常规工艺下原水中藻类去除效果的研究

2021-04-01杨晓敏罗丹纯张丽珍

供水技术 2021年1期

杨晓敏，罗丹纯，张丽珍

(揭阳粤海水务有限公司，广东揭阳522000)

藻类含量的多少直接反映了水质状况的好坏，并影响水的pH、色度、浊度、臭和味等指标，是评价水体水质的重要生物学指标。藻类对水处理效果有重要影响：藻类会粘附在滤料表面，缩短滤池的过滤周期，造成滤池频繁反冲洗；某些尺寸很小的藻类会穿透滤池进入给水管网，影响管网水水质；藻类在代谢过程中产生多种嗅味，使水难于饮用；藻类还是三卤甲烷的主要前驱物质[1]。因此，研究水厂常规工艺对原水藻类的去除效果，对水厂的工艺运行和优质供水具有重要的指导意义。

2018年3月至2019年2月，笔者分别对某水厂原水、待滤水、清水池水和出厂水进行为期1 a的采样监测，监测频率为每月1次，对藻类进行计数和分类鉴别，以了解水处理工艺流程各个阶段对原水藻类的去除效果。对于原水藻类研究部分，适当引用监测时间段内水质分析中藻类项目的检测数据，充实数据，以使结果更加可靠。

1 藻类的计数与分类鉴别

1.1 测定方法和依据

依据《水和废水监测分析方法》(第四版)中“浮游生物的测定”章节[2]，采用显微计数法。

1.2 试剂和仪器

鲁哥氏液、计数框、盖玻片、0.5 mL刻度移液管、1 L梨形分液漏斗、20 mL刻度移液管、血球计数器、光电显微镜。

2 原水藻类数量与分类统计

2018—2019年，原水藻类数量除6次监测(3月1次、5月2次、6月1次、7月1次、10月1次)中达到107个/L以上外，其余月份的藻类数量在3.56×106～8.73×106个/L，如表1所示，其中多样性指数D计算公式为：D=(S-1)/lnN。按照《水生生物监测手册》规定，在水体富营养化调查与评价中，藻类个体数小于3×105个/L为贫营养，(3～10)×105个/L为中营养，大于10×105个/L为富营养[3]。从藻类数量方面看，原水水体全年均为富营养型。

表1 2018—2019年度原水藻类数量与分类Tab.1 Number and classification of algae in raw water in 2018-2019

根据水质的不停变化，监测到的藻类类别和数量也存在差别。综合看来，蓝藻、绿藻和硅藻在全年所有月份均有出现，且以蓝藻和绿藻数量居多；硅藻则在9月、12月、1月数量较大，占藻类总量的20%以上；裸藻和隐藻数量在全年较少，通常占比均不超过10%，在个别月份极少甚至没有监测到该门类；金藻数量更少，只在9月和1月监测到，占比不超过1%。一般情况下，贫营养型水体浮游植物以金藻为主，中营养型以硅藻为主，富营养型以绿藻、蓝藻为主[3]。从主要藻类类型方面看，原水水体全年为富营养型。

多样性指数D为水生生物群落结构定量分析的指标之一，指数值D越大，表示水质越清洁[4]。从表1可以看出，全年D值在0.942 ～1.802，D值较小(<1.1)的情况出现在3月和4月，可见这2个月原水的富营养水平较高。但是D值的计算未考虑藻类个体数在各种类间的分配情况，本身存在局限性，仅作参考。

综合对藻类数量、分类统计和多样性指数的分析可以看出，原水全年均处于富营养水平，其中3月和4月富营养水平较为显著。

3 常规水处理工艺对藻类的去除情况

某水厂水处理工艺流程见图1，投加石灰调节原水pH值至7.2左右，提高混凝效果；采用聚合氯化铝为混凝剂，ClO2为氧化剂和消毒剂。在整个制水过程中，待滤水藻类反映第一阶段混凝、沉淀及二氧化氯预处理对原水藻类的去除效果，清水池水反映了第二阶段滤池的过滤效果，出厂水则反映第三阶段清水池投加二氧化氯消毒剂后对清水池中藻类的控制效果。原水全年的藻类数量为3.56×106～2.37×107个/L，平均值为8.80×106个/L；待滤水全年的藻类数量为9.12×104～2.29×106个/L，平均值为6.13×105个/L；清水池水全年藻类数量为3.68×104～7.21×105个/L，平均值为1.13×105个/L。

图1 某水厂水处理工艺流程Fig.1 Water treatment process of a waterworks

由表2可以看出，待滤水的藻类去除率为79.16%～98.33%，除5月、9月和2月低于90%(分别为89.20%、83.30%和79.16%)以外，其余月份均在91%～98%之间，可见第一阶段的混凝沉淀和二氧化氯预处理工艺能够去除原水中的绝大部分藻类。其中去除率较低的5月、9月和2月前后的一段时间，正好对应原水中硅藻数量较丰的9月、12月和1月。有研究表明，硅藻中的针杆藻在混凝沉淀工艺中的沉降去除效果较差，容易在滤池滤料表面板结并堵塞滤池，影响过滤周期，降低产能。由此推测该段时间藻类去除率降低可能与硅藻繁殖数量较多有关。此外，清水池水的藻类去除率为96.96%～99.52%，略高于同期待滤水(79.16%～98.33%)，说明第二阶段滤池具有进一步去除少量藻类的作用。

表2 原水、待滤水和清水池水全年藻类数量与去除率Tab.2 Annual number and removal rate of algae in raw water, water to be filtered and clean water

由以上分析可知，原水中的藻类主要在混凝、沉淀阶段中被大量去除，而滤池过滤阶段只能进一步去除少量藻类。有研究表明，当滤池中藻类的数量超过2×106个/L时，会产生堵塞现象[5]。因此当原水中藻类大量增长并超过常规水处理工艺的负荷时，为保证藻类的去除效果，维护水厂工艺的正常运行，可在常规工艺的基础上强化混凝沉淀和采取预处理技术，提高制水工艺对藻类的去除能力。强化混凝沉淀一般采用增加混凝剂量、优化混凝条件等措施；预处理技术包括物理法、化学法和生物法，化学法(加入化学氧化剂，如双氧水、高锰酸钾、二氧化氯等)和生物法应用较为广泛[5]。同时，有必要对原水中的藻类数量进行常规监测，以及时调整制水工艺。

在对水样藻类的观察中发现，原水中的藻类丰富、数量多且个体粗壮；待滤水、清水池水和出厂水藻类则数量明显减少且个体微小，说明水厂的常规工艺不能将原水中的藻类完全去除。《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)对出厂水藻类无明确的限值要求，但是藻类对出厂水的色度、浊度、臭和味等各项感官指标有重要影响。通过检测出厂水水质常规指标，可以从侧面反映清水池投加ClO2消毒剂后对藻类的控制效果。由表3可以看出，出厂水中少量存在的藻类在ClO2消毒剂的抑制下，对出厂水感官指标影响不大，符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的要求(pH=6.5～8.5，色度<15度，浊度<1 NTU，无异臭、异味)。不同于一般的化学指标，藻类本身具有增殖性，且生命力和耐受力极强，当环境条件适宜时便会快速生长繁殖，对出厂水和管网水水质产生危害。因此，保证消毒剂在清水池水和出厂水中的合理浓度，进而抑制藻类生长十分必要。