组合水处理工艺除藻效率探讨

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第8页 共8页组合水处理工艺除藻效率探讨岳舜琳(净水技术杂志社 上海 200072)摘 要： 文章介绍了复旦大学基于藻毒素MC-LR在饮用水中的限值为1µg/L提出的饮用水源水中蓝藻细胞密度的限值为9.1×105个/L，并导出出厂水总藻细胞密度的限值应为(1.529.12)×106个/L，介绍了出厂水中叶绿素a的限值0.30.5µg/L按此三类限值(藻毒素，总藻密度，叶绿素a)，对组合工艺(3个水厂的常规水处理工艺，3个水厂的强化常规处理工艺，3个水厂的深度处理工艺)的除藻，除藻毒素，除叶绿素a的效率进行了评价，认为水源水中藻细胞密度是出厂水藻密度是否符合限值要求的主要因素。故要加强水源防护。著者根据藻细胞尺寸及藻毒素，藻的致臭物，叶绿素a的分子量大小，提出强化絮凝沉淀，采用高分子絮凝剂流化床接触絮凝澄清池，生物接触氧化池，气浮池等工艺可有效去除藻细胞及其所含藻毒素。不采用预氯化，防止破坏藻细胞，释放藻毒素，增加消毒副产物.以叶绿素a评价净水效率测定方法上可能.存在一些问题.Exploration on the Algae Removal Effect with Composite Water Treatment ProcessYue Shunlin（Wster Purification Technology Publishing House Shanghai 200072 ChinaAbstract： In this paper，the limit value of cyanobacteria cells density 9.1×105cells/L in the source water for drinking use，recommended by Fudan University based upon the limit value of microcystin toxin MC-LR 1µg/L and the drived limit values of total algae cells density (1.529.12)×106cells/L for the finished water were introduced .With this value, limit value of microcystin toxin 1µg/L and of chlorophyll a 0.30.5µg/L,evaluation of the water purification effect of 9 water plants using 3 kinds of composite water treatment processe (conventional,enhanced conventional and advanced ) were made.The results indicated that the total algae cells density of the source water is the main factor to determine whether the finished water is in complain with the above requirements or not and the protection of the source water from contamination must be strengthened. Enhanced coagulation and sedimentation, application of high molecular polymer coagulant aid for contact flocculation and floatation are effective measures to remove algae cells and thus to remove algae toxins.Oxidants, especially chlorine is not recommended for pre-oxidation treatment due to it's ablity to destroy the algae cells and thus toxins released and DBPs increased.Problems in the determination of chlorophyll a exist probably for enaluation of the algae removal effect.湖泊，水库水富营养化导致藻类繁殖，水有霉臭，腥臭。藻毒素又是致病源。除藻，除藻毒素成为当前我国给水工作者的重要的课题之一。本文主要对组合工艺常规组合工艺和水质深度处理工艺除藻和除藻毒素的效率进行分析和评价。1 生活饮用水中藻密度的限值1998年世界卫生组织(WHO)出版的"饮用水水质准则"增补版推荐饮用水中总微囊藻毒素MC-LR的安全限值为1µg/L，2001年我国卫生部<<生活饮用水卫生规范>>，2002年颁布的<<地表水环境质量标准>>(GB-3838-2002)，以及2005年建设部颁布的<<城市供水水质标准>>，都采用了这一限值。2002年上海复旦大学公共卫生学院鉴于藻细胞密度测定较测定MC-LR为简易，根据多年对藻密度与MC-LR测定的结果回归所获得的两者的关系式，提出了饮用水源水中藻密度的安全限值，警戒限值，危险限值 (1)。2005年5月17日卫生部组织的全国环境卫生标准委员会鉴定了该学院提出的饮用水水源中，蓝藻密度的限值为9.1×105个/L (2)并作为推荐性国家标准的报批稿上报。这一限值对于评价水源水水质提供了依据，但他们并未提出评价生活饮用水中总藻密度的限值。按照该学院调查资料(2)总藻密度中蓝藻细胞占10%60%.为此可以认为饮用水源水总藻密度应为1.5×106 9.1×106 个/L。他们在推导出9.1×105个/L这一限值时，是按照常规水处理工艺，处理含藻106个/L以上时，除藻率为95%考虑的，故可推断出出厂水总藻密度的限值为7.6×1044.55×105个/L。藻密度与叶绿素a呈正相关，是无庸置疑的，测定叶绿素a就间接测定了藻密度.有人提出自来水中的叶绿素a要小于0.1µg/L，但也有人认为0.30.5µ/L即相当于AOC915µg/L已足够严格(3)。，后者可作为衡量水厂除藻后的另一个标准。 2 常规水处理工艺除藻除藻毒素 2.1宁波市两水厂采用常规处理工艺，用液相色谱法测定藻毒素，结果见表1。(4) 表1宁波市常规水处理工艺除藻及除藻毒素效率水厂时间藻细胞藻毒素(胞内)藻毒素(胞外)原水106个/L管网水106个/L去除率%原水g/L管网水g/L去除率%原水g/L管网水g/L去除率%C2、4、6、8、10月3.154.560.060.1496.998.10.10.5700.3833.31000.140.9200.1214.3100M2、4、6、8、10月3.595.030.020.0898.499.40.100.4400.1825.010001.4801.0926.380.3可见宁波市原水和管网水的藻密度和藻毒素都符合要求。2.2.无锡市梅梁湖水厂采用预加氯和后加氯常规组合工艺处理梅梁湖水,水处理效果见表2（5）表2梅梁湖水厂常规工艺除藻除藻毒素效果(5)时间项目原水原水加氯去除率%沉淀池去除率%过滤去除率%出厂水加氯去除率%总去除率%藻密度107个/L1.79.223.534.651.560.061.790.07.365.793.897.57月9月叶绿素g/L176526.241.252.170.050.073.933.3>99.993.8>94.1藻毒素g/L0.181.850.113.412.935.922.559.4047.764.77.64由于原水藻密度接近108个/L，故梅梁湖水厂出厂水藻密度为0.7×106/L3.2×106个/L，叶绿素a为14mg/L，均超过前述要求，两者都须要降低1个数量级。但出厂水藻毒素为0.043 µg/L0.65µg/L，尚符合要求。2.3常规工艺原水中投泥除藻 广东开平以大沙河水库水为原水，全年90%以上时间的浊度在10NTU以下，藻密度在(15)×106个/L，CODMn一般为0.82.5/L，采用原水中投泥和后常规水处理工艺处理，生产试验证明，原水浊度在3-10NTU，投加泥浆水，使浊度提提高到1520NTU之间，絮凝 沉淀除藻率达到80%90%，不投泥只则为60%，投泥除藻，在滤池运行30 h后，除藻率仍可达到97%以上，不投泥，滤池运行不足30 h，除藻率仅为70%，投泥除藻的同时将臭除去，但原水投泥后，细菌总数，大肠菌及耗氧量略有提高。开平水厂原水藻密度符合限值要求，出厂水藻密度亦符合要求。（6）2.4气浮结合砂滤除藻武汉市东湖水厂采用气浮滤池工艺除藻。原水预加氯0.81.0 mg/L，19931995年生产实测除藻效果如表3表3武汉东湖水厂历年除藻效率1993年1994年1995年原水藻量个/L气浮去除%过滤后去除%原水藻量个/L气浮去除%过滤后去除%原水藻量个/L气浮去除%过滤后去除%2355×10367.483.119894×10368.081.116274×10366.982.8仅气浮工艺可除藻平均达67%，经砂滤后又增加了15个百分点，但由于原水藻密度在107个/L以上，过滤后总去除率仅83%。出厂水藻密度1993年为4×105个/L，符合限值要求，其余两年分别为3.8×106个/L 和2.8×106个/L，不符合要求。2.5济南玉清水厂将氧化剂KMnO4，Cl2，ClO2与常规水处理工艺结合，进行了除CODMn，叶绿素a，及藻毒素的研究，结果见表4表4 加KMnO4及Cl2-常规处理各工艺试验结果比较（济南玉清水厂）(7)水质加KMnO40.5mg/L加Cl21.0 mg/L原水沉后 %滤后 %出厂 %原水沉后 %滤后 %出厂 %CODMn mg/L4.864.52 73.58 26.33.42 29.64.824.62 4.24.31 10.64.01 16.8叶绿素a µg/L23.815.3 35.75.83 75.50 10020.820.8 07.8 62.50 100总藻毒素µg/L1.00.75 25.00.45 55.00.35 651.10.68 38.20.58 47.3.0.49 55.5从表4可见，加KMnO4工艺较Cl2为好，原水叶绿素为20.8-23.8µg/L，总藻毒素为1.0-1.1µg/L，藻污染已达到一定程度，经KMnO4或Cl2强化常规后，藻毒素均低于1µg/L，但叶绿素a去除似有疑问，是测定问题？还是叶绿素a被氧化？需进一步研究。CODMn都大于3mg/L，超标。表5 二氧化氯强化常规工艺（济南玉清水厂）(7)水质常规 ClO2+常规 叶绿素aµg/L %EMCµg/L %叶绿素aµg/L %EMCµg/L %原水9.8 -0.46 -9.8 -0.46 -反应后3.4 650.26 430.3 970.15 67沉淀后10.1 -30.25 461.0 900.12 74过滤后4.4 550.28 39ND 1000.11 76常规加ClO2显然比单纯常规工艺为好，从叶绿素a来评价，过滤后的水只有ClO2+常规低于0.3µg/L。叶绿素a存在于藻体中，沉淀后，或氧化剂后，藻细胞仍有大量存在与前面一样，加氧化剂ClO2叶绿素a即检不出。潍坊村水厂采用气浮-粉末活性炭强化处理，结果见表6表6气浮-粉末活性炭(气浮后混凝前加)-常规处理(潍坊眉村水厂)(7)工艺浊度NTU色度度CODMnmg/L %叶绿素aµg/L %藻毒素µg/LEMC %IMC %TMC %水原水13.31586.3 -25.7 -0.26 -2.2 -2.46 -气浮后9.51096.0 4.85.1 80.20.23 11.50.4 81.80.63 74.4粉末炭后5.7685.4 14.31.1 95.70.26 00.3 86.30.56 77.2沉淀后3.7183.9 38.10 1000.16 0.1 95.40.26 砂滤后2.9203.1 50.80 1000.17 34.60.2 91.90.37 85消毒后2.902.6 58.70 1000.08 69.20.1 95.40.09 96.3常规-3.78 409.25 64-1.03 58此工艺似较加KMnO4或预Cl2为好，CODMn，叶绿素a，TMC都及格，单纯常规三者都不及格。从常规水处理工艺几例可见（1）宁波，开平水原水藻密度为-106个/L，一般常规水处理可使出水藻密度符合前述出厂水限值要求，（2）梅梁湖及东湖水原水藻密度在1×107-1×108个/L之间，气浮+过滤和一般常规处理，出厂水超过限值1个数量级，梅梁湖出水的叶绿素a浓度为1.02-3.9µg/L，也需要再降低1个数量级，即水处理工艺要加强。（3）从三例强化常规水处理工艺来看，于原水叶绿素a较低时（9.8µg/L），常规处理出水为4.4µg/L，不合格，而用预加ClO2，出水即不检出，而当原水叶绿素a为23.8和25.7µg/L时，预加KMnO4或Cl2，滤后叶绿素a都大于0.5µg/L，只是由于后加氯出厂时降为0µg/L（未检出），但总藻毒素滤后水却都小于1µg/L。采用气浮，粉末活性炭+常规处理，滤后水叶绿素a即不检出，总藻毒素也低于1µg/L。3 深度处理工艺济南玉清水厂采用气浮，砂滤，臭氧活性炭处理含藻水的结果见表7表7济南玉清水厂气浮-O3-BAC含藻水现场及装置各工序试验结果（济南南郊水厂）（7）工艺UV254cm-1 %CODMnmg/L %叶绿素aµg/L %EMCµg/L %气浮前0.034 -2.90 -1.2 -0.250 -气浮后0.033 32.76 4.80.79 340.09 6.4砂滤后0.033 34.16 - 0.31 74.20.101 59.6O3出水0.003 91.22.36 21.10.30 75- -活性炭后0.003 91.20.70 95.90.04 97- 100水质较好与玉清，眉村两水厂工艺无可比性，由于原水水质较好，CODMn，叶绿素a，都合格。表8 北京第九水厂除藻效率(年平均值)(8)1994年1995年原水藻量个/L澄清池除藻%煤砂滤池滤后除藻%活性炭滤池滤后除藻%原水藻量个/L澄清池除藻%煤砂滤池滤后除藻%活性炭滤池滤后除藻%3153×10388.0789.5396.382154×103-91.97出水藻密度分别为7.14×105个/L和1.79×105个/L，符合限值要求。瑞士苏黎世Lengg水厂除藻工艺及效率见表9。表9Lengg水厂1984,1986,1988三年平均除藻率（9）原水含藻密度预氯化，微絮凝双层滤池过滤后除藻率%加O3，GAC滤池过滤后除藻率%慢滤池过滤后除藻率%2553×10355.186.091.03年出厂水藻密度平均值为2.3×105个/L，符合限值要求。从三例深度水处理工艺可见:（1）玉清水厂由于水源水质较好，叶绿素a仅为1.2µg/L，活性炭滤后只有0.04µg/L，总藻毒素未测，估计应为合格的。（2）北京及苏黎世水原水藻密度为2×106-4×106之间，符合水原水藻毒素限值。北京和苏黎世出厂水基本上符合藻密度限值。4.讨论和结论4.1从前面介绍可知，原水中藻细胞密度符合限值要求时，经过常规处理或深度处理，出水藻细胞密度及藻毒素都符合限值要求，故保护水源是首要任务。4.2处理含藻水的任务是去除水中的下列物质 藻细胞尺寸大，可以通过絮凝沉淀去除。文献（10）证明加有高分子助凝剂的流化床接触絮凝可有好的除藻除藻毒素效率，生物接触氧化池亦可有高的除藻除藻毒素效率（目前已有定型设备高效澄清池Densade（11）和ACTIFLC（12，）强化混凝气浮，可除藻40-90%，有资 表10含藻水中与藻有关的物质分子量尺寸大小适宜处理工艺藻细胞-1µm20µm易于在混凝沉淀,过滤中去除藻毒素MCRRC49H75N13O121038.21其分子大小最易被孔径2-50nm容积大的活性炭吸附(2)易于被活性炭吸附,或被氧化剂破坏MCYRC54H72N8O121045.19MCLRC49H74N10O12995.17致臭物geosminC12H22O182属于A大小但存在于藻体内随藻细胞一道去除2-MIBC11H20O168叶绿素aC32H30CN4MgCOOCH3893。 COOC20H39大体与藻毒素同随藻细胞一道除去料证明若再经过砂滤可进一步提高除藻率，在除藻工艺中应列为首选。藻毒素及致臭物及叶绿素分子量在1000或以下，在混凝测定中或预氧化中，可去除一小部分，余量要在后续处理的后氧化或砂滤，活性炭过滤中被氧化或吸附得以除去一部分。4.3不采用能破坏藻细胞释放藻毒素（15）且又生成卤代烃消毒副产物的预氯化工艺，高锰酸钾，二氧化氯预氧化，生物接触预氧化，在一定条件下亦可选用，它们对去除胞外藻毒素有效。4.4有关藻类的水质标准中藻密度及叶绿素a目前只是推荐性的，因为两者测定都比较方便，便于日常生产使用，藻密度的标准是根据它与藻毒素的相关式推导的，现在看来要求较高，而较安全，可以根据水源水对照此标准选用合适的水处理工艺，所需基建及运行费用见表11表11 四工艺所需费用水处理工艺基建费元/m3.d运行费元/ m3ClO2强化100.15KMnO4强化混凝100.004气浮-过滤-臭氧-活性炭2600.18-0.21气浮-粉末活性炭-常规处理700.14.5叶绿素a存在于藻体内与藻密度应有较好的相关关系，叶绿素a的测定较藻密度为简单，故生产上可以测定前者来控制生产，但叶绿素a在测定上存在一定需要研究的问题。4.6有资料报道沉淀池积泥区积泥中含藻，死亡后回释放藻毒素，故宜勤排泥，排泥水浓缩池的上清液不宜回流到水厂进水设备再利用，应在藻细胞都消失后（8天后）方可使用。生物接触氧化的填料上，含有藻细胞被截留，滤池滤料上同样有藻细胞截留，截留的藻细胞在其消亡过程中会释放藻毒素，成为胞外藻毒素。参考文献1 .施玮，蒋颂辉 朱惠刚 饮用水源中藻类限值研究J净水技术2000年特刊p15-192 复旦大学公共卫生学院环境卫生教研室饮用水源水中蓝藻细胞密度限值编制说明3 G.OsKam and etal “Eutrophication and development of algae in saface water”-a threat for the future 国际供水协会第20届年会论文集SPECIAL SUBJECT ss.8-1-8-104 张晴浩，任基成，朱惠刚等 原水中藻毒素污染的探讨 中国给水排水2000.18（4），23-255 戎文磊，周圣东，奚稼轩 水厂常规处理工艺去除藻毒素的研究 净水技术 2004.23（1），1-36 芙心丽 净水工艺投泥除藻的研究 净水技术 2003，22（6），4-67 山东省城市供水藻类污染控制课题组 山东省城市供水藻类污染特征及水厂除藻工艺的现场试验研究 给水深度处理研究会 2004年年会论文集8 Li Wanging etal Rsearch on Odour Origin and TreaTment Technology for Reservoir Water“Water and wastewater Treatment Proceedings of International conference，July 12-16，1994 Beijing ，chiona vol。1，p170-1809 岳舜琳 瑞士苏黎世浪格湖水厂净化工艺效果 供水排水 1991.3.8-1110 李镜明等 高营养化湖水絮凝新工艺的试验研究 给水排水 1992，6（8），4-911 陆晓如 周雅珍 黄竹君 高效澄清池在黄浦江原水中的应用研究J净水技术2004.21（2）14-1612 罗启达。周克明 陈伟 ACTIFLO 一种新型高效水处理澄清池J净水技术2004.23）1）38-4113 李家庆等 高营养化湖泊水源水生物预处理研究 中国给水排水 1992，6（8）4-714 吕锡武 朱光灿 藻类与藻毒素阶式生物膜反应器中的去除特性 给水深度处理研究会2004年年会论文集53-57 济南15 贾瑞宝 微囊藻毒素的特性及水质净化工艺选择 给水深度处理研究会 2004年年会 论文集p75-7916 Mary Drikas Gayle Newcombe Brenten Nicholson Water Treatment Options for Cyanobacteria and Thrir Toxine 给水深度处理研究会 2004年年会论文集7-29第 8 页 共 8 页