臭氧预氧化的除藻效果及机理探讨*

刘 嵩 朱昊頔

大量繁殖的藻类能使水体产生霉臭味,除此之外其本身还是水中化学需氧量、生化需氧量尤其是悬浮物(SS)的主要来源之一,同时也是三卤甲烷(THMs)的主要前驱物质[1-3]。Plummer等[4]研究了臭氧对一种绿藻——四尾栅藻悬浮液DBP生成的影响。试验结果表明,预臭氧化后的三卤甲烷生成势(THMFP)对比于未预臭氧化的样本升高了10%～30%。同时,还发现臭氧化导致卤乙酸有轻微的上升。

由于藻类产生的种种不利影响,国内外近年来对除藻工艺进行了较多的研究。除了控制水源地藻类的大量繁殖以外,在自来水厂除藻的方法主要有:1)化学药剂法;2)气浮法;3)直接过滤法;4)强化混凝沉淀法;5)微滤机法;6)生物预处理法等。其中,利用化学药剂法控制藻类的大量繁殖既可以在水源地进行,也可以在净水厂进行,美国、澳大利亚等国家常采用此法控制藻类在水库、湖泊中的大量繁殖。

水体富营养化导致的大量藻类繁殖给净水厂生产带来的问题主要表现在影响水厂工艺正常运行、恶化出水水质、导致管网与管网水质发生不利变化这三个方面。在选择针对富营养化水体的除藻技术时,必须从这三个方面综合考虑。臭氧作为一种预氧化剂已在国内多家水厂得到应用,本文将通过试验研究预臭氧化对藻类去除率的影响。

1 试验装置及方法

1.1 试验材料

原水取自生产性用水,水质如表1所示。

表1 水源水主要水质指标

混凝剂采用碱铝,投量为2.5mg/L。

1.2 试验装置

反应流程:原水→臭氧预氧化→反应池→沉淀池→砂滤池→储水池。反应流程示意图如图1所示。

1.3 试验方法

本试验藻类的计数方法采用武汉水生生物研究所提出的一种固定染色计数的方法。具体步骤如下:1)水样的采集。用采水器,在水面下0.5 m处,取1000 mL水样。2)水样的固定。采集来的水样立即固定,杀死水样中的藻类和其他生物,以避免时间延长导致水样变质。固定剂采用鲁哥氏液。固定剂用量为水样的1%,即1 L水样中加固定剂10 mL左右,至水样呈现棕黄色即可。3)水样的沉淀和浓缩。为了便于镜检计数,将水样中的藻类浓缩沉淀。浓缩沉淀在分液漏斗中进行。把分液漏斗固定在稳定的架子上。将水样匀速倒入分液漏斗,使浮游植物自然沉淀下来。理论推算得知最微小的浮游植物的沉降速度约为3 h/cm。一般浮游藻类的长度为几微米到几十微米,经过碘液固定后,沉降速度较快。所以静止沉淀时间一般为48 h。最后用细玻璃管(直径小于2mm)通过虹吸的方法缓慢抽出上清液,最后留下约40 mL,转移到50 mL容量瓶中定容。4)藻类的计数。计数采用计数框,我国目前常用的计数框面积为20mm×20mm,容量0.1 mL,其内划分横竖各10行,共100个小方格。将待计数的样品充分摇匀后,用吸液器吸取0.1 mL到计数框中,盖上盖玻片。为防止计数时间过长导致水分蒸发而出现气泡,可在盖玻片四周以液体石蜡封闭。利用显微镜的目镜视野来选取计数的面积。计数时显微镜的目镜可用10倍的,物镜用40倍的。计数的视野范围应根据样品中的浮游植物的数量确定。一般计数100个～500个视野,使所得的计数值在300个以上。把计数所得的结果换算为原水样中藻类的数量,用以下计算公式计算:

其中,N为每升原水中藻类的数目,个/L;A为计数框的面积,mm2;Ac为计数面积,mm2;Vs为1 L原水样沉淀浓缩以后的体积,mL;Va为计数框容积,mL;n为计数所得藻细胞个数,个。

藻类去除率=[(原水藻类数量-滤后水藻类数量)/原水藻类数量]×100%。

2 结果与讨论

2.1 臭氧预氧化助凝效果数据分析

试验采用预臭氧投量在0.5mg/L～3.0mg/L之间,测得试验结果与无预氧化时藻类去除率比较,见图2。

由图2可以看出,预臭氧化可以一定程度地提高藻类去除率,但并不是臭氧投量越大藻类去除率越高,臭氧投量为1.5mg/L时,除藻率达到最高值88.3%,继续加大投量,除藻率也不再增高。

2.2 臭氧预氧化除藻机理分析

化学预氧化的除藻机理主要表现在以下两个方面:

1)氧化作用。预氧化剂的氧化性对藻类具有直接灭活作用。有研究观察到,预氧化剂对于水中藻类的生长以及运动活性具有显著的抑制作用,氧化剂投量达到一定数量时,水中带鞭毛的藻类如隐藻、裸藻等都将失去运动活性。

2)助凝作用。藻类同水中其他颗粒一样,可以通过絮凝沉淀过程除去,由于预氧化工艺具有一定的助凝作用,也可以提高除藻的效率。

总之,预氧化工艺除藻的机理,主要通过以上两种作用来实现,不同预氧化剂的除藻机理侧重点不同。臭氧预氧化工艺由于具有较强的氧化作用,其除藻机理是氧化作用贡献多一点。

3 试验结论

预臭氧化可以明显地提高除藻效果,臭氧投量为1.5mg/L时,除藻率达到最高值88.3%,继续增加投量,除藻率不再增高。预臭氧化的同时通过氧化作用和助凝作用达到对藻类的强化去除效果,其中氧化作用贡献多一点。

[1] NJ Graham,V E Wardlaw,R Perry,et al.The significance of algae as trihalomethane precursors[J].Wat Sci Tech,1998,37(2):83-89.

[2] S Goel,R Hozalski,E Bouwer.Biodegradation of NOM:effect of NOM source and ozone dose[J].AWWA,1995,87(1):90-105.

[3] J D Plummer,J K Edzwals.Effect of ozone on disinfection by-product formation of Algae[J].Wat Sci Tech,1998,37(2):49-55.

[4] Jeanine D.Plummer,James K.Edzwald.Effect of ozone on disinfection by-product formation of Algae[J].Wat Sci Tech,1998,37(2):50-53.