引黄水库藻类污染现状及处理技术

2012-02-28徐兴礼曹向华杜红梅

水科学与工程技术 2012年2期

徐兴礼，宋涛，曹向华，李莹，杜红梅

（1.山东省工程咨询院，山东济南 250101；2.山东省城建设计院，山东济南 250000；3.济南市房屋建设综合开发集团，山东济南250101；4.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东济南250101）

黄河下游的山东省引黄平原水库700座，其中用作饮用水水源的大型水库26座，设计供水能力4.18×106m3/d。济南市基本上形成以黄河水为主、地下水为辅的供水结构［1］，但是由于水源富营养化的影响，引黄水库存在原水中藻类过量繁殖、常规净水工艺难以处理的问题，更有藻毒素的释放和胞内有机物释放等安全隐患问题。

1 引黄水库水质状况

2008年黄河流域水质有恶化趋势，有近15处重要城市供水水源地超标严重，主要超标项目为化学需氧量（COD）、氨氮等，而影响引黄水库水处理的两大主要问题是日趋严重的水体富营养化及水库中藻类的大量繁殖。

本文通过对鹊山引黄水库的水质连续检测，在季节交替、气温发生转变时出现藻类繁殖高峰。从图1可以看出，引黄水库水体耗氧量CODMn、UV254年内变化不大，趋势稳定，浊度随叶绿素a的变化略有波动，叶绿素a值随着气温升高持续增长，7～8月份达到20μg/L。从藻类的种类分布来看，在水库出口处仅发现21种藻类，而且大多集中在蓝藻门，不符合生态学的生物多样性原则，说明水库受到的污染比较严重。水中大量藻类与其他微生物的残体形成腐殖质［2］，使水的色度增加，并产生令人厌恶的臭味，具有粘（度）性大、腥臭味、附着力强的特点，经处理的饮用水仍会引起口感不适，而且其分泌的藻毒素也会对人体健康造成一定危害。在夏季高温天气，阳光充足时藻类急剧繁殖，使水从有氧状态变成缺氧状态，厌氧细菌的活动使藻类等有机物分解产生氨、硫化氢、甲烷等，也会带来水中总磷超标、重金属溶出等危害，而且藻类等浮游生物的大量繁殖既影响絮凝，也影响氯化、消毒、缩短过滤周期。

图1 4～9月引黄鹊山水库水质变化曲线

2 除藻技术

我国对湖泊、河流富营养化问题的关注最早可以追溯到20世纪50～60年代［3］，80年代后期才真正对富营养化问题进行大规模调查和研究。在富营养化与有毒藻类水华暴发的关系方面，大多将湖泊富营养化与藻类水华暴发之间作为因果和必然的联系，将水华暴发作为水体富营养化的表征。目前常用的除藻方法有混凝沉淀法、化学法、物理法、生物法。

2.1 混凝沉淀法

混凝是提高除藻效果的重要方法，工艺流程通常为：混凝沉淀——过滤——加氯消毒。藻类一般带负电，经混凝后可显著提高沉淀和过滤的除藻效率。

常用的混凝剂有铝盐类（聚硅硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸铝等）和铁盐类（聚硅硫酸铁、聚硅氯化铁等）［4］，用于沉淀和澄清的构筑物类型也很多，因此除藻率也各不相同。采用静沉池处理泰晤士河水的平均除藻率59%，处理衣阿华河水时除藻率37%（混凝剂为硫酸铝）和97%（石灰软化）；应用澄清池处理波兰河水时，平均除藻率85%～86%（无预氯化）和95%～97%（预氯化）浮游生物量也分别下降了93%～96%和99%［4］。

2.2 化学法

化学除藻剂一般分为氧化型和非氧化型。氧化型杀生剂主要为O3、高锰酸钾、卤素及其化合物等；非氧化型杀生剂主要有无机金属化合物及重金属制剂、有机金属化合物及重金属制剂、有机氯系等。化学法的时间效应虽然比较快，但对除微囊藻外的其他生物有副作用，而且有加速释放藻毒素等缺点［5］。

从技术上讲，O3是最佳的杀藻剂，不会产生二次污染，操作简单可行，通常用于预处理。结果表明，在原水含藻量为160×104个/L时，投加1.5mg/L臭氧可使除藻率达42%，但是生产费用较高限制了其应用的发展空间。裴海燕等［6］对ClO2的杀藻效能进行了系统研究，结果表明，ClO2可穿透细胞壁、细胞膜进入细胞内部，在不破坏藻细胞外部结构的情况下将藻细胞中的叶绿素氧化，并且杀藻后不会导致水中有机物致突变性增加，当ClO2投加量38～85mg/L时，叶绿素a去除率可达45%～89.30%。

2.3 物理法

物理法就是利用某些设备、器材在水体中设置特定的安全隔离区，分离出藻类或者用机械装置灭杀、驱散藻类。物理法主要包括机械或人工打捞、粘土絮凝和遮光技术等方法。物理法直接清除水体中的藻类，不会产生二次污染，去除效果最直接，但是昂贵的费用使其只能局限于小水体或大水体的局部水域。

图2为机械除藻的工艺流程图，通过机械方法除藻，对控制蓝藻污染可起到重要作用，如果在藻类暴发前期加大机械清除藻量，则对控制后期藻类暴发可起到明显作用。

图2 藻类收集制备方法工艺流程

2.4 生物法

生物法是对藻类进行生物控制，以在较短时间内大量削减藻细胞的数目或防止藻类的暴发性增长为目的。目前，主要的生物控藻技术有：以藻制藻、微生物絮凝剂除藻、生物控制试剂、高等植物克制藻类、鱼类控藻。

季民等［7］采用生物接触氧化法对引滦水进行了除藻试验，结果表明，对蓝藻的去除率最高，硅藻次之，绿藻去除率最低，而引黄水库中的藻类主要集中在蓝藻门，更适宜选用此除藻方法。

吴为中、王占生［8］针对受污染的某水库水源进行中试规模的生物陶粒滤池试验研究结果表明，生物陶粒滤池预处理能全面净化水源的水质，在气水比0.75～1.1，水力负荷4～6 m3/（m2·h）条件下，对NH4+-N、NO2--N和CODMn的去除率分别为89%～97.5%，97.5%～99%，20%～35%，对藻类的去除率为60.1%～84.3%；周建平等［9］利用YDT弹性立体填料对无锡市充山水厂进行了除藻试验，结果表明除藻率可达60%～70%；生物膜法在不破坏当地水体生态系统的前提下能有效去除藻毒素，具有广阔的应用前景。

3 藻类检测技术分析

在除藻研究中，通常用藻类去除率来衡量除藻效果，分别检测处理前后水样中藻类的含量，然后计算藻类去除率=（处理前藻类含量-处理后藻类含量）/处理前藻类含量。

目前藻类的检测方法主要有两种：显微镜计数法、叶绿素a计数法。

3.1 显微镜计数法

显微镜计数法是借助显微镜和计数框对水体中藻类的数量和体积做直接定量的方法，是一种简单并且直观反映藻类生物量的方法。

由于氧化剂会破坏细胞间的胶质，导致藻细胞分散开来，给计数工作带来极大困难和误差，因此在利用化学氧化剂除藻时不宜采用计数法。刘培启等［10］在以固定化生物系统进行除藻研究时，同时采用显微镜计数法和叶绿素a法来衡量生物系统的除藻性能，结果表明微小动物（如水蚤、草履虫等）排出的未完全消化的食物残渣（含有叶绿素）会干扰叶绿素a的准确测定，用显微镜计数法检测藻类更能反映实际的除藻性能。

3.2 叶绿素a计数法

叶绿素a存在于所有的藻类中，在光和作用过程中，叶绿素b、c、d所吸收的光能都要传递给叶绿素a，因此叶绿素a是间接衡量藻类生物量比较理想的指标。叶绿素a的测定方法有分光光度法和荧光法。分光光度法通常采用90%的丙酮萃取藻类浓缩样的色素，测定萃取物在不同波长（630nm、645nm、663nm、750nm）下的吸光值；荧光法是测定叶绿素a在430nm波长光照激发下产生的663nm的荧光强度，得出叶绿素a的含量。在物化除藻研究中，用叶绿素a法更为准确，可以避免由于外力干扰的存在，使以群体形式出现的藻类散开造成的误差。

显微镜计数法和叶绿素a法都是较为常用的藻类检测方法，在对水源水除藻研究中，应该针对不同处理技术选用不同检测方法。