给水处理中藻类的去除

彭海清1，谭章荣2，高乃云1，孟长再3
( 1.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092；
2.镇江自来水公司，江苏镇江212001；3. 内蒙古工业大学建筑工程系，内蒙古呼和浩特014000)

　　摘　要： 原水中的藻类会产生异臭、异味，影响净水厂出水水质。针对这些问题，总结了国内外一些除藻方法和经验，并介绍了部分工程实例。?
　　关键词：净水厂；除藻；氧化；澄清；气浮?
　　中图分类号：TU991.27
　　文献标识码：B
　　文章编号：1000-4602(2002)02-0029-03

1　混凝除藻

　　投加硫酸铝作为混凝剂可同时去除浊度和藻类，出水中藻类数量＜1000个/mL时所需混凝剂量远大于浊度＜3 NTU时所需的量。原因是粘土类胶体在ζ电位=-5 mV时即可完全脱稳，而藻类必须在ζ电位=0时才能脱稳。若同时投加聚丙烯酰胺或阳离子型助凝剂则可减少硫酸铝用量。?
　　采用混凝法除藻时应根据藻的种类选择药剂。去除硅藻时可单独投加硫酸铝，例如番禺市沙弯水厂在硅藻高繁殖期的投铝量从平时的1.2 mg/L增加到3.0 mg/L，可使沉淀池出水的浊度降至1～2 NTU以减少进入滤池的藻类数量。去除绿藻一般需要预氧化，预加氯时其去除率约为95%～98%，无预氯化时其平均去除率为85%(如果考虑到预加氯会产生三卤甲烷，也可以用其他氧化剂)。蓝、绿藻会产生臭味，甚至含有毒素，并且会分泌黏液造成配水管网中出现后絮凝现象，此种分泌物又可能转化为三卤甲烷母体，因此是水处理中较难去 除的藻类，也是多数富营养化水体中主要生长的藻类，它对混凝剂投量的调整极为敏感。
　　另外，藻类代谢产生的有机物对絮凝和过滤也有影响，其原因是该有机物中的酸性物质与混凝剂(铁盐或铝盐)的水解产物发生反应，生成的表面络合物附着在絮体颗粒表面，阻碍了颗粒相互碰撞，因此必须增加混凝剂的投量，补偿由于表面络合物的形成对颗粒脱稳和絮凝造成的影响^［1］。?

2　直接过滤除藻

　　直接过滤不适宜处理含藻量极高的水，这时应在过滤池前增加沉淀池或澄清池，但这样还可能出现滤池出水含藻量＞1000 个/mL的情况，需要进一步处理。?
　　沉淀或澄清构筑物的类型很多，可除藻率却不相同。例如用静沉池处理泰晤士河水时，平均除藻率为59%，可是它处理衣阿华河水时，除藻率为37%(硫酸铝混凝)～97%(石灰软化)。应用澄清池处理波兰河水时，平均除藻率为85%～86%(无预氯化)、95%～97%(预氯化)，并且浮游动物量也相应下降93%～96%(无预氯化)和99%(预氯化)，因此澄清池的处理效果优于静沉池。
　　直接过滤适用于原水中藻类和悬浮物数量较少的情况，该工艺的关键是滤速的大小。采用均质砂滤池或双层滤料滤池进行直接过滤的工艺，藻类去除率约为15%～75%。若进行预氯化并在投加混凝剂后采用白煤—砂双层滤料滤池直接过滤(滤速＜3 m/h)，则藻类的最优去除率约为95%。但是当原水中藻量＞1000个/mL、白煤粒径为0.9 mm或藻类数量＞2500个/mL、白煤粒径为1.5 mm时，过滤周期明显缩短。
　　昆明五水厂原水藻类数量平均为30 500个/mL，采用微絮凝直接过滤法除藻(双层滤料：陶粒粒径为2.0～2.5 mm、高为700 mm，石英砂粒径为0.6～1.2 m m、高为500 mm，滤速为6～10 m/h)，其去除率平均为96.4%。
　　将马德里的西班牙河水作为原水进行的半生产性试验也得出了类似的结果。双层滤料滤池的藻类去除率为63%～98%,其中以同时投加10 mg/L的硫酸铝和0.5 mg/L的活化硅酸时效果最好，但因原水中藻类数量＞2500个/mL，致使滤池的工作周期仅为6 h。?

3　　沉淀或过滤除藻

　　向反应沉淀池中投加粉末活性炭(PAC)作为助凝剂(可有效去除泥土气味)，可以强化反应、沉淀效果，特别是在藻类大量繁殖的季节此法可作为应急措施。1995年5月，美国芝加哥的 供水部门在夏季到来之前就开始投加PAC(投量约为2.4 mg/L)；当水中出现甲基—异冰片(MIB)时(7月中旬)，将PAC的投量逐渐增加到11 mg/L；夏季过后，PAC的投加量随MIB浓度的减小而减少，当PAC的投量减到1.2 mg/L时再持续投加1个月，在此期间若MIB浓度降到5μg/L 则可停止投加PAC。
　　日本的高桥和孝等人对以水库水为水源的某水厂(采用常规处理工艺)全年的进、出水进行监测，得出蓝藻6月—10月数量多、硅藻9月—转年4月数量多。同时证明，只要藻类的数量不太多，常规处理对藻类具有较好的去除性能^［2］。?
　　美国的Pakmer教授研究了水中藻类对过滤效果的影响：当藻类数量＜500个/mL时，不会引起滤池堵塞；当藻类数量为500～1000个/mL时，滤池有稍许堵塞；当藻类数量为1000～2000个/mL时，有明显堵塞现象；当藻类数量＞2000个/mL时，会出现严重堵塞。
　　上海市月浦水厂自陈行水库取水，从每年的3月下旬开始，库中水温上层高、下层低，藻类繁殖很快，进入水厂的藻类难以沉淀，造成滤池堵塞(过滤周期仅为2～3 h)。该厂采取的措施：一是减少原水在水库中的停留时间，提高水库的换水率，使水中杂质来不及沉淀(保持浑浊状态)而阳光难以射入，从而导致藻类的光合作用困难；二是采用药剂控制(向水库水中投加漂白粉)。?

4　慢滤池、生物滤池除藻

　　瑞典的斯德哥尔摩水厂将快滤池的出水再经慢滤池处理(慢滤池过滤面积为500～2400m²，滤速仅为快滤池的1/30，砂层厚度为1m)，以去除水中残留的微小藻类。
　　以色列以麦杆作为过滤材料，在体积1m³的PVC池中装入50 kg麦杆进行过滤，可去除75%的藻类。?
　　生物滤池工艺是生物除藻的一种，主要是利用生物膜上的微生物对藻类的絮凝、吸附作用，使其被沉降、氧化或被原生动物吞噬。

5　预氧化除藻

　　对于某些藻类(例如绿藻)可以用氯、臭氧、高锰酸钾或二氧化氯等氧化剂进行预氧化，以提高去除效果。有一些藻类在预加氯后常会产生臭味，这时应加过量的氯，使之产生游离态的余氯，随后再根据水质要求进行脱氯。?
　　利用高锰酸钾除藻也有较好的效果，对碱性水的除藻效果优于中性或酸性水。一般高锰酸钾投加量为1～3 mg/L、接触时间≥1～2 h，但也有投加量为10 mg/L、接触时间为10～15 min的特殊情况(为了延长接触时间，可在引水管中投药)。如果预氧化过程中高锰酸钾投量过多，可能会穿透滤池而进入配水管网，出现“黑水”现象，而且出水的含锰量增加，有可能不符合生活饮用水水质标准。过剩的高锰酸钾可在沉淀池中去除，只要淡红色已在池内消失，高锰酸钾就不会进入滤池。有些水厂采用直接过滤工艺(不经过混凝、沉淀)，则需专门的检测设备，以防止多余的高锰酸钾穿透滤池而进入配水管网。有时也可投加粉末活性炭去除过剩的高锰酸钾，其投加点应在高锰酸钾氧化反应完成以后，以免相互作用而降低除藻效果，但是粉末活性炭也可能穿透滤池而进入配水管网，宜在滤速上加以控制。
　　臭氧是唯一不增加处理水中总固体的有效氧化剂，投加量为0.5～5 mg/L。由于该法所需资和运行费用较高，在国内还很少应用。?
　　臭氧和活性炭联合除藻已受到人们的重视。日本福间町水厂原水取自某水库，该水库库容较小、深度较浅，因此藻类容易繁殖(有时有异味)。该水厂仅在水库水位低、藻类多、气味大时增用臭氧—活性炭处理设备，使藻类得到控制。?
　　北京田村山水厂水源取自怀柔、密云和官厅水库，藻类繁殖高峰期经常规处理后的出水达不到饮用水标准，当增加了臭氧—活性炭深度处理后，取得了满意的效果。?
　　美国许多水厂附近设有调节水库，库中藻类数量较多，常采用三种方法除藻：①当藻类数量较多时，每天由专门人员向水库中投加硫酸铜溶液，投加量一般为0.5～0.7 mg/L；②当藻类数量居中等时，在原水中投加高锰酸钾；③当藻类数量较少时，采用预氯化去除。近年来，人们认为二氧化氯可以作为一种有效的除藻剂。其除藻机理是藻类叶绿素中的吡咯环与苯环非常类似，二氧化氯对苯环具有一定的亲和性，能使苯环发生变化而无臭无味。二氧化氯也同样能作用于吡咯环，氧化叶绿素，致使藻类因新陈代谢终止且合成蛋白质中断而死亡。二氧化氯与藻类的反应速度极快，能够有效地控制霉味和鱼腥味等。二氧化氯目前在国内并没有得到广泛应用，它和臭氧一样需就地生产。国外有稳定的液态二氧化氯供应站，但是价格昂贵。

6　气浮除藻

　　近年来溶气气浮法除藻得到了广泛应用，此法在固液分离速度(5～8 m/h)、污泥浓度及节约药耗等方面都有比较满意的效果。气浮法除藻优于澄清法之处主要是：①当原水中藻类的数量为(3～5)×10⁴个/mL时，气浮池和澄清池出水中藻类数量均为1000 ～1200个/mL，但气浮法可节约混凝剂20%～40%；②气浮池污泥干固体浓度为25～30g/L，澄清池的干固体浓度仅为气浮池的1/10，因此在污泥处理时气浮法可省去污泥浓缩阶段，减少了处理设备的投资；③气浮工艺比较节约运行费用，但要求原水的悬浮固体含量不高，并且设备发生故障时能及时检修。我国昆明、武汉和无锡等地的水厂采用了气浮池，可同时达到澄清和除藻的目的。?

7　微滤机法

　　采用网眼孔径为10～45μm(多数为35 μm)的微滤机，除藻率约为50%～70%，但浊度只能减少5%～20%。采用孔径为25～35μm的布筛处理开罗的尼罗河水时，藻类平均去除率为40%；处理巴黎塞纳河水时为55%，处理湖泊和蓄水库水时为50%～65%。德国的Slipplingen水厂在向原水中投药之前用微滤机去除原水中大部分藻类等颗粒物。
　　微滤机对藻类的去除率随藻的种类不同而有很大区别，越细小的藻类越难去除，有时仅去除10%，可是这种藻类所消耗的混凝剂量最大。又因微滤机所能去除的浊度不多，所以应用微滤机几乎不可能降低混凝剂投量。
　　在某些特殊情况下，例如需要去除浮游动物(蠕虫、甲壳动物等)时，可选用微滤机除藻。

参考文献：

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　　［2］高桥和孝，谷中正直，国包章一.净水处理における藻类数と浊度及 ぴ微粒子数的关系［A］.第51回全国水道 研究发表会讲演集［C］.日本水道协会，2000.96-97.
　　［3］乐林生，周云，唐意祥，等.上海市长江水源净水厂的优化处理工艺研究［J］.中国给水排水，2000，16(6)：13-16.　　　［4］菅原繁，黑川真弓，胡建英，等.カオリン人工浊水の凝集沈氵殿に与える藻类由来有机物质の分子量の影响［J］.水道协会杂志，1997，66(8)：9-18.
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　　收稿日期：2001-08-12