蓝藻消减装置对河道水体中蓝藻的消减研究

2023-09-25房斌李朝廷蒋俊

环境保护与循环经济 2023年8期

房斌李朝廷蒋俊

［1.无锡市环保集团锡寰（无锡）科技评估有限公司，江苏无锡 214026；2.无锡市环保集团有限公司，江苏无锡 214026；3.无锡市太湖湖泊治理股份有限公司，江苏无锡 214026］

1 引言

城市中小河道存在水环境容量较小、水体流动性较差的问题［1-2］。大量繁殖的蓝藻将水面覆盖，阻碍水体复氧，使得水体发臭，严重影响河道水质和感观［3-4］。

自20 世纪60 年代以来，国内外治理蓝藻的技术有物理技术、化学技术、生物技术及组合工艺等［5-7］。当前，清除蓝藻的方法一般为化学处理和机械打捞［8］。化学处理是采用氧化杀藻或通过金属离子抑制藻类繁殖［9］，能够快速清除蓝藻，但却不能从根本上清除蓝藻，而且容易对环境造成二次污染［10］。机械打捞是通过机械或人工对蓝藻进行打捞［11］，此方法虽可相对彻底地清除蓝藻，但浪费大量人力物力，效率不高。本研究在原有机械打捞技术的基础上，研制出了一种自动化程度较高的新型蓝藻消减装置，并进行了实验研究。

2 实验部分

2.1 实验地点及背景介绍

本实验地点设在无锡市某一生态治理河道。该河道为断头浜，河道两岸为居住区，居民生活污水存在跑冒滴漏入河的现象，导致河道富营养化，蓝藻肆意滋生，河道水质恶化，易返黑返臭［12］。

该河道水质随季节性变化较大，尤其在夏季蓝藻繁殖时期，所以选择水体中有大量蓝藻的7—8 月进行实验［13］。

实验期间，河道水体水温稳定在28～35 ℃，pH范围为6～9，总氮为5.98～8.13 mg/L，总磷为0.43～0.78 mg/L，高锰酸盐指数为26.17～78.37 mg/L，叶绿素a 为100～1 000 mg/m3。由水质检测结果可以看出，河道水质数据符合实验需求。

2.2 实验装置

本研究研制的蓝藻消减装置是通过潜水泵使装置内外形成液位差，河道蓝藻水透过多层吸附载体，使蓝藻被截留在载体上。

实验装置如图1 所示。

图1 蓝藻消减装置示意

实验装置由箱体、吸附载体、潜水泵、浮力装置等组成。箱体前部设有进水口，中部设有卡槽，后部设有排水口；吸附载体由微孔滤料、滤膜与框架组成，将吸附载体插入卡槽；潜水泵固定在底座上；浮力装置由浮筒、高度调整架组成，可通过上下移动浮筒来调整进水口下沿距水面的位置。

实验装置工作流程为：潜水泵将漂浮蓝藻的水体从吸入口收集后，通过水压，蓝藻被吸附载体拦截吸附，藻水分离后的水体通过排水口排入河道。其中，吸附载体可从卡槽内抽出更换；可调整吸入口下沿距离水面下1～2 cm，增加有效吸入体积，使蓝藻收集效率大大提高。

2.3 实验方案

实验中，蓝藻消减装置进水压力保持0.23 MPa，潜水泵频率50 Hz，扬程8 m。为测试该装置运行的稳定性及除藻效果，进行如下实验。

2.3.1 间歇工作实验

蓝藻消减装置在每天07：00—19：00 连续工作12 h 后，用清水进行冲洗，第二天继续运行，连续运行7 d。实验中，每隔2 h 检测进出水叶绿素a 浓度。

2.3.2 连续工作实验

蓝藻消减装置每天连续工作12 h，不进行冲洗，连续运行7 d。实验中，每隔2 h 检测进出水叶绿素a浓度。

2.3.3 叶绿素a 浓度变化对蓝藻去除率的影响实验

选择河道中叶绿素a 不同浓度的区段进行实验。考察叶绿素a 浓度变化对蓝藻消减装置除藻效果的影响。每种浓度下，装置连续工作12 h，不对滤膜进行清洗。实验中，每隔2 h 检测进出水叶绿素a浓度［14］。

2.3.4 滤膜清洗实验

连续运行蓝藻削减装置，每隔1 h 对膜通量进行检测，当膜通量降到180 L/h 时，用清洗剂对滤膜进行清洗，选用酸性、碱性和含酶类的清洗剂以全循环方式冲洗滤膜，冲洗时间设为0.5 h，通过对比清洗前后膜通量恢复情况，来比较3 种清洗剂的清洗效果。清洗后，选择恢复率较高的滤膜与未污染的滤膜继续进行12 h 连续工作，每隔2 h 检测进出水叶绿素a 浓度，对这2 种滤膜的去除率进行对比。

2.4 实验测定项目与方法

2.4.1 测定项目

运行前在蓝藻削减装置进水口处测定进水叶绿素a 的浓度，运行后在装置出水口分时取样，测定叶绿素a 的浓度，考察蓝藻消减装置对蓝藻的去除效果。

2.4.2 测定方法

指标的测定分析方法均采用国家标准测定方法。用叶绿素a 含量表示蓝藻浓度，分光光度法检测叶绿素a 含量，取水样，在水样中加入w＝1%的碳酸镁悬浊液［15］，用玻璃纤维滤膜进行过滤，研磨水体浮游植物通过加入90%丙酮提取其中的叶绿素，提取后用离心机以转速3 500 r/min 进行离心［16］，离心后以90%丙酮溶液作为参比溶液，测定其在630，647，664，750 nm 波长下的吸光度［17］，计算水体中叶绿素a 的含量，单位为mg/m3［18］。

3 结果与讨论

3.1 2 种方案叶绿素a 去除率对比

如图2 所示，2 种方案叶绿素a 的去除率均大于95%，间歇工作实验叶绿素a 去除率明显高于连续工作实验，这应该是由于连续工作实验时未对滤膜进行清洗，其过滤吸附性下降。连续工作实验7 d中，叶绿素a 去除率下降趋势平缓，第6 天时叶绿素a 去除率下降至最低，为95.2%，第7 天时叶绿素a 去除率小幅回升至95.8%，由此可见，该装置稳定性较好，对叶绿素a 的去除能力较强。

图2 2 种实验方法叶绿素a 去除率对比

3.2 进水叶绿素a 浓度对蓝藻去除率的影响

进水叶绿素a 浓度对蓝藻去除率的影响见表1。

由表1 可知，进水叶绿素a 浓度为130.5 mg/m3时，蓝藻去除率达到100%；当进水叶绿素a 浓度大于289.8 mg/m3时，去除率随着进水叶绿素a 浓度增加呈增长趋势，这是因为随着叶绿素a 浓度增大，引起滤膜表面的浓差激化现象增强，使蓝藻通过膜的阻力增强，进而提高了蓝藻的去除率。

但随着叶绿素a 浓度的增大，溶液黏度越来越大，使得滤膜通量逐渐下降。叶绿素a 含量为130.5 mg/m3时，平均膜通量为196 L/h；而当进水浓度大于680.4 mg/m3时，平均膜通量基本保持在140 L/h左右。

3.3 滤膜清洗初步研究

不同清洗剂清洗后膜通量恢复情况见表2。

表2 不同类型清洗剂对膜通量的影响

由表2 可知，相较于碱性和酸性清洗剂，含酶清洗剂的清洗效果较好，质量分数5%的含酶清洗剂可使通量恢复到初始通量的96.0%。将含酶清洗剂清洗后的滤膜继续进行实验，清洗后的滤膜对叶绿素a的去除率仍然较高，达95.0%（见表3）。由此说明，造成膜污染的主要物质为蓝藻淀粉、蛋白质、纤维素等；利用含酶清洗剂清洗后的滤膜恢复状况良好；蓝藻未对滤膜造成不可逆转的污染，滤膜清洗后可重复使用。