黃河水水庫藻類(lèi)爆發(fā)原因及治理分析

        黃河水作為城市飲用水水源，已被50多個(gè)大中城市所采用。隨著(zhù)城市經(jīng)濟的發(fā)展，許多產(chǎn)業(yè)的排污量相應增加，作為污染物受納水體的黃河水富營(yíng)養化程度在逐年增加。近年來(lái)，作為應用水水源的水庫經(jīng)常出現藻類(lèi)爆發(fā)的現象。

    一、藻類(lèi)生長(cháng)旺盛期出現的各種水質(zhì)參數變化

    圖1為某引黃水庫一年中藻類(lèi)生長(cháng)旺盛出現的規律。

    由上圖看出，藻類(lèi)生長(cháng)旺盛期發(fā)生在季節轉換的時(shí)候，如開(kāi)春、夏秋之交和秋冬之交。這時(shí)，由于氣溫的變化，水深低于5米的水體容易形成大翻動(dòng)，這一點(diǎn)可以從水廠(chǎng)的進(jìn)廠(chǎng)水濁度體現出來(lái)。在水體翻動(dòng)階段，該水庫進(jìn)水廠(chǎng)的濁度由0.7-2NTU增加到5一7NTU。

    水體的大翻動(dòng)使沉積在水庫底泥中的藻類(lèi)及死藻上浮，這時(shí)，由于底泥處于厭氧狀態(tài)，腐殖質(zhì)產(chǎn)生的氨氮含量高，在碳源、氨氮，磷含量足夠高的情況下，光合作用形成大量的藻類(lèi)繁殖。

    圖1中2010年2月的藻類(lèi)總數比前一年同期增大了5倍。主要原因是在20x9年6月水庫水位低于最低警戒線(xiàn)，部分庫底地面已經(jīng)裸露，致使底泥中碳酸鈣大量沉積，為來(lái)年的藻類(lèi)提供了充足的無(wú)機碳源。

    1、藻類(lèi)的爆發(fā)總是伴隨著(zhù)水體中氨氮含量的升高(請見(jiàn)圖2)

    當氨氮含量處于平緩趨勢時(shí)，藻類(lèi)和氨氮的量處于平衡狀態(tài)。

    2、藻類(lèi)的爆發(fā)也總是伴隨著(zhù)COD的增加(請見(jiàn)圖3)

    當COD出現拐點(diǎn)后，藻含量降低，COD和藻類(lèi)的量達到了平衡

    3,藻類(lèi)生長(cháng)旺盛期pH值的變化也有一定的規律性(請見(jiàn)圖4)

    pH值代表了CO2的含量，CO2含量降低，pH值升高，CO2升高，pH值降低。由圖4看出，pH值的波動(dòng)滯后于藻類(lèi)的波動(dòng)，隨著(zhù)藻的增加而增加，隨著(zhù)藻的降低而降低。說(shuō)明藻類(lèi)增加時(shí)，光合作用消耗CO2,藻類(lèi)降低后，光合作用的降低使CO2增加，滯后期為1-- 2天。

    4、顯微鏡觀(guān)察

    通過(guò)顯微鏡觀(guān)察發(fā)現，藻類(lèi)生長(cháng)旺盛期，該水庫的主要藻類(lèi)為硅藻，還觀(guān)察到一些原生動(dòng)物。

    二、水庫中藻類(lèi)變化過(guò)程分析

    一般情況下，生物質(zhì)量從外界加入到水庫，在水庫停留時(shí)間允許的情況下，會(huì )進(jìn)一步生長(cháng)繁殖，其變化過(guò)程的方程式為:

    方程式中，D=沖洗系數(d-1 )，進(jìn)入水庫的系數受上游水體水質(zhì)的影響，出水庫的系數與水體的停留時(shí)間有關(guān)。

    B=沉降系數(d-1 )，與藻類(lèi)的形狀、水體的擾動(dòng)及周?chē)鷼馀莸木奂�程度有關(guān)。

    G=被捕食或寄生系數(d-1)，涉及到原生動(dòng)物、細菌的降解等因素;針對微生物對藻類(lèi)的降解來(lái)講，降解量的大小與溫度、N、P、COD及溶解氧的含量有關(guān)。

    u為藻類(lèi)的生長(cháng)率，與陽(yáng)光、溫度及C、N、P等營(yíng)養成分在水中的含量有關(guān)。

    該水庫2月份在天氣轉暖、冰面開(kāi)始消融的影響下。水體的擾動(dòng)性增強，底泥中的沉降物上浮到水中，為藻類(lèi)的生長(cháng)提供了足夠的N、P等養料，加之光合作用形成藻類(lèi)的大量繁殖，生長(cháng)率增加。這時(shí)，沉降(B)量降低，捕食系數G受低溫和溶解氧的影響，也處于低谷，其結果就是藻類(lèi)的爆發(fā)。

    隨著(zhù)氣溫的轉暖，水庫的冰雪融化，水庫的水體出現分層，大量沉淀(B)產(chǎn)生，水中溶解氧和水體溫度升高，微生物的活動(dòng)性增強，使捕食系數G增加，同時(shí)，山于營(yíng)養物質(zhì)的減少，使藻類(lèi)的增長(cháng)率降低。這時(shí)，藻類(lèi)形成降低的趨勢。由于藍綠藻在光和營(yíng)養存在的情況下可在水平方向形成聚集，從而增加了其浮力，水質(zhì)檢驗時(shí)會(huì )發(fā)現有藍綠藻數量升高的趨勢。

    三、各種化學(xué)除藻方法及其負面效應

    自太湖藍藻暴發(fā)之后，很多城市的水庫也或多或少地出現了藻類(lèi)爆發(fā)現象的報道。許多除藻方法也相應出現，針對化學(xué)除藻方法，其利弊分析如下:

    1、高錳酸鉀

    藻類(lèi)生長(cháng)旺盛期，在該水庫投加了濃度在1.5mg/L范圍的高錳酸鉀，發(fā)現藻類(lèi)的去處效果可達65%。但在藻類(lèi)引起的水體嗅味方面，高錳酸鉀的去除效果不明顯。此外，投加高錳酸鉀還容易引起水體的色度和錳含量的增加，如果不和水廠(chǎng)工藝的活性炭聯(lián)用，勢必會(huì )增加水廠(chǎng)濾池的負荷，嚴重時(shí)容易造成部分濾料失去作用。

    2、氯化物

    氯化物能夠殺滅藻細胞。研究表明藻細胞生長(cháng)量和分泌細胞外有機物是氯消毒過(guò)程廠(chǎng)中三鹵甲烷的前驅物質(zhì)。用CI02預氧化，不會(huì )生成爪南甲烷或者生成量非常低，但C102的殺藻效果比氯低，而且不同藻類(lèi)對氯和C102的抗性不一樣。綠藻、絲狀藻和微型藻(5一10m)用C102預氧化去除的效果就比其它藻類(lèi)差。

    3、臭氧

    臭氧除藻的效果比較明顯，但會(huì )產(chǎn)生一些潛在的致癌性副產(chǎn)物，如醛類(lèi)(甲醛為常見(jiàn))、酸鹽。

    4、硫酸銅

    0.5一1.0mg/L的投加量能夠抑制藻類(lèi)的生長(cháng)，去除率可達70%一90%。但硫酸銅具有毒性，長(cháng)時(shí)間使用會(huì )引起水庫退化。

    5、雙氧水

    雙氧水的殺菌效果可高達90%，比高錳酸鉀和硫酸銅要好，但對大顆粒、非溶解性有機物的氧化分解不起作用。

    四、物理除藻方法及其作用

    1、活性炭吸附

    大多水廠(chǎng)通常采用活性炭吸附法。此法操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單。在該水庫水廠(chǎng)的燒杯試驗中，投加10-20mg/L時(shí)的情況下，如果與后續工藝中的絮凝劑聯(lián)用，處理效果至少可達75%。

    筆者模擬絮凝前20分鐘投加粉末活性炭(PAC)，以聚合氯化鋁鐵(PAFC)作絮凝劑，做燒杯試驗，沉淀30分鐘后，取上清液，分析藻類(lèi)的去除率。去除效果如表1。

    投加粉末活性炭時(shí)，要做到粉末活性碳與水體的允分混合，還需購買(mǎi)一套專(zhuān)用的活性炭投加裝置。整個(gè)系統加起來(lái)將增加很高的制水成本。

    2、水體的深度處理工藝

    通常水廠(chǎng)的水處理工藝為:原水一絮凝一沉淀一過(guò)濾一消毒一清水池一輸送。深度處理工藝是指原水先經(jīng)臭氧將大分子有機物分解，水體經(jīng)過(guò)濾之后再增加一套顆�；钚蕴繛V池，將水體中剩余的大顆粒有機物及異味吸

附，同時(shí)還可將水體中溶解性有機物降解。

    筆者在常州某小試試驗裝置了解到，采用這種深度處理工藝，出水的TOC含量幾乎為零。

    但深度處理的工藝改造費用非常大，一般水廠(chǎng)很難承擔。

    3、清除水庫的底泥

    無(wú)論是藻類(lèi)爆發(fā)還是水質(zhì)變差，其最主要的根源就是水體的富營(yíng)養化。如果能夠將水庫的底泥清除，無(wú)疑是消除了水體的污染源。如果有能力清除底泥，那么此種方法為最佳。

    五、藻類(lèi)的生物處理法
    通過(guò)對藻類(lèi)爆發(fā)時(shí)各種水質(zhì)參數的變化分析，可以看出，藻類(lèi)的增長(cháng)必然伴隨著(zhù)氨氮、COD、無(wú)機碳(CO2，重碳酸鹽)、溫度、陽(yáng)光的變化。廣州深華代理奧豪斯電化學(xué)儀器。也就是說(shuō)，藻類(lèi)只有在營(yíng)養物質(zhì)充分的情況下才能進(jìn)行光合作用，將營(yíng)養物質(zhì)轉化為自身的生物量，才能實(shí)現自身的增長(cháng)和繁殖。

    從水體中發(fā)現的原生動(dòng)物及水體的富營(yíng)養化角度來(lái)分析，水庫的底泥應該為活性污泥，即底泥中不僅存在著(zhù)大量的藻類(lèi)，還存在著(zhù)很多能夠吸收氨氮和降解COD的微生物有機體。由于水底中已經(jīng)存在著(zhù)足夠的碳源、氮源和磷，只要水中的溶解氧足夠，微生物就可以降解COD,減少氨氮含量，抑制藻類(lèi)的生長(cháng)和繁殖。充分發(fā)揮水體的自?xún)裟芰Α?/P>

    這種水體的自?xún)衄F象可以從該水庫在冰層融化、藻類(lèi)爆發(fā)，氣溫突降和連降大雪后，1一2天的時(shí)間內水庫輸送到水處理廠(chǎng)的水質(zhì)出現的氨氮、COD降低體現出來(lái)。

    由于冰層的融化和藻類(lèi)的爆發(fā)，光合作用使藻類(lèi)產(chǎn)生了氧氣，使水體中的溶解氧升高;氣溫下降、連降大雪后，水庫冰層上覆蓋的雪層阻隔了光線(xiàn)進(jìn)入水體，從而抑制了藻類(lèi)的生長(cháng)和繁殖。這時(shí)，底泥中的微生物利用水體中的溶解氧和底泥中的營(yíng)養物質(zhì)，降解了COD，將水體中的部分氨氮轉化成自身的生物量。這就是水體中氨氮和CAD減少的原因。這一過(guò)程的水質(zhì)轉變非�？�，1-2天之內就可以發(fā)生變化。

    增加水體中溶解氧的濃度有助于提高微生物對水中有機物的降解，從而抑制藻類(lèi)的生長(cháng)，提高水體的自?xún)裟芰?這種方法也就是水處理中所謂的曝氣。

    考慮到水庫的占地面積大，大規膜的生物曝氣不太可能�？梢栽谒畮斐鏊�口附近的一定范圍內實(shí)現曝氣;曝氣區到水庫出水口的距離，可通過(guò)計算該段的水體流到出水口的時(shí)間(至少30分種)來(lái)確定，以確�；钚晕勰嘤凶銐虻臅r(shí)間沉降，保證凈化的水通過(guò)輸水管J流到水廠(chǎng)。

    曝氣方法還可以通過(guò)增加水體的擾動(dòng)度來(lái)提高水體的溶解氧含量。

    這種通過(guò)加強水體的自?xún)裟芰γ摮�藻�?lèi)的方法避免了投加化學(xué)品帶來(lái)的各種負面影響，同時(shí)加強了水體的自?xún)裟芰�。所需設備僅僅是氣泵或鼓風(fēng)機類(lèi)的曝氣裝置，無(wú)論對水廠(chǎng)工藝設備還是對水庫或水質(zhì)都沒(méi)有任何副作用。

    五、結論