湖泊水除藻工艺研究

岳舜琳（上海市自来水公司）
金维荣　孙建英（北京市自来水公司）
刘锡美（武汉市自来水公司）

　　湖泊水、水库水受到生活污水和工业废水的污染，导致藻类繁殖，以湖泊水为水源的水厂易发生滤池阻塞，出水有土霉味、鱼腥味。藻毒素的毒性可诱发消化道疾病、结膜炎、鼻炎、脾脏疾病及其他疾病，藻毒素致癌[1]。我国水处理工作者进行了大量的试验工作和生产实践，本文将对这些成果做简略的介绍和分析评价。

　　1 单项工艺湖泊水除藻

　　1.1　滤网除藻
　　1963年华东市政工程设计院与上海市自来水公司等进行了此项试验研究[2]，以太湖水为水源，滤网滤速达21～56cm/h ，相应水头损失2～13cm，30次试验结果的平均值列如表1。
　　从表1可见滤网除藻效率显著，除浊、除色、除耗氧量CODMn较差，混凝沉淀除藻不及滤网除藻。

　　1980～1981年湖南大学、抚顺市建设局与自来水公司以大伙房水库水为原水，进行了除藻试验[3]，原水含藻平均203×103/L，在使用国产Ⅱ号网（经100，纬700）时，微滤机产水量可达30.7～127.2m3/h/m2，藻类去除率平均达61%，浮游动物去除率可达99.7%，水头损失5～15cm，微滤机冲洗水率1%，电耗每1000m3耗10kw/h。
　　1.2　直接过滤除藻试验
　　(1)常规滤池直接过滤
　　湖泊水由于浊度低，往往采用直接过滤，或微絮凝处理，因此有必要试验研究其除藻效果，中南设计院在进行气浮去除藻试验的同时，进行了直接过滤除藻的研究[4]，试验在武汉东湖水厂生产设备上进行，滤池的技术参数见后面2.1（气浮滤池除藻），试验结果见表2。

　　气浮－过滤工艺不预加氯，气浮表面负荷率为5.9m3/m2·h，滤池滤速为10.5m/h，投矾量为22mg/L，直接过滤工艺经过预加氯，滤速为9.4m/h，从表2结果可见，预加氯不加矾的直接过滤效果不佳，这是因为藻类表面有分泌的粘液，藻类不易在砂粒表面聚集的缘故。
　　(2)辐射流滤池直接过滤试验
　　武汉工业大学进行过辐射流滤池直接过滤试验[5]，试验装置见文献[5]原水经加矾，加助滤剂聚丙烯酰胺后，进入旋流反应池，反应历时5min，然后经辐射流过滤器过滤，辐射过滤器平面呈扇形，圆心角为22 1/2度，圆心至滤床进水表面半径ro=400mm，滤床水平厚度800mm，垂直高度300mm。底部配水系统采用夹尼龙网的双层穿孔板，孔板开孔率为2%，采用均粒滤料，粒径1.00～1.25mm，以一双层滤料滤池作对比，双层滤池采用φ1.25～2.00mm的煤，厚400mm，φ0.5～1.0mm的砂，厚400mm，试验结果如表3。

　　由于采用了聚合氯化铝絮凝剂及聚丙烯酰胺助滤剂，除藻、除浊效果均较表2直接过滤为好，辐射流过滤是减速过滤，其净水效果与竖向流相近而略优。
　　(3)流化床接触絮凝澄清池试验
　　武汉工业大学进行的活性砂絮凝沉淀试验[6]，实质上流化床接触絮凝澄清（过滤）试验，其工作原理是上升水流中的微粒在微涡体运动场中，依靠活性砂表面吸附的高分子絮凝剂，具有大的表面和吸附力，通过架桥与网捕作用，截留水中微粒，试验装置见文献[6]，试验成果见表4。

　　试验成果表明，悬砂浓度以12000mg/L为妥，液面上升速度以不大于3mm/s为妥，聚丙烯酰胺PAM投加量与投砂的重量比3:10000为宜，活性砂的成熟期1h，初期工作期8h、循环投砂期0.5h，后续工作期4h，该项设备经加斜管后，在高负荷下有防止上升水流挟带微粒的作用。
　　1.3　生物（接触氧化）预处理除藻
　　1989～1991年中南设计院在武汉东湖水厂进行了生物接触氧化预处理除藻试验[7]，试验装置参见文献[7]。预处理池三级串联，内装3m高峰窝填料，由空压机供气，气水依次逆流、顺流、逆流接触。
　　试验期间原水含藻量为225×103个/L－21739×103个/L，表5为气水比与除藻率的关系。

　　隐藻门、蓝藻门藻类易被氧化分解，去除率可达90%以上，但绿藻门中的栅裂藻不易氧化，去除率仅43.8%，硅藻由于硅壳难于完全分解，去除率仅为65.4%，气水比对水中溶解氧、水循环、生物膜更新都有影响，从而影响藻类的去除率，提高气水比，有利于提高藻的去除率，水温与藻类负荷对除藻率的关系见图1、图2，试验中臭阈值测定结果见表6。

　　藻负荷为单位体积填料每小时负担藻类的数量，水温低于20℃时，除藻率随藻负荷提高而下降，但幅度不大，如当水温为5.5～10℃时，藻负荷自200×107 个／m3·h，上升到1380×107 个／m3·h，提高了69倍，而藻的去除率仅从83%下降至67%，可见生物处理对藻的去除有较好的稳定性。有资料说明，生物处理除藻的同时，氨氮的去除率达80%～95%，除浊率为48%～80%，除色度率为30%～60%，COD去除率为18%～26%，臭阈值冬季去除率为60%～70%，Ames致突变率有所减弱[11]。

　　2 湖泊水除藻组合工艺

　　2.1　气浮滤池除藻
　　中国市政工程中南设计院与武汉市自来水公司以东湖水为原水进行了气浮滤池除藻试验[4]，试验在生产设备上进行，所谓气浮滤池是将气浮池和滤池叠加，气浮池在上，滤池在下形成的一种水处理池型。
　　夏秋季5～12月采用：预加氯－絮凝－气浮－过滤－加氯组合工艺系统。
　　滤池滤料有效粒径0.55～0.72mm，K801.73～2.36，滤层厚度600mm，滤速0.4～8.7m/h，试验结果的平均值如表7。
　　气浮池结合滤池净水，其除藻效果从表7来看是很好的，我国武汉、昆明、苏州等城市都采用此种池型。武汉市东湖水厂采用气浮滤池工艺多年，原水预加氯0.8～1.0mg/L，1992～1995年生产实测除藻效率如表8。
　　生产上除藻率数据与试验数据颇为接近，尽管原水含藻量增加了20倍。 　　　　　　　　　　　　　

　　2.2 活性炭滤池一常规处理设备组合工艺除藻
　　试验采用两个人工水库水源[8]。1985～1990年含藻量平均值分别为2183×103/L及1695×103/L，放射菌测得值平均分别为2583CFU/mL及2858CFU/mL，臭味阈(TON)分别为9.3及8.2，并测得第1个水库水中含Geosmin4.6ng/L，2-MIB3.7ng/L。试验证明采用预加氯及常规水处理工艺，不能将TON降至标准要求(<4)，采用曝气法，不仅耗用大量空气，而且TON亦不能达标。但加1.0mg/L O3，TON可以从12降至4，若用活性炭过滤，则效果较加O3为好，在试验的基础上提出净水厂的设计流程为：
　　预加氯－常规处理－GAC过滤－加氯－出厂
　　某水厂采用这一组合水处理工艺流程已10余年，每年12月至2月底原水不加氯，其余时间预加氯3.0～3.5mg/L，原水进厂后，加聚合氯化铝和三氯化铁，以商品计分别为4mg/L和8mg/L，采用加速澄清池净水，上升流速1mm/s，滤池采用煤砂双层滤料，各厚400mm，滤速7.7m/h，活性炭滤池滤料厚度1500mm。滤速10m/h，1994～1995年两年除藻效率见表9。

　　3 讨论和结论

　　3.1　饮用水处理工艺尚缺少有关藻类去除的标准和规定，考虑到瑞士苏黎世Lengg水厂采用水质深度处理工艺，除藻率高，出水水质好这一情况，用以对比，衡量和评价前述各工艺除藻的效率优劣应是有益的。
　　以表9北京某水厂除藻率与之比较，两者的原水含藻及除藻率基本相近，因此可以说某水厂的水处理工艺是较为合适的，但以表8武汉东湖水厂与表10比较，由于东湖水厂水源含藻量较Lengg水厂水源含藻量大一个数量级，尽管各单项工艺除藻率尚可，但最终除藻率仅75.1%～82.8%，显然是不够的，还需进一步予以处理。

　　3.2　从各个单项处理工艺来看，以不加矾直接过滤除藻效率为最低，仅31.5%；加矾絮凝沉淀除藻率也不高，40%～55%；而加有PAC及PAM的直接过滤则有较高的除藻率，77.7%～78%；而采用滤网过滤则为51%～75.5%，流化床接触絮凝澄清的除藻率最高81.3%～86.3%，可见絮凝剂及高分子聚合物的作用。
　　3.3　生物处理除藻提供了除藻的单项新工艺，它同时具有去除CODMn，TOC，NH3-N，除浊以及去除部分致突变物的功能，后续处理又能降低加矾量，加氯量[10-11]，值得进一步研究。
　　3.4　从去除藻毒素的角度出发，很有必要采用O3氧化甚至结合活性炭过滤，期望在对各个单项除藻工艺及组合工艺研究基础上能找到更为理想的湖泊水处理工艺。
　　3.5　正确评价一个水厂的除藻水处理工艺目前还缺少一个与除藻有关的水质标准或规定，Janssens等[12]提出水厂除藻最终出水中的叶绿素－a的浓度要小于0.1μg/L，以防止管网中的生物繁殖；Oskam等则认为最终出水中叶绿素－a的浓度达到0.3～0.5μg/L已经足够[12]。他们仅仅考虑了管网中的生物繁殖问题，著者认为确定除藻水厂的最终出水水质标准还要考虑藻毒素问题，这是一个很复杂的问题，只有认真研究了藻毒素的毒性及其在水厂水处理过程中的动态变化，解决了其分析方法以后才能解决这一问题。

参考文献
1　王红岳等.淡水藻类污染及其毒性.上海环境科学，1995.8(14)38～41。
2　陈宝书等.微孔滤网除藻的试验研究.给水净化学术会议论文，中国土木工程学会市政工程委员会，1964 ,6。
3　湖南大学等.洪觉民执笔.微滤机除藻试验总结.1982,7。
4　中国给水排水中南设计院等.东湖水厂水处理测试报告.1984,8。
5 李镜明等.辐射流滤池直接过滤处理含藻湖水的试验研究.给水排水,1992,1(75),5～8。
6　李镜明等.高营养化湖水絮凝新工艺的试验研究.给水排水，1993,1(105),14～16。
7　李家新等.高营养化湖泊水源生物预处理研究.中国给水排水，1992,6(8),4～7。
8　Li Wanying,et al.“Researeh on Odour Origin and Treatment Technology for Resevoir Water”Water and Waste-water Treatment Proceedings of Intemational Conference,July 12～16 1994 Beijing,China VO1.1,P.170～180.
9　岳舜琳.瑞士苏黎世浪格湖水厂净化工艺效果.供水排水，1991,3.8～11。
10　岳舜琳.生物氧化在我国给水处理研究中的发展.中国化学会第三届全国水处理化学讨论会论文集，1995,11,P13～15。
11　张赐承.东湖水厂自来水中三卤甲烷及对策研究.中国给水排水，1995,5(11)9～13。
12　Oskam G & et al.“Eutrophication and development of algae in surface Water-a threat for the fnture”.国际供水协会第20届年会论文论文集，STECIAL SUBJECT,SS.8-1～8-10。

（本文载自《上海环境科学学会编文集》1999年）