自來水廠生產中除藻技術的應用及改進
摘 要:以地表水為水源的自來水廠，原水藻類的去處是個極其復雜的課題。某水廠通過對不同除藻防藻技術的實際應用及效果比較，最終形成了生物（鰱魚）控藻 + 活性炭吸附 + 強化常規工藝除藻的聯合除藻措施，收到了較好的除藻效果。
關鍵詞:除藻技術;自來水廠;原水
1 引言
某水廠于1995年建成投產，以黃河三門峽庫區水作為供水水源。其主要處理工藝為：預沉→預加氯→混凝→沉淀→過濾→消毒，是地表水處理的常規工藝流程。隨著該水廠的投產供水，市區居民對自來水存在腥味等口感問題的反映也越來越強烈。通過對該水廠各個水質監測點的跟蹤監測，可發現其水體腥味隨著該廠調蓄池藻類數量的變化而呈現周期性的變化，是由于調蓄池內藻類的大量滋生引起的。
2 藻類產生的原因
隨著工農業生產的飛速發展，黃河流域廢、污水的排放量也急劇增加，加之天然來水量逐年減少，從而使黃河的污染日趨嚴重。由于水體營養鹽的大量富集，造成黃河水的富營養化。據2002年以來黃河三門峽段污染指標的監測數據統計：80%時段的黃河來水為IV類、V類或劣V類水質，主要超標因子為氨氮、化學需氧量、高錳酸鹽指數等。而該水廠的調蓄池又有以下特點：（1）蓄水深度淺，水位最高時水深約5.5米，最低時水深僅為0.7米，且受條件限制，低水位運行時間長，屬典型的淺水位蓄水池；（2）原水在調蓄池停留時間長，特別在每年7～9月三門峽庫區調水調沙階段長達三個月不能補充新水。這就從客觀上形成了水質富營養化的基礎條件。雖然該廠調蓄池有一定的自凈能力，但卻是有限的。在引黃水中的氮、磷等營養物質豐富，以及春、秋適宜的水溫、充足的陽光作用下，藻類就會大量滋生，總數有時呈爆發式增長，高發期藻類總量曾超過1億個/L，優勢藻種主要是藍藻、綠藻、硅藻等。
3 藻類的特性
藻類通常是指一群在水中以浮游方式生活，能進行光合作用的自養型微生物，其種類繁多，均含葉綠素。在顯微鏡下觀察，藻類是帶綠色的有規則的小個體或群體。由于藻類是水體中有機物的制造者，故在整個水體生態系統中占有舉足輕重的作用，是生態系統中不可缺少的一個環節。藻類在一定數量時，對水體水質具有一定的改善作用。但若水中的藻類超過一定數量時，特別是過度繁殖形成水華時，不但會產生臭味，其產生的毒素也能影響人體健康，并且對自來水廠的制水生產帶來較大的影響。藻類中的藍綠藻、小顫藻等在新陳代謝及藻尸腐爛分解的過程中能釋放出有腐敗氣味的化合物MIB和土臭素，從而使水體帶有土腥味。
4 藻類對制水生產的影響
藻類的滋生直接影響制水生產，藻類的分泌物及降解產物中含有四氯乙烯、二甲基二硫化物等毒性物質，能引起人、動物中毒，其產生的霉味、腥味，也使人在飲用時不能接受。藻類的大量繁殖給凈水廠后續的混凝降濁和加氯消毒帶來較大的困難。在高藻期，原水水體感官質量變差，對常規的水處理工藝造成了很大的沖擊，嚴重降低了水處理的效果，增加了水處理的成本，影響了正常的生產運行。藻類物質在濾池中也會大量繁殖，致使濾料層堵塞，使過濾周期縮短，減少產水量，增加沖洗水量并影響出水水質。
隨著飲用水標準的不斷提高，如何能夠有效地防治和去除藻類對制水生產過程和水質的影響，是制水廠要致力解決的難題之一。
5 去除藻類物質的方法選擇
治理藻類泛濫是當今國內外正在探索著的難題。諸多專家學者歷經多年的辛勤摸索，還沒有找到一套理想的治理方法。現在已有的處理方法大體可歸結為物理法、化學法和生物法。這些方法雖各有所長，但同時也具有相當的局限性。專家認為：靠單一的方法，去治理一個極其復雜的水生生態系統，往往得不出理想的效果。應采用標本兼治的綜合控制除藻法：一是控制污染源的排入；二是調整水環境結構；三是局部應急除藻。這三種措施應該并重，相輔相成，缺一不可。
前兩種措施屬于宏觀性的規劃管理對策，技術上相對容易解決，但牽涉面廣，見效慢，需要政府行政解決，往往會拖延很多年，有時歷經多屆政府。而局部應急除藻抑藻，能有效地解決當前的藻類爆發，是一種必不可少的救急手段。作為城市的供水企業，所用原水的污染問題并不是自身能夠解決的，也只能采取應急的局部除藻措施。
6 局部應急除藻方法的選擇應用
6.1 強化常規凈水工藝除藻
在遇到藻類對制水生產影響的初期，該水廠采取強化常規工藝處理混凝的措施來去除藻類。主要采取了以下幾種方法：
（1）折點加氯除藻。把反應池前的加氯量增大，以氧化水中的有機物，殺滅藻類。折點加氯能殺滅一定的藻類，并能去除水中的一部分異味。
（2）加助凝劑高錳酸鹽（ppc）復合藥劑除藻。高錳酸鹽（ppc）復合藥劑是一種新型、高效的助凝劑，在生產上配合凈水劑一起投加，經過試驗和生產試用證實，在一定范圍內ppc的投量和它的除藻效率成正比關系。ppc投量越高，沉淀水和濾后水中的藻類去除率呈不斷上升趨勢。但ppc對低濁、低藻的原水處理效果并不理想。
6.2 在調蓄池投加硫酸銅除藻
（1）硫酸銅除藻的作用機理是銅離子可以與生物體內的蛋白質結合生成蛋白鹽，使蛋白質變性、沉淀，使酶失去活性而達到滅活的目的。
（2）該水廠的水質檢測中心每周都對調蓄池藻類進行監測，和色度、濁度、pH值、 CODMn等指標的檢測數據一起作為啟用原水預處理的依據。當調蓄池藻類達到3000萬個/L時，開始在調蓄池投加硫酸銅，控制投量在0.3～0.5mg/L（以無水硫酸銅計），經過8個小時的接觸后，藻類去除率可達40%～50%。
（3）投加硫酸銅前后水質比較：投加硫酸銅后，可使色度降低10以上，濁度降低約4NTU，藻類去除約50%，緩解了后續常規工藝水處理的壓力。
（4）硫酸銅除藻的主要問題是：在硫酸銅滅活藻體的同時，其他生物體也受到了影響，比如造成魚類和其他水生植物的死亡，破壞了水生生態系統。為將硫酸銅滅活藻類的同時對生態的影響降至最低，需嚴格控制硫酸銅的用量。
6.3 運用活性炭吸附去除藻類及其代謝產物
（1）用常規工藝的強化混凝除藻，需要消耗大量的凈水藥劑，原水藻類過高時，形成的絮體較松散，不易下沉，不利于后續去除；而用硫酸銅殺藻，不但會破壞水體生態系統，還會對人體造成危害。這就需要選用更適合的除藻方法。
（2）活性炭是用煙煤、褐煤、果殼或木屑等多種原料經炭化和活化過程制成的黑色多孔顆粒，其主要特性是比表面積大和孔隙構造，活性炭的強吸附性能就主要發生在這些孔的表面上。一般情況下，用于水處理的活性炭應具有適當比例的孔，以去除水中分子量（或分子直徑）較大的吸附質。活性炭表面具有微弱的極性，不僅可以去除水中的非極性吸附質，還可以去除極性吸附質，甚至某些微量的金屬離子及其化合物。
水華期間，藻類大量繁殖，水源帶有色、臭、味。活性炭吸附是除色、臭、味最有效的方法之一。此外，活性炭用于有鐵、錳及植物分解產物或由于污染而使水體帶有的顏色的去除也是十分有效的。用活性炭去除微量有機氯及其產生的異臭味也是最為有效的方法之一。
粉末活性炭的粒徑一般為10～50um，因其顆粒小，比表面積大，吸附速度快，一般情況可與混凝過程相結合，該水廠就是把活性炭直接投加到原水中，經混合吸附水中的有機和無機雜質后，粘附在絮體上的炭粒大部分在沉淀池中成為污泥后排除，常應用于季節性水質惡化時的間歇處理以及粉末活性炭投加量不高時。粉末活性炭吸附效果非常顯著，同時可增加絮凝礬花的核心作用，提高懸浮顆粒的碰撞機會，可提高混凝工藝的處理效果，并有利于浮渣的去除。
7 運用生物（鰱魚）除藻
7.1 鰱魚控藻機理
鰱魚，又名白鰱、鰱子等，屬鯉科、鰱亞科。鰱魚常棲息于水的中上層，以食浮游植物為主（包括粘附在藻類上的細菌）。鰱魚攝食的方法比較獨特，它的鰓耙相鄰之間有骨質小橋，其外面覆蓋著海綿狀的篩膜。因此，微小的浮游植物（藻類）不能隨水濾出體外而成為其食物。所以，鰱魚是攝取藻類的典型魚種。而且某些浮游植物貧乏的池塘，鰱魚整個夏季都以池底藍藻腐屑為食，腐屑占其食物重量的90%～99%。
鰱魚控藻技術正是利用鰱魚喜食藻類的生活習性，對水庫等易生長藻類的水體進行藻類控制的原水處理技術。該技術通過對鰱魚的合理投放（適當時間、地點、魚體、密度），利用其對藻類的攝食，來抑制藻類的生長繁殖，從而達到去除水體藻類、改善原水水質的目的。
7.2 第一批鰱魚投放
根據該水廠調蓄池歷年的蓄水時間、蓄水量、蓄水深度及運行情況，在每年的12月份到來年的2月份水體較深，且水位、水質都比較穩定，此時投放有利于魚類的成活及生長。該水廠于2005年1月份投放第一批鰱魚2.3萬kg，單尾魚重（200±25）g，此時調蓄池存水量約300萬t，放養密度約7.6g/m3，隨著調蓄池水量的變化，放養密度最高達到約46g/m3。
第一批鰱魚投放以后，經過一年的試運行，取得了以下效果：
（1）藻類短期爆發式增長的情況已消除，數量大都控制在3000萬個/L以下，水體腥味明顯減少，凈水廠后續處理也趨平穩，沒有出現往年濁度長時間持續難以處理的現象。經該水廠現有的地表水常規處理工藝+活性炭吸附工藝聯合運行后已完全能夠處理合格，出廠水腥味已基本能夠被人接受。
（2）處理藥劑的用量也有大幅削減：2005年和2004年相比，節省硫酸銅約20噸，節約聚合鋁約82噸，節約活性炭34噸，減除投放鰱魚的費用，實際節約資金約33萬元。
7.3 第二批鰱魚投放
根據2005年的試運行情況，該水廠又于2006年1月份第二批投放鰱魚1.6萬kg, 單尾鰱魚重（166±35.2）g，放養密度增加到18g/m3（包括第一批投放鰱魚的增長量）。后來隨著調蓄池水量的變化，放養密度最高達到96g/m3。第二批鰱魚投放后，經過2006年及后續幾年的連續運行，不但取得了更為滿意的除藻效果，又節約了大量水處理費用。
7.4 鰱魚除藻效果
利用鰱魚對原水水體進行除藻，能使水體藍綠藻含量大幅下降，并有效降低了藻類總量，達到了減少水體腥味、改善飲水口感、并為凈水廠后續處理降低難度、減少藥耗的目的。其特點為：除藻效果明顯，二次污染小；投資少、見效快；操作簡單、管理費用低；不產生有害副產物，是對水廠高藻原水進行預處理的較為理想的方案。
7.5 注意事項
（1）用鰱魚除藻時投放鰱魚的大小應適宜，太小成活率較低，太大使用不了幾年就得出庫。另外，淺水位水庫鰱魚的放養密度不宜太大，特別是原水調度困難的地方，在水位較低而不能及時充庫時，生物體密度會成倍加大，造成魚類夜間缺氧浮頭甚至死亡。
（2）由于鰱魚有逆流而上的習性且耐氧能力極差，當有進水暗管和水庫相連時，一定要在管口加防護網，以防在充水時大量鰱魚逆流鉆進暗管不能回游而導致缺氧死亡。
8 結語
（1）對于藻類的去除，采用改進凈水廠常規工藝除藻，以強氧化劑和殺藻劑為除藻手段的化學方法優點是除藻效率高，但不足是這種方法以投加藥劑達到除藻目的，在處理過程中可能會產生對人體有害的副產物，特別是氧化劑的使用可引起有毒藍藻藻體破裂從而導致胞內毒素釋放；采用活性炭吸附對色度、臭味可以有效去除，但在藻類過量繁殖時也不能根本控制藻類的數量，且運行的成本較高；但這兩種方法都屬于被動除藻。
（2）采用生物控制技術作為傳統水處理工藝的前處理，主動控制原水的含藻量，為凈水廠水質處理創造條件，運行成本較低，而且不產生有害副產物，是一條切實可行的途徑，是藻類處理的發展方向。
（3）對于藻類的去除，每種方案孤立運行都有局限性，所以在高藻期，采取生物方法在調蓄池預處理 + 粉末活性炭進廠前吸附處理 + 強化凈水廠常規混凝工藝處理，即可達到滿意的處理效果。
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