如何处理水体污染?及有效控制水华、蓝藻爆发?

如何处理水体污染?及有效控制水华、蓝藻爆发?
如何处理水体污染?及有效控制水华、蓝藻爆发?

如何处理水体污染?及有效控制水华、蓝藻爆发?
原水藻类控制和处理
给水企业对于水源水体藻类的控制当前大多只能是局部应急除藻,根据中科院治理滇池蓝藻水华污染经验,控制藻类水华的技术可归纳为6类,即采用杀藻剂的化学法,采用动力将藻类收获并使之与湖泊水体分离的机械清除法,调节营养盐的输入、控制磷输入的营养控制法,通过机械混合或曝气破坏湖泊垂直分层的曝气混合法,通过增加湖水流量来缩减滞留时间等方式的水动力学控制法,以及包括生物操纵法及微生物除藻技术在内的生物控制法等等.
一般来讲,在水库、湖泊中,应急控制藻类有以下方法可供选择：
3.1.1对流域面积不大,以蓄水为主的基本上用于城市供水的水库,在进水端加注混凝剂并增设混合和一定的絮凝设备,可使进入水库、湖泊水的磷含量降到0.05mg/L以下,甚至0.005 mg/L.使水源处在贫营养和接近贫营养状态,以控制藻类繁殖.
3.1.2水库、湖泊中藻类、藻毒素的含量与水深和水层有很大的关系.以密云水库为例,微囊藻毒素-LR随水的加深,浓度逐渐降低（如下图）.因此,可以充分利用藻类对阳光的依赖性以及水温的影响,通过对上下水层进行混合,改变藻类的生存环境条件,达到控制的目的.
在水深>5m的水库,可装置曝气筒（或扬水筒）.在日本超过100个水库和湖泊使用该装置.实践显示,平均水深超过10m的,控制藻类繁殖和嗅味有良好的效果；平均水深为5～10m的,蓝藻繁殖及嗅味得到控制,但不能控制绿藻及硅藻,特别硅藻明显繁殖；平均水深在5m以下的没有控制效果.约每10万m3设置一个装置,投资及成本相当低.但是该方法依然不能从根本上排除营养成分对藻类的刺激作用而且曝气增氧设备,要求动力大、耗能高,只对小水体比较有效；界层混合只在深度是透光区水深两倍以上的水体中才有效,而目前许多地区的取水点或取水水源平均水深较浅.
3.1.3 在藻类繁殖季节,投加硫酸铜控制其繁殖,适宜的投加量为：蓝藻和硅藻0.12~1.00mg/L；绿藻0.10~1.50 mg/L,其中胶球藻（Coccomyca ）2.5~3.00 mg/L；黄金藻类0.05~0.50 mg/L,其中锥囊藻（Dinobryon ）2.50 mg/L.
但是使用化学药剂除藻,需要向水中引入新的化学成分,有些不仅对藻类有抑制性,对其他生物也存在毒性.如治理微囊藻水华的方法,多用硫酸铜等药物清杀,但在生产实践中发现有时候并不理想,往往在清杀之后,微囊藻水华照样大量出现.此外,现阶段的清杀药物对藻类并无选择性,在杀死微囊藻水华的同时,也杀死了其他藻类,污染了水体.实验表明,硫酸铜的毒性与很多环境因子有关,其毒性随水温的提高而增加,在35℃以上时很容易导致鱼类死亡,使用上存在一定的安全隐患.另外,对大型和具有流动性的水体来说,使用杀藻剂的工作量大,费用较高,效果难以保证；一旦杀藻剂被分解或被稀释,藻类很快会大量繁殖,形成恶性循环.
3.1.4 饲养一定的鱼类和水草或者应用其他生物制剂也有利于控制藻类.
生物方法虽具有综合效益,可高效、广谱的生物技术仍有待于开发.尚不能将有效的噬藻病毒、菌类等成功应用于天然水体；放养大型菌类和水生植物,由于采收与后续处理困难,推广存在难度；采用放养鱼类防治水华,因花白鲢只能摄食消化幼嫩的微囊藻,对细胞壁纤维和果胶质均已老化的微囊藻不起作用.
综合各种研究成果,在水华防治的方法中,多途径治理水中的藻类是相当长时期内需要研究的课题.相对而言,生物技术特别是生物生态工程技术的研究开发,其内在的优越性可能会呈现出良好的发展态势,广谱、高效的噬藻菌、病毒仍是研究的方向.蓝藻是一种介于藻类和细菌之间的原生生物.既有某些细菌的特性,又有叶绿素,所以藻类学家还是将蓝藻划为藻类.但蓝藻没有细胞核,极易受到病毒和真菌的攻击,为研制噬藻菌类和病毒提供了可能；蓝藻有气泡结构,具有上浮和避光的作用,针对多数蓝藻上午下沉,晚间上浮的习性,可采取有效措施,控制蓝藻生长；培养优势菌类种群,调节氮、磷比例也将是解决水华现象的有效途径.
对于藻类繁殖问题,虽然目前国内外已经进行了上述大量的研究,水源藻类的控制和治理对于国内企业依然是相当困难的一个课题.由于目前分管体制等一些原因,使得给水企业只能将更多精力放在给水处理工艺上.
3.2净水厂对原水中藻类控制和处理
常规的处理工艺对藻类和藻毒素有一定的去除效果,以北京市第九水厂工艺为例.
滤池和活性炭对藻毒素均有较好的去除效果,但是通过对比可以看出,活性炭的性能对处理效果影响明显.刚更换新炭的一期处理效果明显优于二期处理效果.出水加氯消毒使得藻毒素的浓度有显著的增加.说明了两个问题：一是出水中仍然有相当数量的藻类透过；二是氯消毒会刺激藻类释放藻毒素或者是藻体破裂导致藻毒素释放.
因此当藻类进入净水厂,较理想的方式是尽可能提高前道工序的去除率,防止藻类透过,主要处理措施有：
3.2.1 进厂水先用金属或合成纤维编织的微滤机过滤.微滤网一般用500目,即孔径40μm,过滤滤速为0.5~3.0m/min.去处率与藻类大小有关同时随着水头损失增加,去除率相应提高.
在日本有部分水厂用纤维编织的长毛绒（毛长7~15cm）替代微滤网,流速600~800m/d,滤速越低去除率越高,稍加混凝剂可提高去除率.据小岛贞男试验,蓝藻去除率96%~99%,硅藻70%~85%,绿藻95%~98%.
机械过滤可以避免化学法时因藻类死亡而释放更多出的藻毒素或者其他有机物质.但是对已经存在的藻毒素等可溶性物质没有去除效果.
3.2.2 生物预处理.在降低氨氮、可降解有机物等的同时,也能一定程度上降低藻毒素含量和嗅味程度（McGuire,1999）,但是对土味素物质几乎没有去除效果（Lin et al.,2002）.
水体中的细菌和其它微生物对藻毒素有一定的降解作用,也叫自净作用,但过程较复杂,所需时间较长,相对缓慢；实验室中采用的人工制造的生物反应器能够迅速而有效的去除藻毒素.吕锡武等人采用序批式生物膜反应器对微囊藻毒素RR、YR和LR进行了生物降解试验研究,结果表明,需氧生物处理对藻毒素的降解远比厌氧生物处理有效.研究还发现,可以降解藻毒素的细菌是极其普通和大量存在的.
3.2.3化学氧化法.前加氯（或ClO2、O3）可提高藻类在常规工艺处理中的去除率,但可能增加藻毒素含量.
Brentonc.Nicholson等人通过试验发现氯气、次氯酸钙以及次氯酸钠与水接触达30分钟后可以除去水体中大约95%的微囊藻毒素YST和节球藻毒素.另有一些科学家通过实验发现氯气、高锰酸钾可能使藻细胞裂解反而使水中的微囊藻毒素YST增加,而使用石灰水或明矾则不会使水中的微囊藻毒素YST增加.因此石灰水和明矾可能比灭藻剂或氯气更适合用于控制淡水中的蓝藻毒素.Stefanj.Hoger等人通过实验研究发现利用臭氧的氧化作用可以去除淡水中的藻毒素,并且不会导致藻细胞裂解.但利用臭氧来去除淡水中藻毒素受藻毒素浓度以及臭氧投加量、反应时间的影响,并需要保持水中有一定量的臭氧残留,才会有较好的效果.现在,有一些科学家正在研究利用光学作用来去处淡水中的藻细胞以及藻毒素.如：微囊藻毒素可以较为容易地通过特定波长的紫外光照射而去除,其去除率和光线的强度有关.研究员将二氧化钛放入注有微囊藻毒素的蒸馏水中,水中的二氧化钛（0~5g/L）受到紫外线的照射后,就会展开破坏毒素的光催化氧化反应讲解藻毒素,研究表明在自然水体中同样适应.
3.2.4物理吸附.活性炭吸附过滤也可以有效的去除一定量的藻毒素,活性炭吸附法可分为粉末活性炭吸附和颗粒活性炭吸附.其中颗粒活性炭的去除毒素效果较好且用量较粉末活性炭要少.另外采用微滤、超滤、纳滤等方法可以将大部分的藻毒素分子去除,但是处理成本太高.目前只有英美等发达国家的一些较大的水厂在使用这种方法.
3.2.5在常规处理中混凝沉淀有望去除藻类80%~90%.从除藻的效果来看,气浮要好于沉淀.气浮对藻类的去除效率与藻类的表面性质有关,某些种类的藻类和气泡亲和力很小,不易和气泡黏附.北京市自来水集团第六水厂试验发现,气浮工艺对蓝藻和硅藻的的去除效果较好,绿藻的去除效果最差.
原水中加泥或加注助凝剂同样有助于提高藻类去除率.在运行工艺中选用合适的混凝剂也有助于藻类更好的去处,例如万水混凝剂厂和中科院合作开发的新型高效混凝剂的除藻效果要远远优于普通的聚合氯化铝.
另外研究发现利用超声波预处理原水可以强化混凝对藻类的去除效果.为达到相同的藻类去除效果,适当的频率、功率下1s的超声预处理强化混凝相比于单纯混凝沉淀节约三分之二的混凝剂量.一般一台超声波杀藻设备的控制水域范围为500~10000m3.
超声波杀藻法是一个比较有前途的新技术,也可以广泛地用应于水库、湖泊等水域的藻类控制.超声波可以将藻细胞中的微气囊击破,使藻细胞团破碎沉于水底,最后被底泥中的微生物所分解.目前该技术在日本千波湖等地已有应用.
3.2.6 直接过滤除藻
直接过滤除藻在欧洲有较多的应用.然而待滤水中藻类过多,会引起滤池堵塞.把滤层改为双层滤料,上面放置15~25cm煤,可改善堵塞状况.另外在待滤水中再加混凝剂（或助滤剂）,可提高滤池滤池的去除率.
一般认为,常规处理过程中硅藻在水处理过程中比较容易去除,而去除绿藻一般需要预氧化,有数据显示,应用澄清池工艺处理河水,预加氯时其去除率约为95%～98%,无预氯化时其平均去除率为85%.但是预加氯会产生较多的卤代有机物,同时一些藻类受预加氯刺激后会产生致臭味物质,因此也可以用其他氧化剂如臭氧、高锰酸钾或二氧化氯等.
藻类和藻类分泌物藻毒素给净水处理带来的诸多问题并没有模式化的处理方案,各供水企业应该根据各自条件,进行必要的试验,权衡得失,因地制宜选用.