藍藻消減裝置對河道水體中藍藻的消減研究

房斌 李朝廷 蔣俊

［1.無錫市環保集團錫寰（無錫）科技評估有限公司，江蘇無錫 214026；2.無錫市環保集團有限公司，江蘇無錫 214026；3.無錫市太湖湖泊治理股份有限公司，江蘇無錫 214026］

1 引言

城市中小河道存在水環境容量較小、水體流動性較差的問題［1-2］。大量繁殖的藍藻將水面覆蓋，阻礙水體復氧，使得水體發臭，嚴重影響河道水質和感觀［3-4］。

自20 世紀60 年代以來，國內外治理藍藻的技術有物理技術、化學技術、生物技術及組合工藝等［5-7］。當前，清除藍藻的方法一般為化學處理和機械打撈［8］。化學處理是采用氧化殺藻或通過金屬離子抑制藻類繁殖［9］，能夠快速清除藍藻，但卻不能從根本上清除藍藻，而且容易對環境造成二次污染［10］。機械打撈是通過機械或人工對藍藻進行打撈［11］，此方法雖可相對徹底地清除藍藻，但浪費大量人力物力，效率不高。本研究在原有機械打撈技術的基礎上，研制出了一種自動化程度較高的新型藍藻消減裝置，并進行了實驗研究。

2 實驗部分

2.1 實驗地點及背景介紹

本實驗地點設在無錫市某一生態治理河道。該河道為斷頭浜，河道兩岸為居住區，居民生活污水存在跑冒滴漏入河的現象，導致河道富營養化，藍藻肆意滋生，河道水質惡化，易返黑返臭［12］。

該河道水質隨季節性變化較大，尤其在夏季藍藻繁殖時期，所以選擇水體中有大量藍藻的7—8 月進行實驗［13］。

實驗期間，河道水體水溫穩定在28～35 ℃，pH范圍為6～9，總氮為5.98～8.13 mg/L，總磷為0.43～0.78 mg/L，高錳酸鹽指數為26.17～78.37 mg/L，葉綠素a 為100～1 000 mg/m3。由水質檢測結果可以看出，河道水質數據符合實驗需求。

2.2 實驗裝置

本研究研制的藍藻消減裝置是通過潛水泵使裝置內外形成液位差，河道藍藻水透過多層吸附載體，使藍藻被截留在載體上。

實驗裝置如圖1 所示。

圖1 藍藻消減裝置示意

實驗裝置由箱體、吸附載體、潛水泵、浮力裝置等組成。箱體前部設有進水口，中部設有卡槽，后部設有排水口；吸附載體由微孔濾料、濾膜與框架組成，將吸附載體插入卡槽；潛水泵固定在底座上；浮力裝置由浮筒、高度調整架組成，可通過上下移動浮筒來調整進水口下沿距水面的位置。

實驗裝置工作流程為：潛水泵將漂浮藍藻的水體從吸入口收集后，通過水壓，藍藻被吸附載體攔截吸附，藻水分離后的水體通過排水口排入河道。其中，吸附載體可從卡槽內抽出更換；可調整吸入口下沿距離水面下1～2 cm，增加有效吸入體積，使藍藻收集效率大大提高。

2.3 實驗方案

實驗中，藍藻消減裝置進水壓力保持0.23 MPa，潛水泵頻率50 Hz，揚程8 m。為測試該裝置運行的穩定性及除藻效果，進行如下實驗。

2.3.1 間歇工作實驗

藍藻消減裝置在每天07：00—19：00 連續工作12 h 后，用清水進行沖洗，第二天繼續運行，連續運行7 d。實驗中，每隔2 h 檢測進出水葉綠素a 濃度。

2.3.2 連續工作實驗

藍藻消減裝置每天連續工作12 h，不進行沖洗，連續運行7 d。實驗中，每隔2 h 檢測進出水葉綠素a濃度。

2.3.3 葉綠素a 濃度變化對藍藻去除率的影響實驗

選擇河道中葉綠素a 不同濃度的區段進行實驗。考察葉綠素a 濃度變化對藍藻消減裝置除藻效果的影響。每種濃度下，裝置連續工作12 h，不對濾膜進行清洗。實驗中，每隔2 h 檢測進出水葉綠素a濃度［14］。

2.3.4 濾膜清洗實驗

連續運行藍藻削減裝置，每隔1 h 對膜通量進行檢測，當膜通量降到180 L/h 時，用清洗劑對濾膜進行清洗，選用酸性、堿性和含酶類的清洗劑以全循環方式沖洗濾膜，沖洗時間設為0.5 h，通過對比清洗前后膜通量恢復情況，來比較3 種清洗劑的清洗效果。清洗后，選擇恢復率較高的濾膜與未污染的濾膜繼續進行12 h 連續工作，每隔2 h 檢測進出水葉綠素a 濃度，對這2 種濾膜的去除率進行對比。

2.4 實驗測定項目與方法

2.4.1 測定項目

運行前在藍藻削減裝置進水口處測定進水葉綠素a 的濃度，運行后在裝置出水口分時取樣，測定葉綠素a 的濃度，考察藍藻消減裝置對藍藻的去除效果。

2.4.2 測定方法

指標的測定分析方法均采用國家標準測定方法。用葉綠素a 含量表示藍藻濃度，分光光度法檢測葉綠素a 含量，取水樣，在水樣中加入w＝1%的碳酸鎂懸濁液［15］，用玻璃纖維濾膜進行過濾，研磨水體浮游植物通過加入90%丙酮提取其中的葉綠素，提取后用離心機以轉速3 500 r/min 進行離心［16］，離心后以90%丙酮溶液作為參比溶液，測定其在630，647，664，750 nm 波長下的吸光度［17］，計算水體中葉綠素a 的含量，單位為mg/m3［18］。

3 結果與討論

3.1 2 種方案葉綠素a 去除率對比

如圖2 所示，2 種方案葉綠素a 的去除率均大于95%，間歇工作實驗葉綠素a 去除率明顯高于連續工作實驗，這應該是由于連續工作實驗時未對濾膜進行清洗，其過濾吸附性下降。連續工作實驗7 d中，葉綠素a 去除率下降趨勢平緩，第6 天時葉綠素a 去除率下降至最低，為95.2%，第7 天時葉綠素a 去除率小幅回升至95.8%，由此可見，該裝置穩定性較好，對葉綠素a 的去除能力較強。

圖2 2 種實驗方法葉綠素a 去除率對比

3.2 進水葉綠素a 濃度對藍藻去除率的影響

進水葉綠素a 濃度對藍藻去除率的影響見表1。

由表1 可知，進水葉綠素a 濃度為130.5 mg/m3時，藍藻去除率達到100%；當進水葉綠素a 濃度大于289.8 mg/m3時，去除率隨著進水葉綠素a 濃度增加呈增長趨勢，這是因為隨著葉綠素a 濃度增大，引起濾膜表面的濃差激化現象增強，使藍藻通過膜的阻力增強，進而提高了藍藻的去除率。

但隨著葉綠素a 濃度的增大，溶液黏度越來越大，使得濾膜通量逐漸下降。葉綠素a 含量為130.5 mg/m3時，平均膜通量為196 L/h；而當進水濃度大于680.4 mg/m3時，平均膜通量基本保持在140 L/h左右。

3.3 濾膜清洗初步研究

不同清洗劑清洗后膜通量恢復情況見表2。

表2 不同類型清洗劑對膜通量的影響

由表2 可知，相較于堿性和酸性清洗劑，含酶清洗劑的清洗效果較好，質量分數5%的含酶清洗劑可使通量恢復到初始通量的96.0%。將含酶清洗劑清洗后的濾膜繼續進行實驗，清洗后的濾膜對葉綠素a的去除率仍然較高，達95.0%（見表3）。由此說明，造成膜污染的主要物質為藍藻淀粉、蛋白質、纖維素等；利用含酶清洗劑清洗后的濾膜恢復狀況良好；藍藻未對濾膜造成不可逆轉的污染，濾膜清洗后可重復使用。

表3 清潔膜與清洗膜對葉綠素a 去除率的對比

4 結論

（1）實驗中，2 種方案葉綠素a 去除率均在95%以上，說明該藍藻消減裝置除藻能力較為理想，利用藍藻消減裝置除藻是切實可行的。

（2）連續工作實驗中葉綠素a 去除率普遍低于間歇工作實驗，這主要是濾膜污染導致，說明該裝置運行過程中應定期對濾膜進行清潔，以保障裝置除藻效率。

（3）濾膜清洗初步研究表明，含酶清洗劑清洗效果較酸性清洗劑、堿性清洗劑好，使用5%含酶清洗劑可使膜通量恢復到480 L/h，為初始通量的96.0%，清洗后的濾膜對葉綠素a 的去除率達95.0%，說明濾膜清洗后可重復使用。