三峡库区水华特征及原水处理技术探讨

吕 静

（重庆水务集团股份有限公司 重庆 400015）

三峡成库以来，带来水流减缓、停留时间长、部分次级河流形成大面积“死水区”等情势变化，造成水体对工企业排放、城市及农业面源污染、水土流失、消落带等引入河流的污染物自净能力减弱，水体中氮、磷等污染物累积浓度高。根据三峡库区水环境2011年、2012年监测数据，尽管2012年同比水质情况有所好转，但库区主要支流的富营养化情况仍明显，富营养化状态的断面比例为7%-37%，中营养化断面比例为58%-85%，每年3至10月库区20多条主要支流回水区出现水华。水体富营养化对供水行业产生较大影响，一方面影响原水水质，严重时会导致出水相关指标超标；另一方面增加制水难度，加重沉淀、过滤工艺负担，严重时将大大影响水厂影响制水规模。但是不同藻类有不同特性，爆发条件、影响程度各不相同，并且处理过程中也有所不同。因此，了解库区藻类水华特征、建立预警系统、研究净水工艺应对措施对于减小藻类水华对水厂运行的影响、保障供水安全有十分重要的意义。

1 库区富营养化特征分析

三峡库区支流富营养化普查结果显示，三峡库区支流水体总体上处于中—富营养水平，局部水域部分时段富营养化水平较高。其中水库蓄水所形成的缓流态是水华发生的直接诱因，而水温、枯水季节低水位则对水华发生时段和表现类型等有一定影响。尽管长江干流部分江段氮、磷含量水平较高，但因其水量充沛、流速较急、水体浑浊度较高的特点，尚不充分具备富营养化发生条件。无论蓄水前、后，在长江干流和支流绿藻和硅藻始终是构成藻类的主要类群。根据文献和资料调研，对长江支流几次典型藻类水华事件进行了对比分析（表1）。

表1 长江流域典型藻类水华事件对比分析情况简表

从2003年6月三峡水库135m蓄水起，库区的部分支流局部河段与库湾每年均有程度不同的水华发生，并呈现如下特点：

（1）水华发生的敏感区段随着蓄水位的抬升，向支流的上游河段推进，每次蓄水的新增回水河段是水华发生的最敏感区；

（2）形成水华的优势种群基本稳定，另有硅藻型、硅藻一蓝藻型、硅藻一绿藻型、甲藻型等；

（3）水华的高发期为每年的春夏季，3—7月为主发期；

（4）在156m蓄水期，个别支流曾出现反季节性水华，如2008年春季，大宁河、小江出现蓝藻水华。

2 预警监测

藻类水华发生的条件主要可归结为三类：营养物质、环境因子、水文因子。其中营养物质主要指于氮、磷等水污染物；环境因子主要是指光照、气温等；水文因子主要包括流速、水位等；此外，水体浊度、透明度也是藻类暴发的重要影响因素。由于影响因素繁多，因此确定预警指标，建立预警体系对于保障供水安全有十分重要的意义。

在藻类爆发的敏感季节，特别是3至6月，库区处于枯水期，气温回升，库区水流速度缓慢，江面变窄，形成较多浅滩和回水区，部分支流水质季节性恶化，氮、磷、有机物等物质浓度升高，再加上大部分支流浊度低，基本稳定在20NTU以下（甚至低于5NTU），为藻类生长提供条件。此段时间应加强对水质指标如PH、水温、浊度、TP、TN、氨氮、溶解性硅、叶绿素-a等相关指标的监测。当大部分指标都利于藻类生长，则需提高警惕，除了继续加强上述指标检测外，还应提高直接预警指标——藻类密度的监测频率。经过近几年观测，笔者发现藻类密度峰值基本出现在阳光充足的当天或者第二天发生，而强降雨后藻类密度会显著下降。因此，在做好PH、水温、浊度、TP、TN、氨氮、溶解性硅、叶绿素-a、藻类密度等水质指标的预警监测的同时，还应特别关注气象资料，建立全面的预警体系。

3 含藻水处理技术要点

含藻原水对供水行业的影响主要表现在以下两个方面：原水水质发生变化，严重时造成出水超标，二是增加制水难度，加重沉淀、过滤等工艺负荷，严重时影响制水量。因此，净水厂处理含藻原水主要从降低甚至消除滤池的运行负荷、去除异味以及降低藻毒素影响等方面着手。较理想的方式是尽可能提高前道工序的除藻率，结合藻的种类及密度全流程统筹考虑去除措施。

（1）滤网/微滤机预处理：进厂水先用金属或合成纤维编织的微滤机过滤，微滤网一般用孔径30-40μm，滤速为0.5-3.0m/min能有效拦截藻类。机械过滤可以避免化学法时因蓝藻破裂而释放出的藻毒素或者其他有机物质，但是该方法对已经存在的藻毒素等可溶性物质没有去除效果。

（2）化学预氧化：前加氧化可提高常规工艺的除藻率，但有的氧化剂可能使蓝藻细胞破裂释放藻毒素。目前常用的氧化剂有液氯、二氧化氯、高锰酸钾、双氧水、次氯酸钠、次氯酸钙、臭氧以及高铁盐等。各种氧化剂对不同的藻类有不同的作用时间和效果，并且氧化剂的投加量必须严格控制，避免引起二次污染。二氧化氯、高锰酸钾有较好的除藻效果，但可能使蓝藻细胞裂解使水中的微囊藻毒素增加；液氯在提高除藻率的同时，可能导致藻类释放藻毒素并产生有害的副产物卤代烃；H202虽然有较好的杀藻效果且不产生消毒副产物，但由于其分解较慢、除藻速度也慢，出水中往往含有过量的H202，易引起二次污染；臭氧可以去除淡水中的藻毒素，且不会使藻细胞裂解，但可控性较差，接触时间较长，不适应水厂常规使用；高铁盐具有很强的氧化性，且有一定的絮凝沉淀作用，实践证明，高铁盐是一种较好的除藻剂。此外，硫酸铜有一定的灭藻作用，但会破坏藻细胞使其释放藻毒素，并会导致水中铜盐浓度上升，危害人体健康，故经硫酸铜处理后的水不能立即作为饮用水源。

各种氧化剂的投加量与水体的性质及藻类含量及种类密切相关，因此氧化剂的种类选择和投加量应综合考虑各种因素酌情投加。

（3）强化混凝。强化混凝是常规工艺中最重要的除藻手段之一。藻类有浊度稳定性高(在§电位=0时才能脱稳)，比重小，难于沉淀等特点。藻类表面多带负电荷，因此选用正电性混凝剂、絮凝剂有利于藻类的去除。但是藻类在生长过程中会分泌可溶性胞外有机物(EOM)，该物质能与铁盐、铝盐形成配合、络合物胶体而不利于脱稳，使混凝效果不佳。常规处理中混凝沉淀有望去除藻类80%～90%。同时，混凝、絮凝对藻毒素有一定的去除效果。

（4）活性炭吸附。吸附法可以有效去除部分藻毒素和水体异味。活性炭吸附法可分为粉末活性炭吸附和颗粒活性炭吸附，其中颗粒活性炭比粉末活性炭的毒素去除效果好且用量较少。另外，微滤、超滤、纳滤等方法可以将大部分的藻毒素分子去除，但是处理成本太高，目前只有英、美等发达国家的一些较大的水厂使用该方法。

（5）过滤。由于多数藻类能分泌粘液，易堵塞滤池，降低过滤效果并且产生异味。生产实践表明，含藻原水经过预氯化并投加混凝剂后采用白煤（0.8-1.5mm）一砂双层滤料滤池直接过滤(滤速<3m/h)，有较佳的除藻效果。近年来，国外有研究产用水平流滤池来处理含藻水，实验表明使用这一方法可有效降低藻量，以及色度和浊度。

（6）其他处理方法。气浮法对硅藻、蓝藻有一定的去除效果，但某些种类的藻类和气泡亲和力很小，不易黏附，去除效果不佳。在原水中加泥或加注助凝剂有助于提高藻类去除率；此外利用超声波预处理原水也可强化混凝对藻类的去除效果。此外，臭氧-活性炭深度处理工艺对含藻水的净化有较好效果，但改造和运行费用均高。

4 结语

水华爆发的根本原因是水体富营养化，因此继续加强库区生态管理和水污染治理是防治藻类水华的根本性措施。对于供水企业而言，了解水源水质变化，加强关键指标的预警监测，建立全面的预警系统，同时在含藻水处理过程中重视前处理，结合藻类发生的具体情况，在制水工艺全流程综合考虑处理措施，对于提高城市供水安全具有一定参考意义。

[1]王岚，蔡庆华，张敏，谭路，徐耀阳，孔令慧.三峡库区香溪河库湾水华的时空动态及其影响因素 [J].应用生态学，2009,（1），1940-1946.

[2]郭蔚华，刘娜娜，王柱，徐灵华.嘉陵江出口段春季水华藻种鉴定[J].生态环境学报，2010,（8），2458-2460.

[3]张宁红，黎刚，郁建桥，丁铭，徐亮.太湖蓝藻水华暴发主要特征粗析[J].2009,（1）,71-73.

[4]田珍，王娟，孙海丽.饮用水源水中藻类繁殖危害及处理[J].水科学与工程技术，2010,（1），9-10.

[5]过龙根.除藻与控藻技术[J].中国水利，2006,（17）.

[6]张伟勤.水中藻类污染物去除方法研究进展[J].工程建设与设计，2008,（9）.