富營養化水源中藻類爆發的控制與去除

摘 要:本文討論了各種可以控制和去除富營養化水源中爆發的藻類方法的原理及優缺點。采用物理法、化學法可快速去除藻類及藻毒素，保證城市供水的安全。

關鍵詞:富營養化藻類爆發膜分離化學藥劑

中圖分類號:TQ文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0107-01

1 水體藻類爆發

近年來，環境污染問題日益嚴重，特別是大量含氮、磷廢水排入水體中引起水體富營養化，容易引發藻類的大規模快速生長，造成水華和赤潮。

水體中藻類爆發具有突發性強、持續時間長和生長態勢猛烈的特點，而且其爆發不具有周期性，難以根據水庫水文條件做出類似推測，藻類的不定期爆發成為城市安全供水的隱患。

2 突發性藻類去除技術

目前，藻類的控制與去除研究重點集中在生物、物理和化學方法上。生物控藻可有效去除水體中藻類和氮磷等污染物，具有一定經濟效益，但其周期長，不適用于解決突發性污染;物理控藻效果顯著，無污染物引入，但是投資較大，工程施工難度大;化學控藻是一種簡便、應急的控制辦法，見效快，設備投入小，易于操作，但考慮二次污染和殘留等問題。

2.1 物理方法

2.1.1 機械方法

用機械方法收獲湖庫水中大量的藻類，可在短期內快速有效地去除湖水中的藻類，采用專用吸藻設備，利用重力振動、旋振和離心等方法收集富藻水，逐次濃縮、脫水后進行干燥，還可得到干藻粉。但該法往往要耗費大量勞力和能量，而且隨著藻類生長，需要不斷地收集。

2.1.2 曝氣法

藻類需依靠光合作用進行生長繁殖，但藻類生長會因水中光強度隨水深逐步減弱而逐步減少。曝氣法通過混合上下水體，將表層水體中的藻類遷移到下層，偏離其適宜生長環境，加速其死亡。但須注意混合強度必須能抵抗藻類上浮速度;同時水深要足夠大，保證藻類在深水區有足夠的停留時間。

曝氣法能耗高、適用于大型湖泊水庫，對于中小型湖泊水庫及短期水華行為經濟性和實用性較差。

2.1.3 活性炭吸附

低劑量的粉末活性炭對藻毒素的作用效果甚微，劑量提高后去除較好;而顆粒活性炭的去除毒素效果較好且用量較粉末活性炭要少。活性炭對藻毒素的吸附效果與其主孔徑的分布狀況直接相關，并且還會吸附部分耗氧量，且價格相對較高，在實際應用中并不廣泛。

2.1.4 膜分離技術

超濾是介于微濾和納濾之間的一種過程，膜孔徑范圍為0.05μm至1nm。用超過濾法可去除水中98%的藻毒素，而反滲透法和納濾的去除率更高[1]。但是原水中的有機物會污染或堵塞膜，限制了膜技術的應用。而且由于膜分離技術成本高，發展中國家尚不宜推廣。

2.2 化學藥劑方法

2.2.1 硫酸銅

硫酸銅是研究和應用最早的殺藻劑。銅是重金屬，進入細胞體后，會發生氧化反應破壞葉綠體等胞內物質，直接影響藻細胞的光合作用、呼吸作用和酶的活性，抑制藻類生長。

但過量使用硫酸銅會導致水中銅離子含量超標，破壞水生態，最終危害人體健康。而且硫酸銅會破壞藻細胞，使細胞內大部分藻毒素滲入水體中，增加水體中藻毒素的背景濃度。

2.2.2 高錳酸鉀

KMnO4的氧化性能提高藻類滅活率;還原生成的水合二氧化錳會沉積在藻細胞表面提高比重改善其沉降性能;水合二氧化錳還能嵌入有機物內部并以橋聯作用促進顆粒間的聚合，從而通過強化混凝提高對藻類去除率。投加KMnO4對堿性水的除藻效果優于中性或酸性水。但是在應用KMnO4投加過程須注意色度和錳超標問題。

2.2.3 二氧化氯

ClO2在水中以中性分子存在，快速擴散到藻細胞表面，與半胱氨酸的巰基(-SH)反應，使以巰基為活性點的酶鈍化，迅速控制藻類蛋白質合成。

ClO2必須在使用地點制造，在一定程度上限制了其應用，而其過量的副產物亞氯酸鹽會引起人體溶水性貧血癥，使用時應注意使用標準和監管標準。

2.2.4 高鐵酸鹽

高鐵酸鹽能夠破壞藻類細胞表面結構，刺激胞體向周圍介質中釋放胞內物質，這些胞內物質具有大分子結構，在混凝過程中能起到助凝作用。另外，高鐵酸鹽分解后產生的氫氧化鐵膠體能夠吸附并沉淀到藻細胞表面，降低藻細胞穩定性。因此，高鐵酸鹽對水中藻類的去除是氧化和絮凝協同作用的結果。

但高純度固體高鐵酸鹽制備工藝條件苛刻，生產成本昂貴;而液體高鐵酸鉀生產成本雖然較低，但其在水溶液中穩定性差，作為水處理高效藥劑受到制約。

2.2.5 臭氧

臭氧氧化能力強，反應速度快，分子態O3可以擴散至藻細胞內部，破壞細胞器官機能，滅活藻類;而分解產生的羥基自由基、新生態氧原子等二次氧化基團活性極強，作用于藻細胞的表面，殺滅藻類。

O3工藝存在設備和基建投資大、運行管理費用高、溴酸鹽生成等缺陷。而O3殺滅藻類釋放出的胞內有機物作為消毒副產物前體物的重要組成部分，含量隨氧化接觸時間增長，會有不同程度增加，增加后續消毒工藝風險[2]。

2.2.6 高錳酸鹽復合藥劑(PPC)

PPC以KMnO4為主劑，與多種輔劑組合制成復合劑，藥劑間協同作用能夠促進有利于除污染中間價態介穩產物的形成。處理含藻水時，可破壞藻類有機膠質層，使氧化劑易于透過細胞壁擴散，破壞細胞內酶系統。而在強化混凝中，其將覆蓋在渾濁物顆粒表面的有機物氧化降解，使顆粒物和藻細胞便于絮凝。PPC在殺藻過程具有包括氧化、助凝、吸附和強化共沉降等多重功效，其中間產物新生態水合二氧化錳還具有吸附核心的功效。

2.3 電化學方法

超聲波方法通過超聲空化產生的高壓、沖擊波、聲流和剪切力，使細胞生物組分發生變化，抑制其生物合成和光合作用;同時破壞藻細胞氣囊，強化藻細胞個體凝聚，通過混凝沉淀工藝得以去除。此方法在強化藻細胞凝聚同時又避免藻毒素的釋放，控制了二次污染發生。

采用脈沖變頻磁電場和應用管流式電化學氧化滅藻也都取得了很好的效果。電化學法高效性已得到廣泛驗證。然而，高成本運行費用和對原水濁度等條件要求較高，限制了其在生產中的推廣應用。

3 結語

(1)上述方法可與傳統供水技術結合，共同應對水源水的大規模藻類爆發，保證城市供水。

(2)近年來出現的高級氧化技術對于藻類及藻毒素的去除效果良好，但多數處于研究階段，尚不具有大規模應用效果。

(3)通過恢復大型水生植物和發揮以藻類為食餌的魚類等生物控藻技術，是解決問題的長期策略。目前，生態恢復和生態工程治理水體富營養化已經成為全球淡水生態系統研究的前瞻性領域，而生物治理能夠修復受損水體生態系統，提高水體自凈能力，改善富營養化水質，具有廣闊前景。

參考文獻

[1]李哿，孔進，王立鵬，等.微囊藻毒素去除技術研究進展[J].安全與環境工程，2009，16(4):49-51.

[2]嚴敏，紅英.去除藻毒素的水處理方法[J].浙江工業大學學報，2005，33(6):652-656.