自来水厂生产中除藻技术的应用及改进
摘 要:以地表水为水源的自来水厂，原水藻类的去处是个极其复杂的课题。某水厂通过对不同除藻防藻技术的实际应用及效果比较，最终形成了生物（鲢鱼）控藻 + 活性炭吸附 + 强化常规工艺除藻的联合除藻措施，收到了较好的除藻效果。
关键词:除藻技术;自来水厂;原水
1 引言
某水厂于1995年建成投产，以黄河三门峡库区水作为供水水源。其主要处理工艺为：预沉→预加氯→混凝→沉淀→过滤→消毒，是地表水处理的常规工艺流程。随着该水厂的投产供水，市区居民对自来水存在腥味等口感问题的反映也越来越强烈。通过对该水厂各个水质监测点的跟踪监测，可发现其水体腥味随着该厂调蓄池藻类数量的变化而呈现周期性的变化，是由于调蓄池内藻类的大量滋生引起的。
2 藻类产生的原因
随着工农业生产的飞速发展，黄河流域废、污水的排放量也急剧增加，加之天然来水量逐年减少，从而使黄河的污染日趋严重。由于水体营养盐的大量富集，造成黄河水的富营养化。据2002年以来黄河三门峡段污染指标的监测数据统计：80%时段的黄河来水为IV类、V类或劣V类水质，主要超标因子为氨氮、化学需氧量、高锰酸盐指数等。而该水厂的调蓄池又有以下特点：（1）蓄水深度浅，水位最高时水深约5.5米，最低时水深仅为0.7米，且受条件限制，低水位运行时间长，属典型的浅水位蓄水池；（2）原水在调蓄池停留时间长，特别在每年7～9月三门峡库区调水调沙阶段长达三个月不能补充新水。这就从客观上形成了水质富营养化的基础条件。虽然该厂调蓄池有一定的自净能力，但却是有限的。在引黄水中的氮、磷等营养物质丰富，以及春、秋适宜的水温、充足的阳光作用下，藻类就会大量滋生，总数有时呈爆发式增长，高发期藻类总量曾超过1亿个/L，优势藻种主要是蓝藻、绿藻、硅藻等。
3 藻类的特性
藻类通常是指一群在水中以浮游方式生活，能进行光合作用的自养型微生物，其种类繁多，均含叶绿素。在显微镜下观察，藻类是带绿色的有规则的小个体或群体。由于藻类是水体中有机物的制造者，故在整个水体生态系统中占有举足轻重的作用，是生态系统中不可缺少的一个环节。藻类在一定数量时，对水体水质具有一定的改善作用。但若水中的藻类超过一定数量时，特别是过度繁殖形成水华时，不但会产生臭味，其产生的毒素也能影响人体健康，并且对自来水厂的制水生产带来较大的影响。藻类中的蓝绿藻、小颤藻等在新陈代谢及藻尸腐烂分解的过程中能释放出有腐败气味的化合物MIB和土臭素，从而使水体带有土腥味。
4 藻类对制水生产的影响
藻类的滋生直接影响制水生产，藻类的分泌物及降解产物中含有四氯乙烯、二甲基二硫化物等毒性物质，能引起人、动物中毒，其产生的霉味、腥味，也使人在饮用时不能接受。藻类的大量繁殖给净水厂后续的混凝降浊和加氯消毒带来较大的困难。在高藻期，原水水体感官质量变差，对常规的水处理工艺造成了很大的冲击，严重降低了水处理的效果，增加了水处理的成本，影响了正常的生产运行。藻类物质在滤池中也会大量繁殖，致使滤料层堵塞，使过滤周期缩短，减少产水量，增加冲洗水量并影响出水水质。
随着饮用水标准的不断提高，如何能够有效地防治和去除藻类对制水生产过程和水质的影响，是制水厂要致力解决的难题之一。
5 去除藻类物质的方法选择
治理藻类泛滥是当今国内外正在探索着的难题。诸多专家学者历经多年的辛勤摸索，还没有找到一套理想的治理方法。现在已有的处理方法大体可归结为物理法、化学法和生物法。这些方法虽各有所长，但同时也具有相当的局限性。专家认为：靠单一的方法，去治理一个极其复杂的水生生态系统，往往得不出理想的效果。应采用标本兼治的综合控制除藻法：一是控制污染源的排入；二是调整水环境结构；三是局部应急除藻。这三种措施应该并重，相辅相成，缺一不可。
前两种措施属于宏观性的规划管理对策，技术上相对容易解决，但牵涉面广，见效慢，需要政府行政解决，往往会拖延很多年，有时历经多届政府。而局部应急除藻抑藻，能有效地解决当前的藻类爆发，是一种必不可少的救急手段。作为城市的供水企业，所用原水的污染问题并不是自身能够解决的，也只能采取应急的局部除藻措施。
6 局部应急除藻方法的选择应用
6.1 强化常规净水工艺除藻
在遇到藻类对制水生产影响的初期，该水厂采取强化常规工艺处理混凝的措施来去除藻类。主要采取了以下几种方法：
（1）折点加氯除藻。把反应池前的加氯量增大，以氧化水中的有机物，杀灭藻类。折点加氯能杀灭一定的藻类，并能去除水中的一部分异味。
（2）加助凝剂高锰酸盐（ppc）复合药剂除藻。高锰酸盐（ppc）复合药剂是一种新型、高效的助凝剂，在生产上配合净水剂一起投加，经过试验和生产试用证实，在一定范围内ppc的投量和它的除藻效率成正比关系。ppc投量越高，沉淀水和滤后水中的藻类去除率呈不断上升趋势。但ppc对低浊、低藻的原水处理效果并不理想。
6.2 在调蓄池投加硫酸铜除藻
（1）硫酸铜除藻的作用机理是铜离子可以与生物体内的蛋白质结合生成蛋白盐，使蛋白质变性、沉淀，使酶失去活性而达到灭活的目的。
（2）该水厂的水质检测中心每周都对调蓄池藻类进行监测，和色度、浊度、pH值、 CODMn等指标的检测数据一起作为启用原水预处理的依据。当调蓄池藻类达到3000万个/L时，开始在调蓄池投加硫酸铜，控制投量在0.3～0.5mg/L（以无水硫酸铜计），经过8个小时的接触后，藻类去除率可达40%～50%。
（3）投加硫酸铜前后水质比较：投加硫酸铜后，可使色度降低10以上，浊度降低约4NTU，藻类去除约50%，缓解了后续常规工艺水处理的压力。
（4）硫酸铜除藻的主要问题是：在硫酸铜灭活藻体的同时，其他生物体也受到了影响，比如造成鱼类和其他水生植物的死亡，破坏了水生生态系统。为将硫酸铜灭活藻类的同时对生态的影响降至最低，需严格控制硫酸铜的用量。
6.3 运用活性炭吸附去除藻类及其代谢产物
（1）用常规工艺的强化混凝除藻，需要消耗大量的净水药剂，原水藻类过高时，形成的絮体较松散，不易下沉，不利于后续去除；而用硫酸铜杀藻，不但会破坏水体生态系统，还会对人体造成危害。这就需要选用更适合的除藻方法。
（2）活性炭是用烟煤、褐煤、果壳或木屑等多种原料经炭化和活化过程制成的黑色多孔颗粒，其主要特性是比表面积大和孔隙构造，活性炭的强吸附性能就主要发生在这些孔的表面上。一般情况下，用于水处理的活性炭应具有适当比例的孔，以去除水中分子量（或分子直径）较大的吸附质。活性炭表面具有微弱的极性，不仅可以去除水中的非极性吸附质，还可以去除极性吸附质，甚至某些微量的金属离子及其化合物。
水华期间，藻类大量繁殖，水源带有色、臭、味。活性炭吸附是除色、臭、味最有效的方法之一。此外，活性炭用于有铁、锰及植物分解产物或由于污染而使水体带有的颜色的去除也是十分有效的。用活性炭去除微量有机氯及其产生的异臭味也是最为有效的方法之一。
粉末活性炭的粒径一般为10～50um，因其颗粒小，比表面积大，吸附速度快，一般情况可与混凝过程相结合，该水厂就是把活性炭直接投加到原水中，经混合吸附水中的有机和无机杂质后，粘附在絮体上的炭粒大部分在沉淀池中成为污泥后排除，常应用于季节性水质恶化时的间歇处理以及粉末活性炭投加量不高时。粉末活性炭吸附效果非常显著，同时可增加絮凝矾花的核心作用，提高悬浮颗粒的碰撞机会，可提高混凝工艺的处理效果，并有利于浮渣的去除。
7 运用生物（鲢鱼）除藻
7.1 鲢鱼控藻机理
鲢鱼，又名白鲢、鲢子等，属鲤科、鲢亚科。鲢鱼常栖息于水的中上层，以食浮游植物为主（包括粘附在藻类上的细菌）。鲢鱼摄食的方法比较独特，它的鳃耙相邻之间有骨质小桥，其外面覆盖着海绵状的筛膜。因此，微小的浮游植物（藻类）不能随水滤出体外而成为其食物。所以，鲢鱼是摄取藻类的典型鱼种。而且某些浮游植物贫乏的池塘，鲢鱼整个夏季都以池底蓝藻腐屑为食，腐屑占其食物重量的90%～99%。
鲢鱼控藻技术正是利用鲢鱼喜食藻类的生活习性，对水库等易生长藻类的水体进行藻类控制的原水处理技术。该技术通过对鲢鱼的合理投放（适当时间、地点、鱼体、密度），利用其对藻类的摄食，来抑制藻类的生长繁殖，从而达到去除水体藻类、改善原水水质的目的。
7.2 第一批鲢鱼投放
根据该水厂调蓄池历年的蓄水时间、蓄水量、蓄水深度及运行情况，在每年的12月份到来年的2月份水体较深，且水位、水质都比较稳定，此时投放有利于鱼类的成活及生长。该水厂于2005年1月份投放第一批鲢鱼2.3万kg，单尾鱼重（200±25）g，此时调蓄池存水量约300万t，放养密度约7.6g/m3，随着调蓄池水量的变化，放养密度最高达到约46g/m3。
第一批鲢鱼投放以后，经过一年的试运行，取得了以下效果：
（1）藻类短期爆发式增长的情况已消除，数量大都控制在3000万个/L以下，水体腥味明显减少，净水厂后续处理也趋平稳，没有出现往年浊度长时间持续难以处理的现象。经该水厂现有的地表水常规处理工艺+活性炭吸附工艺联合运行后已完全能够处理合格，出厂水腥味已基本能够被人接受。
（2）处理药剂的用量也有大幅削减：2005年和2004年相比，节省硫酸铜约20吨，节约聚合铝约82吨，节约活性炭34吨，减除投放鲢鱼的费用，实际节约资金约33万元。
7.3 第二批鲢鱼投放
根据2005年的试运行情况，该水厂又于2006年1月份第二批投放鲢鱼1.6万kg, 单尾鲢鱼重（166±35.2）g，放养密度增加到18g/m3（包括第一批投放鲢鱼的增长量）。后来随着调蓄池水量的变化，放养密度最高达到96g/m3。第二批鲢鱼投放后，经过2006年及后续几年的连续运行，不但取得了更为满意的除藻效果，又节约了大量水处理费用。
7.4 鲢鱼除藻效果
利用鲢鱼对原水水体进行除藻，能使水体蓝绿藻含量大幅下降，并有效降低了藻类总量，达到了减少水体腥味、改善饮水口感、并为净水厂后续处理降低难度、减少药耗的目的。其特点为：除藻效果明显，二次污染小；投资少、见效快；操作简单、管理费用低；不产生有害副产物，是对水厂高藻原水进行预处理的较为理想的方案。
7.5 注意事项
（1）用鲢鱼除藻时投放鲢鱼的大小应适宜，太小成活率较低，太大使用不了几年就得出库。另外，浅水位水库鲢鱼的放养密度不宜太大，特别是原水调度困难的地方，在水位较低而不能及时充库时，生物体密度会成倍加大，造成鱼类夜间缺氧浮头甚至死亡。
（2）由于鲢鱼有逆流而上的习性且耐氧能力极差，当有进水暗管和水库相连时，一定要在管口加防护网，以防在充水时大量鲢鱼逆流钻进暗管不能回游而导致缺氧死亡。
8 结语
（1）对于藻类的去除，采用改进净水厂常规工艺除藻，以强氧化剂和杀藻剂为除藻手段的化学方法优点是除藻效率高，但不足是这种方法以投加药剂达到除藻目的，在处理过程中可能会产生对人体有害的副产物，特别是氧化剂的使用可引起有毒蓝藻藻体破裂从而导致胞内毒素释放；采用活性炭吸附对色度、臭味可以有效去除，但在藻类过量繁殖时也不能根本控制藻类的数量，且运行的成本较高；但这两种方法都属于被动除藻。
（2）采用生物控制技术作为传统水处理工艺的前处理，主动控制原水的含藻量，为净水厂水质处理创造条件，运行成本较低，而且不产生有害副产物，是一条切实可行的途径，是藻类处理的发展方向。
（3）对于藻类的去除，每种方案孤立运行都有局限性，所以在高藻期，采取生物方法在调蓄池预处理 + 粉末活性炭进厂前吸附处理 + 强化净水厂常规混凝工艺处理，即可达到满意的处理效果。
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