水厂除藻技术的研究进展

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随着工农业的快速发展，大量污染物排入水体，造成水资源的严重污染。2016年5月20日，环境保护部发布的《中国环境通报》指出，中国地表水污染形势依然严峻:七大流域、浙江和福建的河流、西北的河流、西南的河流、太湖、滇池和巢湖仍存在不同程度的污染问题。蓝藻水华是最常见的淡水水华之一，也是最严重的一种。在过去的二十年里，世界上越来越多的湖泊和河流面临着蓝藻水华的问题(如图1所示)，其爆发和增长的原因可以归纳如下:

(1)当磷盐浓度低于0.2毫克/升时，磷浓度的增加可以促进蓝藻水华中的优势藻——微囊藻的生长，使水中的蓝藻成为优势藻种；

(2)大多数蓝藻细胞的最佳生长温度高于绿藻和硅藻。据报道，蓝细菌细胞在高于25℃的温度下生长最快；

(3)蓝藻细胞具有藻胆蛋白，可以利用橙色、黄色和绿色波段的光，因此蓝藻细胞比其他藻类具有更宽的光吸收带；

(4)许多蓝藻细胞都有气囊，可以使其悬浮在水中并垂直迁移，这也有利于蓝藻细胞与其他藻类争夺光和营养；

(5)蓝藻可以通过二元分裂形成一组含有大量细胞的橡胶鞘，使浮游动物难以进食，具有较强的生长竞争优势；

(6)蓝细菌细胞可以通过分泌其他敏感物质和产生毒素来抑制其他藻类物种的生长。

图1不同水环境中有害蓝藻水华

中国太湖(微囊藻)；美国加拿大伊利湖(微囊藻)；危地马拉的阿特兰湖；芬兰波罗的海湾(节旋藻、鱼腥藻、微囊藻)；中国滇池(酸浆)；美国北卡罗莱纳州的纽塞河口(微囊藻)

上海青草沙水库是一座具有代表性的大型人工水库，对保证上海市供水的数量和质量起着重要作用。根据《青草沙水库水质变化及藻类演替规律初步研究》(2009年5月-2010年6月)和《青草沙水库水质监测报告》(2010年12月-2011年2月)，青草沙水库在建设和运行期间，水体中氮、磷含量已达到富营养化水平，水库已具备藻类爆发所需的营养条件。

蓝细菌在生长过程中可以利用水中的氮、磷等营养物质和其他微量元素在细胞中合成有机物质。有些有机物，如臭味物质和藻毒素，会因藻类细胞的新陈代谢或破坏而释放到水中，这不仅会影响水的感官特性，还会对饮用水的水质安全产生不利影响；此外，藻类细胞在光合作用过程中会产生大量的oh-，这导致水的ph值显著增加。

1蓝藻水华对水处理的影响

1.1干扰混凝沉淀过程

藻类细胞带负电荷，具有高稳定性，这使得它难以凝结。同时，藻类代谢物在混凝过程中会与混凝剂的水解产物发生反应，形成复合物，附着在絮体颗粒表面，阻碍颗粒间的有效碰撞和聚集。因此，有必要增加混凝剂的用量，以补偿这些复合物对颗粒不稳定和絮凝的影响。同时，蓝藻水华时，水体ph值偏高，减少了可选择的混凝剂种类，降低了铝盐、铁盐等混凝剂水解产物的电荷，不利于藻细胞和絮体颗粒的失稳，严重影响混凝效果。此外，由于藻类细胞密度低、絮体结构松散、强度低、沉降性差，出水仍可能存在大量藻类细胞，增加了水处理的难度。特别是细胞内有气囊的藻类，如铜绿微囊藻，不仅藻细胞密度较小，而且浮力较大，不易在水中沉淀。此外，据报道，藻类光合作用产生的氧气将在絮状物中形成气泡，这将进一步降低沉积速率。

1.2缩短过滤器运行周期

由于常规的混凝沉淀工艺不能有效去除水中的藻类，出水的藻类会进入后续的过滤器，附着在滤料表面，导致滤料结块、堵塞甚至穿透过滤器，水质恶化，大大缩短了过滤器的运行周期，增加了反冲洗的频率、强度和水量，附着藻类的滤料不易清洗干净，增加了生产成本，导致实际产水量下降。据报道，当水中微小蓝细菌细胞在所有藻类中的比例从10%~50%增加到85%~100%时，更多的蓝细菌细胞将穿透过滤器并进入管网。这一结果表明，与其他藻类相比，微囊藻等微小蓝藻细胞对水处理过程的影响更为严重。

1.3工艺结构的破坏

水中的藻类会附着并生长在钢筋混凝土结构表面，通过物理、化学和生物作用加速混凝土的腐蚀，从而破坏管道，使结构表面老化粗糙。据报道，这种腐蚀是由有机酸的产生或电化学电池的形成引起的。腐蚀的结构更可能被藻类附着和生长，这增加了清洁结构表面的难度和所需消毒剂的量，导致生产成本增加。

1.4影响消毒过程的消毒副产物

在高藻水中，藻类和水中的代谢物，包括碳水化合物、蛋白质和氨基酸，是dbps的主要前体，具有高dbps生成潜力，在消毒过程中会导致dbps的形成。此外，aom(藻类有机物)富含有机氮，在氯化过程中比nom(天然有机物，如腐殖酸)产生更多的n-DBP。与c-dbps相比，AOM具有更高的毒性和致癌性，严重威胁饮用水安全。

2水厂强化除藻技术

常规的混凝-沉淀工艺去除藻细胞的效率并不理想，强化混凝是一种在水处理常规混凝过程中采取一定的技术措施提高除藻效果的化学方法，按其作用机理，可主要分为混凝剂强化法和预氧化法。强化混凝除藻不改变水厂原有的工艺流程，并且不需要增加构筑物和大型设备。另外，由于藻类密度较小，一般接近于水的密度，其形成的絮体一般不易沉淀，传统的混凝沉淀法很难达到较好的藻去除效果，因此，近年来气浮除藻的方法受到了广泛的关注。超声除藻由于技术简便可靠，且效果显著，正成为一种新的发展方向。电化学法除藻兼顾了混凝剂投加和絮体的去除，不仅可以有效去除藻类，对水中其它杂质也有一定的去除能力。此外，高级氧化法除藻也因为优秀的除藻能力且反应条件要求低而受到国内外学者的关注。