链达到吸附饱和，一般需8-10min。将合絮凝时，在随后的解聚过程中，分子链达到吸附饱和，一般需8-10min。将HCA-1投加在水流强度为70S-1或稍高处，加速解聚，形成的絮体强度高粒径大，沉降快。与混凝剂一齐投加效果最差，水流强度G过低，絮凝速度慢，絮体强度低，粒径小，沉降速度慢。（见表3）    表三1.

19、聚合铝投量30mg/L,HCA投量0.2mg/l    项目    絮凝时间    同时投加 9min 8min 6min 4.5min 2.5min    浊度（NTU） 2.8 1.02 1.03 1.08 2.2 1.6     项目 间隔时间 表三 2.取合铝投量30mg/L,氯化硫酸亚铁投量20mg/L    0 0.5min 1min 1.5min    浊度（NTU） 3.8 2.5 1.5 1.4 通过以上处理工艺，使藻类有机物基本去除，含藻水嗅味高时，Cl2氧化预处理后仍有段及以上嗅味时，在絮凝池中段投加粉末活性炭、除嗅味，并进一步吸附去除其他有机物，与混凝相结合，使氯消毒副产物的前体有机物基本去除。常规处理工艺对嗅味去除见表4：    项目 水样    源水 沉淀池出水 滤后水    嗅阈值 100 67 40&