飲用水中藻類污染及其控制技術

方旭東，張茜

（天津渤海職業技術學院，天津 300402）

本文對飲用水中藻類污染的危害、藻類污染檢測方法及控制技術進行了全面綜述。

1 飲用水藻類污染的危害

水源水中普遍存在并對給水處理影響較大的藻類主要包括來自藍藻門的微囊藻、顫藻、平裂藻、藍纖維藻，綠藻門的柵藻、十字藻、衣藻，硅藻門的直鏈藻、小環藻，以及隱藻門的隱藻和裸藻門的裸藻等。其中，微囊藻是水源水中檢出頻率最高、含量最多的藻類之一。

藻類繁殖對市政供水的主要危害包括如下幾點：

1.1 對水廠運行管理的不利影響

藻類細胞一般帶負電荷，在水中具有較強的穩定性，不易凝聚，為了達到預期的混凝效果，就需要投加更多的混凝劑；同時，當藻類水量較多時，可造成濾池堵塞，特別是當水中藻類數量大于2×106個/L 時，濾池堵塞現象十分嚴重[1]。

1.2 對產水水質的不利影響

藻類分泌物一般帶有異味，通常為土霉味、魚腥味等，是導致用戶投訴的主要原因之一。藻類代謝產生的異嗅物質最為常見的是2-甲基異冰片（2-MIB）和土臭素。常規處理工藝對2-MIB 和土臭素的去除效率很低，一般需要通過深度處理如臭氧-活性炭工藝，或在藻類高發季節采用投加粉末活性炭等應急措施來保障出廠水達標。

死亡后的藻類分解形成腐殖質，一方面增加了水的色度，另一方面其可溶性代謝產物也是氯化消毒副產物的重要前體物。在藻類高發季節，為滅藻需要投加更多的消毒劑（氯），更加劇了消毒副產物的產生。

水源水中常見的藍藻、魚腥藻、顫藻等在死亡分解過程中會釋放藻毒素。其中分布最廣且與人類關系最為密切的是藍藻產生的微囊藻毒素（MC），是迄今發現的最強的一種肝腫瘤促進劑。我國《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）規定飲用水中的微囊藻毒素含量最高限值為1μg/L。

1.3 對管網的不利影響

常規工藝對藻類的去除不徹底，穿透濾池的藻類進入市政供水管網后，其分解產物可作為管網微生物生長、繁殖的基質，引起配水管網中的細菌再生長而造成二次污染。

2 藻類污染的檢測技術

2.1 藻類的檢測技術

水樣中藻類的檢測通常采用顯微計數和測定葉綠素a 兩類方法[2]。

借助顯微鏡和計數框對水體中藻類的數量或體積直接進行定量稱為顯微鏡計數法。可以采用總細胞計數、自然單位計數和標準單位計數3 種方法。為了使計數更準確，李金忠等[3]采用顯微圖像處理系統代替人眼直接觀察，可防止以往出現的漏檢錯檢等問題；在顯微鏡類型上，賀小芮等[4]采用倒置顯微鏡測定藻類，提高了測定結果的穩定性和準確度。

葉綠素a 在一切浮游藻類里大約占有機物干質量的1%～2%，是估計藻類生物量的重要指標。分析葉綠素a 的主要方法有分光光度法、熒光法和HPLC 法。分光光度法通常用提取劑（丙醇，也有采用乙醇）萃取藻類濃縮樣的色素，在指定波長下測定吸光度，然后計算出濃度。熒光法是利用葉綠素a在430nm 波長光照激發下產生663nm 的熒光，測定熒光強度，從而計算出含量。利用有機溶劑進行預處理，采用HPLC 進行分析的方法稱為HPLC 法。該法的靈敏度較高，戴榮繼等[5]采用HPLC 對葉綠素進行定性和定量分析，表明HPLC 比熒光法更為快速和準確。

2.2 藻毒素的檢測技術

淡水水體中藻毒素主要由藍藻門產生，其中最重要的是微囊藻（主要有銅綠微囊藻、綠色微囊藻、惠氏微囊藻等）。常用的分析微囊藻毒素的定性、定量的方法有小鼠生物測試、化學法（HPLC、LC/MS）、蛋白磷酸酶抑制分析法（PPIA）、酶聯免疫吸附法（ELISA）、細胞毒性監測技術等[6]，其中尤以化學法和ELISA 應用最為廣泛。

表1 藻毒素檢測技術的優缺點對比[6]

采用酶聯免疫吸附法（ELISA）可定量分析水中微囊藻毒素，檢出限為0.2ng/mL，朱光燦等[7]采用此種方法太湖藍藻水華暴發期間微囊藻毒素的含量變化。

采用HPLC 定量分析水中微囊藻毒素，檢出限較低，準確度較高，傅曉欽等[8]采用此種方法分析寧波市飲用水源地爆發藍藻水華時微囊藻毒素的污染情況。

3 飲用水藻類常用的去除技術

飲用水傳統凈水工藝對藻類的去除效率較低，混凝凈水單元中的攪拌甚至可能會使藻細胞破碎并釋放毒素，增加水中藻毒素的濃度。對太湖藍藻水華暴發期間常規凈水工藝去除藻類特性的研究表明：傳統凈水工藝對細胞外微囊藻毒素的平均去除率只達到41.7%，總微囊藻毒素的平均去除率僅為76.0%[7]。

強化常規工藝、組合處理工藝、預處理技術等技術的應用可提高了傳統凈水工藝的除藻效果。

3.1 預處理技術

通常采用的除藻預處理技術有物理法、化學法、生物法等，其中物理法比較簡單，利用機械篩分、強制截留的物理手段將雜質從水中去除，常用的設備是微濾機。化學法和生物法除藻應用更為廣泛[9]。

3.1.1 化學預處理

通過投加化學氧化劑（氯氣、二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀、高錳酸鉀復合藥劑（PPC）等）和某些鹽類（銅鹽和Ca(OH)2等）去除藻類。

氯系除藻劑主要包括氯氣、次氯酸鈉、漂白粉等。預氯化可殺死藻類，使其易于在后續工藝單元中去除；采用預氯化工藝水中的余氯可持續滅藻的功效，可以防止或減緩殘余藻類在后續工藝的增長繁殖。但在氯化過程中，氯與水中有機物作用，可能生成三鹵甲烷等多種有害副產物。

相比于氯氣（液氯），二氧化氯的氧化能力更強，并可減少氯化消毒副產物的生成，且除藻效果較好。濟南玉清水廠采用常規工藝與ClO2組合進行除藻，濾后水中葉綠素a 含量低于0.3μg/L[10]。

預臭氧化是一種有效的預處理方法，它和常規處理配合使用是處理富營養化水源水藻類污染的有效途徑之一。趙志剛等[11]采用O3預氧化對灤河天津段高藻期藻類的去除效果進行研究，結果表明：經O3氧化處理的水樣，最高除藻率達到60%左右。

研究認為，KMnO4對堿性水的除藻效果優于中性或酸性水，一般高錳酸鉀投加量為1～3 mg/L。近年來，關于高錳酸鹽復合劑PPC 的研究應用較多，在除藻方面，在高藻期研究發現，PPC 預氧化除藻效果優于O3、Cl2等[11]。

硫酸銅或含銅的有機螯合物以及Ca(OH)2是經常用于滅藻的化學藥劑。銅鹽可破壞某些藻類的細胞壁、細胞膜及內含物使其滅活甚至解體，從而殺死活體藻細胞，一般多用于藻類爆發時的水體修復。

3.1.2 生物預處理

近年來，采用生物技術除藻類的研究應用較多。一般生物預處理對藍藻、硅藻、裸藻的去除率較高，但對綠藻的去除率較低。劉英等[12]采用活性濾池對某市水源水進行處理，結果表明：活性濾池對藻類有較強的去除效率，可達到80～90%。朱光燦等[13]采用三階生物膜反應器去除太湖富營養化湖水，藻類的去除率達到了90%以上。

3.2 強化常規工藝

采取各種措施對混凝、沉淀、過濾等水處理單元工藝進行強化，可提高水中藻類的去除率。

強化混凝技術主要通過提高混凝劑投加量并優化混凝條件來提高常規工藝的處理效果。天津楊柳青水廠將混凝劑投加量由平時的4～6 mg/L 提高到13 mg/L 左右，提高了高藻期的除藻效率[14]。

因為藻類密度較小，采用氣浮可以取得較好的除藻效果。對常規工藝進行改造以氣浮工藝代替沉淀工藝，可提高藻類和藻毒素的去除效果。

通過改變過濾的方式、濾料的組成、濾料的表面性質可提高濾池的除藻效率。煙臺某水廠為單層石英砂濾池，增加一層無煙煤，增大了表層濾料間的孔隙。采用煤—砂雙層濾池后，提高了高濃度含藻水的處理效果[15]。

3.3 組合處理工藝

臭氧—氣浮組合工藝適合低濁、低色、低有機質的水源，法國奧頓水廠和Joinville 水廠利用該法進行了半生產性試驗，獲得了較好的處理效果。

臭氧—活性炭工藝是目前應用非常廣泛的深度處理工藝，具有非常高的除藻和藻毒素去除效率。謝曙光等采用臭氧—活性炭組合工藝處理黃河微污染水源，對藻類的總去除率達到了76.9%[16]。

濰坊眉村水廠采用氣浮-粉末活性炭強化處理，結果細胞外微囊藻毒素的平均去除率達到了69.2%，總藻毒素的平均去除率達到96.3%，此工藝比投加KMnO4或預Cl2的效果好[10]。

臭氧、活性炭、氣浮等可以與生物法聯用，除藻效果比較理想。研究發現，臭氧—生物陶粒對藻類總數的去除率比單獨的生物陶粒提高了25%左右。采用生物接觸氧化池—氣浮工藝處理北京城子水廠源水，藻類去除率能夠達到80%以上[17]。周真明等[18]將揚水曝氣與生物接觸氧化池結合進行灤河源水除藻，對葉綠素a 的去除率達41.7%，對藻類的總平均去除率為34.3%。

4 結語

4.1 目前水中藻類含量的檢測方法常用顯微鏡計數法和葉綠素a 法；而藻毒素含量的檢測則多采用特定的分析儀器，開發新型快速準確的藻類計數方法和藻毒素檢測計數是當前的研究熱點之一。

4.2 預氯化、預氧化、強化混凝、氣浮工藝等是目前較為常用的除藻工藝。生物預處理及其組合工藝可有效去除藻類和藻毒素，出水穩定、水質安全性高，正越來越受到重視。水廠除藻還需應對藻類季節性發展的特點，采用更加靈活的工藝組合和優化方式，提高飲用水安全保障水平。

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