水生生物对供水的影响和防治

天津市自来水公司
杨福才

　　目前由于城市的发达、工业的发展，地面水中几种水生生物（水生植物和沼贻贝）对供水的影响，已为国内外给水界上相当关注的问题，尤其是水生植物中的藻类，更是国内外水处理技术中的关键所在。现国内几乎所有湖泊水库及部分河道供水都有藻类发生。天津地区供水，60年代就有藻类问题影响水处理，间或造成滤池堵塞，引滦后更甚。引滦水源是几个水库加上二百多公里输水渠道，因之藻类比引滦前增加很多倍，84年8月上游水库一次调查，藻类总数最高达6500万个/升。

　　Ⅰ、地面水中水生植物对供水的影响和防治

　　水生植物对供水有直接关系的主要是藻类和根生长草，这两种植物一般可作为水禽和鱼的食品，产生溶解氧，净化水质、藻类有的还有大量的营养价值。但主要的还是对饮用水的影响。
　　一、藻类对供水影响
　　藻类有三万种左右，大小范围从单细胞到海草(64m长)，尺寸一般为2um-200um，主要有兰绿藻、硅藻、绿藻和带色鞭毛藻四种藻类。地面水中藻类的数量，在供水中认为是属于高藻范围，一般以下列指标判别：藻类数目达到100万个／升，总P达到0.2ppm，总N达到0.02ppm，并以叶绿素的含量、透明度的情况、溶解氧的数量为参考数据。
　　藻类对供水的影响简介如下：
　　1.堵塞滤池、影响凝聚、沉淀　藻类进入滤池在滤池表面形成一层毯状物堵塞滤池，造成滤速减低，冲洗频率加大。硅藻，针杆藻是经常造成此种问题的藻类。滤池还会被某些微小的藻类（微胞藻属，小环藻属等）穿透。由于水中藻类的存在，混凝剂也会增多，矾花密度降低，导致沉淀去除率下降。此外由于光合作用，水中pH值升高，以及由于藻类作用，水中溶解氧增加，使矾花上浮也影响沉淀。
　　2.味和臭　藻类使水产生甜、苦、酸等不同味道。一般湖泊水中春季易于繁殖针杆藻、直丝藻等硅藻，使水发生鱼腥臭，夏季如有颤藻等，则会发生霉臭，金胞藻、绿藻等都发生一定的臭味。
　　3.色　色是藻类次生物，经常是水中臭和味的一种表态，差不多藻类都有色。用户对饮用水中有色相当注意，常因而抱怨。色有黄绿、绿、兰绿、红和褐色。但水中的色也可能为其他物质污染而成，如铁、锰和工业废水等造成。所以发现水中有色，要调查发生的原因，然后再去解决。
　　4.干扰水处理操作　由于藻类在水中存在使水质变化，也造成处理上的麻烦，生长着和死亡的藻类都会使水的pH、碱度、硬度、溶解氧和有机物起变化，而干扰了水处理操作。藻类也使有机物增加，这样处理就得增加氯剂，添设处理措施，如需增加碳类和吸附性物质。藻类的化学特性也使PH改变，需要更多的处理药剂。
　　5.污染配水管网　供水的水大部分由氯消毒，但管道内有容易繁殖的一些耐氯的藻类，这些藻类是由环包着细胞的凝胶性薄膜包住，抵抗着氯消毒。管网内还有有生命的藻类消耗余氯，结果使水中有机物增加，有机物又成为细胞及其他令人生厌生物的营养成分，污染管道。
　　6.毒性　某些藻类是有毒性的，如皮肤炎是由兰绿藻中的鱼腥藻造成的；枯草热过敏症也是有兰氯藻中的倒囊藻存在的缘故。曾有过千余人居住地区暴发肠胃病，可能是兰绿藻引发的。兰绿藻由于其毒性，还会杀害鱼类。
　　7.腐蚀　有的藻类对混凝土和金属构筑物构成很大的威胁，它们直接在这些物质上生长；也可在水通过时，藻类以物理和化学作用而间接腐蚀。一些种类的藻可生在混凝土上造成小坑，使混凝土破坏。藻类大多数无光不能生长，因此钢管、铁管等内壁腐蚀认为不是藻类作用所致。
　　8.粘质物　藻类细胞成层成为粘质物，多数硅藻和绿藻及一些鞭毛藻也产生粘质物粘附在混凝土及其他物质的表面上，形成一层润滑层，非常难看，人走在上面困难。粘附在管子内壁暗处的一般不是藻类细胞，而是一般细菌。
　　二、藻类的防治
　　藻类防治有许多方法，每个地区都根据原水水质、水源和水厂环境及藻类的种类、数量采取对应的防治方法，获得了相应的效果，现把防治方法分别介绍
　　（一）物理方法
　　1.常处理　藻类防治用常规的混合一反应－沉淀－过滤方法，一般是有效的。据报道藻类经过沉淀处理，最好的可除掉50%甚至更多（80%或以上），但一般认为可能只有20－30%，还有的更少，这要根据地面水中有那种藻类，及投加药剂的种类和数量而定。以日本小雀净水场例，该场用的是斜板和脉冲沉淀池，去除的藻类是针杆藻和星杆藻。星杆藻去除效果接近90-100%，用瓶子试验，去除针杆藻为56%，实际运行去除效果为20-80%，还有低于10%的，平均为50%；根据目前国内运行情况，恐怕去除效率还要低一些。滤池去除有一定的效果，如果使用双层滤池效果更佳，小雀净水场滤池运行一般情况，过滤周期为72h，遇有藻类严重时期双层煤砂滤池缩短为20h，砂滤池只有5h不能应用。砂滤池通过滤层表层上铺2.5cm煤滤料，过滤周期可增加到15h左右，是双层滤池的70-100%。总之，滤池去除是水处理最后一道工序，一般认为去除到了藻类的70-85%，最高的到了95%，然不能全部去除掉。
　　2.微滤机去除　微滤机在国外已广泛应用。国内抚顺、武汉等地也在使用。国外有的水厂甚至用微滤机可以不必经过直接过滤。滤网孔国外能达到20um，孔数每平方英时16万个，加拿大的安大略州使用20um孔径的微滤机，在给水量相同的情况下，比不用微滤机的，混合沉淀能力可增加到二倍，反冲次数减少到四分之一，冲洗水量减少到一半，平均去除率可高达89.30%。英国进口的20um网径的微滤机，在某些使用去除率为70%。国内制造的滤网网孔每平方英时为7万个，效率约为60%左右（抚顺提供资料去除率达到75-90%，此数据偏大，可能是藻类品种不同关系缘故）。
　　3.气浮池去除　此种池子对除藻有很好的效果，国外使用很多，英国已作为取代沉淀池的一种构筑物。国内苏州建设了日产5万吨移动罩式气浮池、武汉设计了溶气释放气，昆明将原平流沉淀池改造成气浮池除藻。苏州认为使用后，含有大量的灰绿色纤维状藻类已被去除，武汉、昆明也认为使用很好。这种池子适于去除比重较轻的藻类群体，对低浊度、高色度水更为合适。但国内用此种池子，在溶气和释放气泡、上浮速率、沉碴的去除处理，均存在不少问题，待进一步解决，目前除藻效率不够稳定。有资料估计在70-80%之间。
　　4.遮蔽阳光　在予沉池中用活性碳散于水中，形成一层黑毯，使藻类失去生长的光合作用，但散发困难。也可在原水进入处理构筑物口或用投药设备投加。另外用一种合成橡胶织品浮在水面，这种织品与水接触不产生臭和味，但不易操作。
　　5.人工加泥、加石灰　在原水中投加混土，人工使浊度加大，由于矾花比重增加，沉淀加速，一般滤池过滤情况良好。投石灰也可得到同样效果。天津水厂85年去除藻类。曾投加泥土，得到较好效果，但浪费人工，只适宜于小水厂应用。
　　6.投加活性碳　一般投加粉末活性碳，在投硫酸铝前或与之同时投加，这样可生成易于沉淀的矾花，但使用活性碳造价高，一般短期使用。
　　7.不加混凝剂过滤　含有藻类比较清澄的原水，不加混凝剂反而除藻效果好。滤池滤料不过粗，硅藻与大部分藻类都会被除去，在原水浊度不高（5度以下）可长时间得到优质的滤后水。如果在较短的过滤周期内冲洗，则由于藻类同时被冲掉，所以认为是解决滤池堵塞最经济的办法。国外有水厂用此法，15年来滤过水常在1度以下，冲洗用水即使在长藻季节只多5%，藻类特别严重时，冲洗用水也不过增加10%。
　　8.分层取水　为了在藻类进入水处理构筑物前去掉，取水点若深，可采取分层取水办法，一般冬季取上层水，夏季取下层水，暴雨季节取中层水。设计规范原稿初步拟定，湖泊、水库水深大于10m时，取水口可考虑分层取水，其下缘距水底高度不小于1m，上缘淹没深度也不得小于1m，并建议取水口建在含藻量较低处，及不宜设在高藻季节主导风向的下游凹岸。
　　9.高梯度磁分离　以Fe3O4为磁种。磁分离器内填充数微米到数十微米的填充物，试验除藻效率可达99.5%，细菌70-90%，但在实用上，只能用于小型设备上。
　　10.猛烈电荷或超声波幅射去除　用此法使兰绿藻的气泡破裂，破坏细胞而去除。但对鱼和其他水生有机物不利。
　　（二）化学方法
　　1.大量投加硫酸铝　这种方法除藻，所用药剂一般比平时增加几倍，效果很好。有的水厂由于絮凝效果优越，可除掉藻类近90%。但也有的厂虽增加投药量，过滤池冲洗周期也没有延长。对于束丝藻和鱼肠藻等藻类，即使多投3-4倍的硫酸铝，也没有多少效果。应注意投铝盐过多，对人体健康不利。
　　2.硫酸铜处理　对于具有活性的生物和能以抑制和分解的生物是有效的。但在有硅藻的场合，则其处理结果因藻类种类不同各式各样，有的水厂堵塞滤池是有练藻，用硫酸铜和硫酸铝处理都有效，有的水厂即使投入1.4ppm硫酸铜也无济于事；有的水厂为黄群藻，投加硫酸铜杀死后，还会全部复活，有的水厂为裸藻，投加硫酸铜就只有50%以下的去除率。投药量一般认为1ppm为适宜。
　　3.投加铁盐混凝剂　铁盐形成的矾花重，对含有藻类的水有好处，有的水厂氯剂和硫酸铁一起使用，效果更好一些。
　　4.氯剂处理　前处理投加除藻有效，用量多会引起有害臭味，个别水厂投少量的氯，因水中藻类不同，也会出现臭味。投量多还会使三氯甲烷过多。
　　5.投加活性硅酸　有的水厂采用，可进一步增加除藻效率，增加过滤效果。
　　6.高锰酸钾等去除　采用高锰酸钾除藻有成功的实例。其他树脂胺、三嗪衍生物，硫酸铜和硝酸银混合物，季胺化合物、有机酸、乙醛和甲酮等也可使用，但应用范围不广。有资料称可用藻苷(Algiciden)杀藻，但价格高，也不常使用。
　　（三）生物处理、接触氧化法除藻
　　这种方法是把一批六角形的峰窝管（孔径10-20mm，高1000mm一段，一般为2-4段）垂直，使要处理的原水与新鲜空气，共同从底部向上通过峰窝管，在管子循环，管内壁渐渐形成生物膜，水连续通过时，新鲜生物膜不断形成，老化的生物膜也不断排出，同时水中的杂质被附着在峰窝管的生物膜吸附，分解和澄清，这样原水中的污染物大量的除去，水中藻类也得以很好的除去。此法对去除氨氮也特别有效果，在夏季1h的去除效果为100%，冬季4h后也可去除80%以上。
　　日本在铫子市应用，可使氨氮降低到0.02ppm，BOD降到2ppm，细菌和臭味全部除去，并发现藻类去除率高达70%。
　　日本茨城县霞浦水厂用此法也得到了很大的改善，他们通过试验原水中污染杂质除去率很高，藻类也得到很好的除去，球形的小形藻类易于除去（去除80-90%），丝状软的兰绿藻、颤藻和大形坚硬的斜状藻去除效果较差（去除约60%）。以后茨城县于1981年建成一座7200m3/d的此种生物处理设备，实践结果是，已经污染了水质又变成1965年时期的洁净水质，臭气消除，水质良好，药剂也有所减少，易于处理操作，味道也好，藻类去除率达75%。
　　三、水草对供水影响和防治
　　（一）水草对供水影响
　　水草与藻类不同，有着根，茎、叶，一般可分为露出水面的水草，漂浮在水面的水草及根埋在泥土中的水草。这些水草也像藻类一样，给水厂处理造成同样的难题（堵塞滤池、有色、臭味，根生水草还是致病生物的栖息场所），但水草也有一些用处，它给有益有机物停留，提供鱼类食物，产生溶解氧，水草还能及时暂贮存营养物质（如磷），免得不需要的大量藻类在上滋生。
　　（二）水草防治
　　防治水草可采用下列方法
　　1.清除水草　根据现实际情况可用人工铲除，甚至用除草机械除掉，有小的河道或池沼可以抽乾，水底如坚实，可直接用铲子铲掉，或晒乾数日除掉。
　　2.遮蔽方法　在水中加土造成水混使变为悬浮液体，不使太阳集中射入水中，以减少水草生物数量，也可以在水底加塑料薄膜覆盖，这样太阳照射受到遮蔽，以减少水草生长，或用人造橡胶做池子、河道等衬衫里，以防水草生长或防止水渗透。
　　3.生物控制　使用鱼类龙虾、蜗牛等生物，有效的控制水草成长，但须注意，要考虑在当地条件下是否适宜。
　　4.化学控制　使用除草剂。但目前须弄清，用其他方法是否已经都无济无事。国外在主管部门同意下，可使用敌草快(diguat)和endolholl。这两种除草剂已注册，对供水尤其是饮用水无害。这两种剂撒入水中7-10天即可起作用。国内尚不知道有此种性质的药剂。
　　（三）防治实例
　　天津水厂曾发生引水管道滋生水草影响水处理的问题。此水厂在引滦前曾用一段旧河道做为输水渠道，长约2公里，形成蓄水区，水草丛生，几年内每到秋末冬初时期上附大量丝状藻类（水棉藻）。这些藻类虽混凝处理，使部分沉淀，但仍有大部分随沉淀水进入滤池，聚集在滤床表层上，形成一层绒毯状覆盖物，极难冲洗干净，使水头损失加快，滤速减低，运行周期缩短。以后曾利用河泥投入，虽起了一些作用，但在大量供水的水厂用此法，工作量太大不能实现，应急办法还是要在被污染的滤池上考虑。办法是下列几种。
　　1.人工清除　滤池停水腾空，人下到滤池中，顺序地将留在滤池表层上面的藻团取出，此法可行，但耗费人工。
　　2.投氯处理　实验得知，用10mg/e氯剂处理，24h可以全部将水棉藻杀死，在实践应用此法，经30min后，发现大部分丝状体脱色并从泥团中脱离出来，反冲后可将大量藻体排出池外，但仍有较大的藻团不能排出。
　　3.化学气浮法　经观察，水棉藻在自然条件下，经光合作用产生气泡。随气铴的增多，藻团可以升至水面。经过研究，采用予先配制的20%工业硫酸和20%的硫酸钠，分别装入塑料容器。喷酒到有水弹藻的表面，5min后再迅速地将碳酸钠溶液喷布一遍，由于碳酸钠和碳酸作用，产生CO2气体附着在水藻上，使藻团膨松，泥涛和藻团分离，并同时浮上水面，再冲洗排出。药剂用量，每平方米砂面各为0.5kg。此种方法使用比较适宜。
　　水棉藻主要来源于渠道中的根生水草，为了根除，还需要从渠道上水草处理作起，一个是在渠道内加氯剂或硫酸铜杀灭，同时，要从河道环境卫生作起，水厂因系天津供水主要水厂不能停水，就得加强水源卫生，不准两岸居民乱泼乱倒，原有向渠道内排泄污水的下水道改道，不准向渠道内排泄，并几次突击清除渠道中水草，起到了清除的作用。

　　Ⅱ、地面水中沼贻贝对供水的影响和防治

　　一、沼贻贝对供水的影响
　　水生生物具类对供水有着影响。在国内沼贻贝就是一例。沼贻贝是一种软体生物生活在水中，整个外形似新月形，像一个倒置的小舟，从幼小形体到1-2cm体长，颜色为黄至黑色，生殖季节主要是暖变凉水温在10℃的时期，幼小沼贻贝生出后，在母体周围或构筑物上爬行，并可依靠内分泌的足丝附着其上，开始营固着生活，吞食水流中细小的单细胞生物。流动的水可以改善沼贻贝通气与饲养情况，且能不断清洗掉沼贻贝在生活过程中积累的大量需要清除的排泄物和积累在体上的淤泥。在幼小沼贻贝生长的同时，老龄的沼贻贝逐渐死亡，但牢固粘附着不动，因此使沼贻贝越积累越多，影响管内输水。
　　二、防治实例
　　天津水厂输水管道有着沼贻贝固着在管道内壁影响输水的问题，例如天津一水厂输水管道1450mm及1200mm直径，长2km，经过约二十年来输送原水，管子内壁即粘结着此种贝类，厚度一般为50-80mm，个别地方可达250mm，管道闸门也满积着沼贻贝，据测算，1450mm径管道内壁沼贻贝厚度平均以60mm计算，管子截面积减少15.7%，输水量减少31%。两条管道积累的沼贻贝竟有100余吨，都牢牢的粘附在管壁上。
　　沼贻贝除治的对策简介如下：
　　1.停水清除　在某个时期基本不影响输水供应的条件下，将一根管道停止输水，将管道分成几个工作段，工人进入管内用手工刮除，这方法天津用过，可以将管道内沼贻贝刮除乾净，但用工很多，也影响了用水。最大的缺点是刮除后沼贻贝重新发生，不能彻底清除。
　　2.窒息清除　沼贻贝只在管内正常生长繁殖，主要靠的是管内水的流动和水流带去的氧气和食物，尤其是在高温下更重要。一般在水温25℃时，如果管网被封闭，沼贻贝一周会大部死亡，10天全部死亡。在水温20℃时，一周未见死亡，18天后全部死亡。因此在有可能时，可考虑用此法比较省事。但在大城市或用水短缺的城市，使用此法恐无条件。
　　3.氯剂防治　根据实验，在低温(10-12℃)中，投加5ppm氯剂量，在管内保持20-25天，沼贻贝虽流动受到抑制，但如果再放到正常水中，仍然恢复活动，并能重新固着。在低温时，氯剂投加30ppm，处理时间1-2h，也无效果。初生稚贝抗药性差，但在低温时，加大氯剂到30ppm杀贝，效果也不大。
　　高温25℃-27℃时，氯剂保持2-5ppm的条件下，维持3-7天可杀死全部沼贻贝。原因是在高温时，沼贻贝新陈代谢旺盛，很快地把沼贻贝壳体内氧气耗尽，贝壳被迫张开被氯毒杀死。此方法在供水上防治沼贻贝认为适宜。国内水厂有采用的反应很好。

　　Ⅲ、结语

　　1.地面水中水生物水草与藻有着干扰水处理操作、堵塞滤池、产生色、臭、味的情况，一些藻类有毒，更影响着人体健康。沼贻贝影响管道输水。因此这些水生生物尤其是藻类的防治，越来越为给水界所注意。
　　2.沼贻贝、水草影响供水，不容忽视。藻类种类繁多，形状大小，特性不同，在水中数量也不等，目前处理办法也不一致。因之收效也不尽相同。认为在确定处理方案前，要弄明白藻类存在情况，原水条件、处理途径，必要时通过实验，得出比较妥实的处理办法。
　　3.目前处理水生生物，尤其是除藻还没有找出百分之百的去除办法，除努力在这方面加强研究外，认为更应当在水源中去除和防治，以减轻供水处理的压力，而节约经费，保证供水的数量和质量。
　　4.地面水中还有其他水生生物及有机物等，应当在考虑上述水生生物时一并考虑。
　　5.本文章参照一些国内外资料及部分国内实际运行经验，其中有一部分天津地区经验写成的。