論文作者：彭海清1，譚章榮2，高乃云1，孟長(zhǎng)再3
摘要：原水中的藻類(lèi)會(huì)產(chǎn)生異臭、異味，影響凈水廠出水水質(zhì)。針對(duì)這些問(wèn)題，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外一些除藻方法和經(jīng)驗(yàn)，并介紹了部分工程實(shí)例。
關(guān)鍵詞：除藻 氧化 澄清 氣浮
1 混凝除藻
投加硫酸鋁作為混凝劑可同時(shí)去除濁度和藻類(lèi)，出水中藻類(lèi)數(shù)量＜1000個(gè)/mL時(shí)所需混凝劑量遠(yuǎn)大于濁度＜3 NTU時(shí)所需的量。原因是粘土類(lèi)膠體在ζ電位=-5 mV時(shí)即可完全脫穩(wěn)，而藻類(lèi)必須在ζ電位=0時(shí)才能脫穩(wěn)。若同時(shí)投加聚丙烯酰胺或陽(yáng)離子型助凝劑則可減少硫酸鋁用量。
采用混凝法除藻時(shí)應(yīng)根據(jù)藻的種類(lèi)選擇藥劑。去除硅藻時(shí)可單獨(dú)投加硫酸鋁，例如番禺市沙彎水廠在硅藻高繁殖期的投鋁量從平時(shí)的1.2 mg/L增加到3.0 mg/L，可使出水的濁度降至1～2 NTU以減少進(jìn)入濾池的藻類(lèi)數(shù)量。去除綠藻一般需要預(yù)氧化，預(yù)加氯時(shí)其去除率約為95%～98%，無(wú)預(yù)氯化時(shí)其平均去除率為85%(如果考慮到預(yù)加氯會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷，也可以用其他氧化劑)。藍(lán)、綠藻會(huì)產(chǎn)生臭味，甚至含有毒素，并且會(huì)分泌黏液造成配水管網(wǎng)中出現(xiàn)后絮凝現(xiàn)象，此種分泌物又可能轉(zhuǎn)化為三鹵甲烷母體，因此是水處理中較難去 除的藻類(lèi)，也是多數(shù)富營(yíng)養(yǎng)化水體中主要生長(zhǎng)的藻類(lèi)，它對(duì)混凝劑投量的調(diào)整極為敏感。
另外，藻類(lèi)代謝產(chǎn)生的有機(jī)物對(duì)絮凝和過(guò)濾也有影響，其原因是該有機(jī)物中的酸性物質(zhì)與混凝劑(鐵鹽或鋁鹽)的水解產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成的表面絡(luò)合物附著在絮體顆粒表面，阻礙了顆粒相互碰撞，因此必須增加混凝劑的投量，補(bǔ)償由于表面絡(luò)合物的形成對(duì)顆粒脫穩(wěn)和絮凝造成的影響［1］。
2 直接過(guò)濾除藻
直接過(guò)濾不適宜處理含藻量極高的水，這時(shí)應(yīng)在過(guò)濾池前增加或澄清池，但這樣還可能出現(xiàn)濾池出水含藻量＞1000 個(gè)/mL的情況，需要進(jìn)一步處理。
沉淀或澄清構(gòu)筑物的類(lèi)型很多，可除藻率卻不相同。例如用靜沉池處理泰晤士河水時(shí)，平均除藻率為59%，可是它處理衣阿華河水時(shí)，除藻率為37%(硫酸鋁混凝)～97%(石灰軟化)。應(yīng)用澄清池處理波蘭河水時(shí)，平均除藻率為85%～86%(無(wú)預(yù)氯化)、95%～97%(預(yù)氯化)，并且浮游動(dòng)物量也相應(yīng)下降93%～96%(無(wú)預(yù)氯化)和99%(預(yù)氯化)，因此澄清池的處理效果優(yōu)于靜沉池。
直接過(guò)濾適用于原水中藻類(lèi)和懸浮物數(shù)量較少的情況，該工藝的關(guān)鍵是濾速的大小。采用均質(zhì)砂濾池或雙層濾料濾池進(jìn)行直接過(guò)濾的工藝，藻類(lèi)去除率約為15%～75%。若進(jìn)行預(yù)氯化并在投加混凝劑后采用白煤—砂雙層濾料濾池直接過(guò)濾(濾速＜3 m/h)，則藻類(lèi)的最優(yōu)去除率約為95%。但是當(dāng)原水中藻量＞1000個(gè)/mL、白煤粒徑為0.9 mm或藻類(lèi)數(shù)量＞2500個(gè)/mL、白煤粒徑為1.5 mm時(shí)，過(guò)濾周期明顯縮短。
昆明五水廠原水藻類(lèi)數(shù)量平均為30 500個(gè)/mL，采用微絮凝直接過(guò)濾法除藻(雙層濾料：陶粒粒徑為2.0～2.5 mm、高為700 mm，石英砂粒徑為0.6～1.2 m m、高為500 mm，濾速為6～10 m/h)，其去除率平均為96.4%。
將馬德里的西班牙河水作為原水進(jìn)行的半生產(chǎn)性試驗(yàn)也得出了類(lèi)似的結(jié)果。雙層濾料濾池的藻類(lèi)去除率為63%～98%,其中以同時(shí)投加10 mg/L的硫酸鋁和0.5 mg/L的活化硅酸時(shí)效果最好，但因原水中藻類(lèi)數(shù)量＞2500個(gè)/mL，致使濾池的工作周期僅為6 h。
3 沉淀或過(guò)濾除藻
向反應(yīng)中投加粉末活性炭(PAC)作為助凝劑(可有效去除泥土氣味)，可以強(qiáng)化反應(yīng)、沉淀效果，特別是在藻類(lèi)大量繁殖的季節(jié)此法可作為應(yīng)急措施。1995年5月，美國(guó)芝加哥的 供水部門(mén)在夏季到來(lái)之前就開(kāi)始投加PAC(投量約為2.4 mg/L)；當(dāng)水中出現(xiàn)甲基—異冰片(MIB)時(shí)(7月中旬)，將PAC的投量逐漸增加到11 mg/L；夏季過(guò)后，PAC的投加量隨MIB濃度的減小而減少，當(dāng)PAC的投量減到1.2 mg/L時(shí)再持續(xù)投加1個(gè)月，在此期間若MIB濃度降到5μg/L 則可停止投加PAC。
日本的高橋和孝等人對(duì)以水庫(kù)水為水源的某水廠(采用常規(guī)處理工藝)全年的進(jìn)、出水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出藍(lán)藻6月—10月數(shù)量多、硅藻9月—轉(zhuǎn)年4月數(shù)量多。同時(shí)證明，只要藻類(lèi)的數(shù)量不太多，常規(guī)處理對(duì)藻類(lèi)具有較好的去除性能［2］。
美國(guó)的Pakmer教授研究了水中藻類(lèi)對(duì)過(guò)濾效果的影響：當(dāng)藻類(lèi)數(shù)量＜500個(gè)/mL時(shí)，不會(huì)引起濾池堵塞；當(dāng)藻類(lèi)數(shù)量為500～1000個(gè)/mL時(shí)，濾池有稍許堵塞；當(dāng)藻類(lèi)數(shù)量為1000～2000個(gè)/mL時(shí)，有明顯堵塞現(xiàn)象；當(dāng)藻類(lèi)數(shù)量＞2000個(gè)/mL時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞。
上海市月浦水廠自陳行水庫(kù)取水，從每年的3月下旬開(kāi)始，庫(kù)中水溫上層高、下層低，藻類(lèi)繁殖很快，進(jìn)入水廠的藻類(lèi)難以沉淀，造成濾池堵塞(過(guò)濾周期僅為2～3 h)。該廠采取的措施：一是減少原水在水庫(kù)中的停留時(shí)間，提高水庫(kù)的換水率，使水中雜質(zhì)來(lái)不及沉淀(保持渾濁狀態(tài))而陽(yáng)光難以射入，從而導(dǎo)致藻類(lèi)的光合作用困難；二是采用藥劑控制(向水庫(kù)水中投加漂白粉)。
4 慢濾池、生物濾池除藻
瑞典的斯德哥爾摩水廠將快濾池的出水再經(jīng)慢濾池處理(慢濾池過(guò)濾面積為500～2400m2，濾速僅為快濾池的1/30，砂層厚度為1m)，以去除水中殘留的微小藻類(lèi)。
以色列以麥桿作為過(guò)濾材料，在體積1m3的PVC池中裝入50 kg麥桿進(jìn)行過(guò)濾，可去除75%的藻類(lèi)。
生物濾池工藝是生物除藻的一種，主要是利用生物膜上的微生物對(duì)藻類(lèi)的絮凝、吸附作用，使其被沉降、氧化或被原生動(dòng)物吞噬。
5 預(yù)氧化除藻
對(duì)于某些藻類(lèi)(例如綠藻)可以用氯、臭氧、高錳酸鉀或二氧化氯等氧化劑進(jìn)行預(yù)氧化，以提高去除效果。有一些藻類(lèi)在預(yù)加氯后常會(huì)產(chǎn)生臭味，這時(shí)應(yīng)加過(guò)量的氯，使之產(chǎn)生游離態(tài)的余氯，隨后再根據(jù)水質(zhì)要求進(jìn)行脫氯。
利用高錳酸鉀除藻也有較好的效果，對(duì)堿性水的除藻效果優(yōu)于中性或酸性水。一般高錳酸鉀投加量為1～3 mg/L、接觸時(shí)間≥1～2 h，但也有投加量為10 mg/L、接觸時(shí)間為10～15 min的特殊情況(為了延長(zhǎng)接觸時(shí)間，可在引水管中投藥)。如果預(yù)氧化過(guò)程中高錳酸鉀投量過(guò)多，可能會(huì)穿透濾池而進(jìn)入配水管網(wǎng)，出現(xiàn)“黑水”現(xiàn)象，而且出水的含錳量增加，有可能不符合生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)剩的高錳酸鉀可在中去除，只要淡紅色已在池內(nèi)消失，高錳酸鉀就不會(huì)進(jìn)入濾池。有些水廠采用直接過(guò)濾工藝(不經(jīng)過(guò)混凝、沉淀)，則需專(zhuān)門(mén)的檢測(cè)設(shè)備，以防止多余的高錳酸鉀穿透濾池而進(jìn)入配水管網(wǎng)。有時(shí)也可投加粉末活性炭去除過(guò)剩的高錳酸鉀，其投加點(diǎn)應(yīng)在高錳酸鉀氧化反應(yīng)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濾池而進(jìn)入配水管網(wǎng)，宜在濾速上加以控制。
臭氧是唯一不增加處理水中總固體的有效氧化劑，投加量為0.5～5 mg/L。由于該法所需資和運(yùn)行費(fèi)用較高，在國(guó)內(nèi)還很少應(yīng)用。
臭氧和活性炭聯(lián)合除藻已受到人們的重視。日本福間町水廠原水取自某水庫(kù)，該水庫(kù)庫(kù)容較小、深度較淺，因此藻類(lèi)容易繁殖(有時(shí)有異味)。該水廠僅在水庫(kù)水位低、藻類(lèi)多、氣味大時(shí)增用臭氧—活性炭處理設(shè)備，使藻類(lèi)得到控制。
北京田村山水廠水源取自懷柔、密云和官?gòu)d水庫(kù)，藻類(lèi)繁殖高峰期經(jīng)常規(guī)處理后的出水達(dá)不到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)增加了臭氧—活性炭深度處理后，取得了滿意的效果。
美國(guó)許多水廠附近設(shè)有調(diào)節(jié)水庫(kù)，庫(kù)中藻類(lèi)數(shù)量較多，常采用三種方法除藻：①當(dāng)藻類(lèi)數(shù)量較多時(shí)，每天由專(zhuān)門(mén)人員向水庫(kù)中投加硫酸銅溶液，投加量一般為0.5～0.7 mg/L；②當(dāng)藻類(lèi)數(shù)量居中等時(shí)，在原水中投加高錳酸鉀；③當(dāng)藻類(lèi)數(shù)量較少時(shí)，采用預(yù)氯化去除。近年來(lái)，人們認(rèn)為二氧化氯可以作為一種有效的除藻劑。其除藻機(jī)理是藻類(lèi)葉綠素中的吡咯環(huán)與苯環(huán)非常類(lèi)似，二氧化氯對(duì)苯環(huán)具有一定的親和性，能使苯環(huán)發(fā)生變化而無(wú)臭無(wú)味。二氧化氯也同樣能作用于吡咯環(huán)，氧化葉綠素，致使藻類(lèi)因新陳代謝終止且合成蛋白質(zhì)中斷而死亡。二氧化氯與藻類(lèi)的反應(yīng)速度極快，能夠有效地控制霉味和魚(yú)腥味等。二氧化氯目前在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，它和臭氧一樣需就地生產(chǎn)。國(guó)外有穩(wěn)定的液態(tài)二氧化氯供應(yīng)站，但是價(jià)格昂貴。
6 除藻
近年來(lái)溶氣法除藻得到了廣泛應(yīng)用，此法在固液分離速度(5～8 m/h)、污泥濃度及節(jié)約藥耗等方面都有比較滿意的效果。法除藻優(yōu)于澄清法之處主要是：①當(dāng)原水中藻類(lèi)的數(shù)量為(3～5)×104個(gè)/mL時(shí)，池和澄清池出水中藻類(lèi)數(shù)量均為1000 ～1200個(gè)/mL，但法可節(jié)約混凝劑20%～40%；②池污泥干固體濃度為25～30g/L，澄清池的干固體濃度僅為池的1/10，因此在污泥處理時(shí)法可省去污泥濃縮階段，減少了處理設(shè)備的投資；③工藝比較節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，但要求原水的懸浮固體含量不高，并且設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)檢修。我國(guó)昆明、武漢和無(wú)錫等地的水廠采用了池，可同時(shí)達(dá)到澄清和除藻的目的。
7 微濾機(jī)法
采用網(wǎng)眼孔徑為10～45μm(多數(shù)為35 μm)的微濾機(jī)，除藻率約為50%～70%，但濁度只能減少5%～20%。采用孔徑為25～35μm的布篩處理開(kāi)羅的尼羅河水時(shí)，藻類(lèi)平均去除率為40%；處理巴黎塞納河水時(shí)為55%，處理湖泊和蓄水庫(kù)水時(shí)為50%～65%。德國(guó)的Slipplingen水廠在向原水中投藥之前用微濾機(jī)去除原水中大部分藻類(lèi)等顆粒物。
微濾機(jī)對(duì)藻類(lèi)的去除率隨藻的種類(lèi)不同而有很大區(qū)別，越細(xì)小的藻類(lèi)越難去除，有時(shí)僅去除10%，可是這種藻類(lèi)所消耗的混凝劑量最大。又因微濾機(jī)所能去除的濁度不多，所以應(yīng)用微濾機(jī)幾乎不可能降低混凝劑投量。
在某些特殊情況下，例如需要去除浮游動(dòng)物(蠕蟲(chóng)、甲殼動(dòng)物等)時(shí)，可選用微濾機(jī)除藻。
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