組合水處理工藝除藻效率探討

1、組合水處理工藝除藻效率探討岳舜琳(凈水技術(shù)雜志社 上海 200072)摘 要： 文章介紹了復(fù)旦大學(xué)基于藻毒素MC-LR在飲用水中的限值為1g/L提出的飲用水源水中藍藻細胞密度的限值為9.1105個/L，并導(dǎo)出出廠水總藻細胞密度的限值應(yīng)為(1.529.12)106個/L，介紹了出廠水中葉綠素a的限值0.30.5g/L按此三類限值(藻毒素，總藻密度，葉綠素a)，對組合工藝(3個水廠的常規(guī)水處理工藝，3個水廠的強化常規(guī)處理工藝，3個水廠的深度處理工藝)Exploration on the Algae Removal Effect with Composite Water Treatment Proc

2、essYue Shunlin（Wster Purification Technology Publishing House Shanghai 200072 ChinaAbstract： In this paper，the limit value of cyanobacteria cells density 9.1105cells/L in the source water for drinking use，recommended by Fudan University based upon the limit value of microcystin toxin MC-LR 1g/L and

3、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 1g/L and of chlorophyll a 0.30.5g/L,evaluation of the water purification effect of 9 water plants using 3 kinds of composite water treat

4、ment 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

5、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 f

6、or pre-oxidation treatment due to its 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，水庫水富營養(yǎng)化導(dǎo)致藻類繁殖，水有霉臭，腥臭。藻毒素又是致病源。除藻，除藻毒素成為當(dāng)前我國給水工作者的重要的課題之一。本文主要對組合工藝常規(guī)組合工藝和水質(zhì)

7、深度處理工藝除藻和除藻毒素的效率進行分析和評價。1 生活飲用水中藻密度的限值1998年世界衛(wèi)生組織(WHO)出版的飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則增補版推薦飲用水中總微囊藻毒素MC-LR的安全限值為1g/L，2001年我國衛(wèi)生部，2002年頒布的(GB-3838-2002)，以及2005年建設(shè)部頒布的，都采用了這一限值。2002年上海復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院鑒于藻細胞密度測定較測定MC-LR為簡易，根據(jù)多年對藻密度與MC-LR測定的結(jié)果回歸所獲得的兩者的關(guān)系式，提出了飲用水源水中藻密度的安全限值，警戒限值，危險限值 (1)。2005年5月17日衛(wèi)生部組織的全國環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)委員會鑒定了該學(xué)院提出的飲用水水源中，藍藻密

8、度的限值為9.1105個/L (2)并作為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)的報批稿上報。這一限值對于評價水源水水質(zhì)提供了依據(jù)，但他們并未提出評價生活飲用水中總藻密度的限值。按照該學(xué)院調(diào)查資料(2)總藻密度中藍藻細胞占10%60%.為此可以認(rèn)為飲用水源水總藻密度應(yīng)為1.5106 9.1106 個/L。他們在推導(dǎo)出9.1105個/L這一限值時，是按照常規(guī)水處理工藝，處理含藻106個/L以上時，除藻率為95%考慮的，故可推斷出出廠水總藻密度的限值為7.61044.55105個/L。藻密度與葉綠素a呈正相關(guān)，是無庸置疑的，測定葉綠素a就間接測定了藻密度.有人提出自來水中的葉綠素a要小于0.1g/L，但也有人認(rèn)為0.30

9、.5/L即相當(dāng)于AOC915g/L已足夠嚴(yán)格(3)。，后者可作為衡量水廠除藻后的另一個標(biāo)準(zhǔn)。 2 常規(guī)水處理工藝除藻除藻毒素 2.1寧波市兩水廠采用常規(guī)處理工藝，用液相色譜法測定藻毒素，結(jié)果見表1。(4) 表1寧波市常規(guī)水處理工藝除藻及除藻毒素效率水廠時間藻細胞藻毒素(胞內(nèi))藻毒素(胞外)原水106個/L管網(wǎng)水106個/L去除率%原水g/L管網(wǎng)水g/L去除率%原水g/L管網(wǎng)水g/L去除率%C2、4、6、8、10月3.154.560.060.1496.9700.3833.31000.140.9200.1214.3100M2、4、6、8、10月3.595.030.020.089

10、8.4400.1825.010001.4801.0926.380.3可見寧波市原水和管網(wǎng)水的藻密度和藻毒素都符合要求。2（5）表2梅梁湖水廠常規(guī)工藝除藻除藻毒素效果(5)時間項目原水原水加氯去除率%沉淀池去除率%過濾去除率%出廠水加氯去除率%總?cè)コ?藻密度107個/L34.651.560.061.790.07.365.793.897.57月9月葉綠素g/L176570.050.073.933.399.993.894.1藻毒素g/L0.181.850.113.412.935.922.559.4047.764.77.64由于原水藻

11、密度接近108個/L，故梅梁湖水廠出廠水藻密度為0.7106/L3.2106個/L，葉綠素a為14mg/L，均超過前述要求，兩者都須要降低1個數(shù)量級。但出廠水藻毒素為0.043 g/L0.65g/L，尚符合要求。2.3常規(guī)工藝原水中投泥除藻 廣東開平以大沙河水庫水為原水，全年90%以上時間的濁度在10NTU以下，藻密度在(15)106個/L，CODMn一般為0.82.5/L，采用原水中投泥和后常規(guī)水處理工藝處理，生產(chǎn)試驗證明，原水濁度在3-10NTU，投加泥漿水，使?jié)岫忍崽岣叩?520NTU之間，絮凝 沉淀除藻率達到80%90%，不投泥只則為60%，投泥除藻，在濾池運行30 h后，除藻率仍可達

12、到97%以上，不投泥，濾池運行不足30 h，除藻率僅為70%，投泥除藻的同時將臭除去，但原水投泥后，細菌總數(shù)，大腸菌及耗氧量略有提高。開平水廠原水藻密度符合限值要求，出廠水藻密度亦符合要求。（6）2.4氣浮結(jié)合砂濾除藻武漢市東湖水廠采用氣浮濾池工藝除藻。原水預(yù)加氯0.81.0 mg/L，19931995年生產(chǎn)實測除藻效果如表3表3武漢東湖水廠歷年除藻效率1993年1994年1995年原水藻量個/L氣浮去除%過濾后去除%原水藻量個/L氣浮去除%過濾后去除%原水藻量個/L氣浮去除%過濾后去除%235510367.483.11989410368.081.11627410366.982.8僅氣浮工藝可

13、除藻平均達67%，經(jīng)砂濾后又增加了15個百分點，但由于原水藻密度在107個/L以上，過濾后總?cè)コ蕛H83%。出廠水藻密度1993年為4105個/L，符合限值要求，其余兩年分別為3.8106個/L 和2.8106個/L，不符合要求。2.5濟南玉清水廠將氧化劑KMnO4，Cl2，ClO2與常規(guī)水處理工藝結(jié)合，進行了除CODMn，葉綠素a，及藻毒素的研究，結(jié)果見表4表4 加KMnO4及Cl2-常規(guī)處理各工藝試驗結(jié)果比較（濟南玉清水廠）(7)水質(zhì)加KMnO40.5mg/L加Cl21.0 mg/L原水沉后 %濾后 %出廠 %原水沉后 %濾后 %出廠 %CODMn mg/L4.864.52 73.58 2

14、6.33.42 29.64.824.62 4.24.31 10.64.01 16.8葉綠素a g/L23.815.3 35.75.83 75.50 10020.820.8 07.8 62.50 100總藻毒素g/L1.00.75 25.00.45 55.00.35 651.10.68 38.20.58 9 55.5從表4可見，加KMnO4工藝較Cl2為好，原水葉綠素為20.8-23.8g/L，總藻毒素為1.0-1.1g/L，藻污染已達到一定程度，經(jīng)KMnO4或Cl2強化常規(guī)后，藻毒素均低于1g/L，但葉綠素a去除似有疑問，是測定問題？還是葉綠素a被氧化？需進一步研究。CODMn

15、都大于3mg/L，超標(biāo)。表5 二氧化氯強化常規(guī)工藝（濟南玉清水廠）(7)水質(zhì)常規(guī) ClO2+常規(guī) 葉綠素ag/L %EMCg/L %葉綠素ag/L %EMCg/L %原水9.8 -0.46 -9.8 -0.46 -反應(yīng)后3.4 650.26 430.3 970.15 67沉淀后10.1 -30.25 461.0 900.12 74過濾后4.4 550.28 39ND 1000.11 76常規(guī)加ClO2顯然比單純常規(guī)工藝為好，從葉綠素a來評價，過濾后的水只有ClO2+常規(guī)低于0.3g/L。葉綠素a存在于藻體中，沉淀后，或氧化劑后，藻細胞仍有大量存在與前面一樣，加氧化劑ClO2葉綠素a即檢不出。濰

16、坊村水廠采用氣浮-粉末活性炭強化處理，結(jié)果見表6表6氣浮-粉末活性炭(氣浮后混凝前加)-常規(guī)處理(濰坊眉村水廠)(7)工藝濁度NTU色度度CODMnmg/L %葉綠素ag/L %藻毒素g/LEMC %IMC %TMC %水原水13.31586.3 -25.7 -0.26 -2.2 -2.46 -氣浮后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 砂濾后2.9203.1 50.

17、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常規(guī)-3.78 409.25 64-1.03 58此工藝似較加KMnO4或預(yù)Cl2為好，CODMn，葉綠素a，TMC都及格，單純常規(guī)三者都不及格。從常規(guī)水處理工藝幾例可見（1）寧波，開平水原水藻密度為-106個/L，一般常規(guī)水處理可使出水藻密度符合前述出廠水限值要求，（2）梅梁湖及東湖水原水藻密度在1107-1108個/L之間，氣浮+過濾和一般常規(guī)處理，出廠水超過限值1個數(shù)量級，梅梁湖出水的葉綠素a濃度為1.02-3.9g/L，也需要再降低1個

18、數(shù)量級，即水處理工藝要加強。（3）從三例強化常規(guī)水處理工藝來看，于原水葉綠素a較低時（9.8g/L），常規(guī)處理出水為4.4g/L，不合格，而用預(yù)加ClO2g/L時，預(yù)加KMnO4或Cl2，濾后葉綠素a都大于0.5g/L，只是由于后加氯出廠時降為0g/L（未檢出），但總藻毒素濾后水卻都小于1g/L。采用氣浮，粉末活性炭+常規(guī)處理，濾后水葉綠素a即不檢出，總藻毒素也低于1g/L。3 深度處理工藝濟南玉清水廠采用氣浮，砂濾，臭氧活性炭處理含藻水的結(jié)果見表7表7濟南玉清水廠氣浮-O3-BAC含藻水現(xiàn)場及裝置各工序試驗結(jié)果（濟南南郊水廠）（7）工藝UV254cm-1 %CODMnmg/L %葉綠素ag/

19、L %EMCg/L %氣浮前0.034 -2.90 -1.2 -0.250 -氣浮后0.033 32.76 4.80.79 340.09 6.4砂濾后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水質(zhì)較好與玉清，眉村兩水廠工藝無可比性，由于原水水質(zhì)較好，CODMn，葉綠素a，都合格。表8 北京第九水廠除藻效率(年平均值)(8)1994年1995年原水藻量個/L澄清池除藻%煤砂濾池濾后除藻%活性炭濾池濾后除藻%原水藻量個/L澄清池除藻%煤砂濾

20、池濾后除藻%活性炭濾池濾后除藻%315310388.0789.5396.382154103-91.97出水藻密度分別為7.14105個/L和1.79105個/L，符合限值要求。瑞士蘇黎世Lengg水廠除藻工藝及效率見表9。表9Lengg水廠1984,1986,1988三年平均除藻率（9）原水含藻密度預(yù)氯化，微絮凝雙層濾池過濾后除藻率%加O3，GAC濾池過濾后除藻率%慢濾池過濾后除藻率%255310355.186.091.03年出廠水藻密度平均值為2.3105個/L，符合限值要求。從三例深度水處理工藝可見:（1）玉清水廠由于水源水質(zhì)較好，葉綠素a僅為1.2g/L，活性炭濾后只有0.04g/L，總

21、藻毒素未測，估計應(yīng)為合格的。（2）北京及蘇黎世水原水藻密度為2106-4106之間，符合水原水藻毒素限值。北京和蘇黎世出廠水基本上符合藻密度限值。4.討論和結(jié)論4.1從前面介紹可知，原水中藻細胞密度符合限值要求時，經(jīng)過常規(guī)處理或深度處理，出水藻細胞密度及藻毒素都符合限值要求，故保護水源是首要任務(wù)。4.2處理含藻水的任務(wù)是去除水中的下列物質(zhì) 藻細胞尺寸大，可以通過絮凝沉淀去除。文獻（10）證明加有高分子助凝劑的流化床接觸絮凝可有好的除藻除藻毒素效率，生物接觸氧化池亦可有高的除藻除藻毒素效率（目前已有定型設(shè)備高效澄清池Densade（11）和ACTIFLC（12，）強化混凝氣浮，可除藻40-90%

22、，有資 表10含藻水中與藻有關(guān)的物質(zhì)分子量尺寸大小適宜處理工藝藻細胞-1m20m易于在混凝沉淀,過濾中去除藻毒素MCRRC49H75N13O121038.21其分子大小最易被孔徑2-50nm容積大的活性炭吸附(2)易于被活性炭吸附,或被氧化劑破壞MCYRC54H72N8O121045.19MCLRC49H74N10O12995.17致臭物geosminC12H22O182屬于A大小但存在于藻體內(nèi)隨藻細胞一道去除2-MIBC11H20O168葉綠素aC32H30CN4MgCOOCH3893。 COOC20H39大體與藻毒素同隨藻細胞一道除去料證明若再經(jīng)過砂濾可進一步提高除藻率，在除藻工藝中應(yīng)列為

23、首選。藻毒素及致臭物及葉綠素分子量在1000或以下，在混凝測定中或預(yù)氧化中，可去除一小部分，余量要在后續(xù)處理的后氧化或砂濾，活性炭過濾中被氧化或吸附得以除去一部分。4.3不采用能破壞藻細胞釋放藻毒素（15）且又生成鹵代烴消毒副產(chǎn)物的預(yù)氯化工藝，高錳酸鉀，二氧化氯預(yù)氧化，生物接觸預(yù)氧化，在一定條件下亦可選用，它們對去除胞外藻毒素有效。4.4有關(guān)藻類的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中藻密度及葉綠素a目前只是推薦性的，因為兩者測定都比較方便，便于日常生產(chǎn)使用，藻密度的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)它與藻毒素的相關(guān)式推導(dǎo)的，現(xiàn)在看來要求較高，而較安全，可以根據(jù)水源水對照此標(biāo)準(zhǔn)選用合適的水處理工藝，所需基建及運行費用見表11表11 四工藝所需費

24、用水處理工藝基建費元/m3.d運行費元/ m3ClO2強化100.15KMnO4強化混凝100.004氣浮-過濾-臭氧-活性炭2600.18-0.21氣浮-粉末活性炭-常規(guī)處理700.14.5葉綠素a存在于藻體內(nèi)與藻密度應(yīng)有較好的相關(guān)關(guān)系，葉綠素a的測定較藻密度為簡單，故生產(chǎn)上可以測定前者來控制生產(chǎn)，但葉綠素a在測定上存在一定需要研究的問題。4.6有資料報道沉淀池積泥區(qū)積泥中含藻，死亡后回釋放藻毒素，故宜勤排泥，排泥水濃縮池的上清液不宜回流到水廠進水設(shè)備再利用，應(yīng)在藻細胞都消失后（8天后）方可使用。生物接觸氧化的填料上，含有藻細胞被截留，濾池濾料上同樣有藻細胞截留，截留的藻細胞在其消亡過程中會釋放藻毒素，成為胞外藻毒素。參考文獻1 .施瑋，蔣頌輝 朱惠剛 飲用水源中藻類限值研究J凈水技術(shù)2000年特刊p15-192 復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生教研室飲用水源水中藍藻細胞密度限值編制說明3 G.OsKam and etal “Eutrophication and development of algae in saface water”-a threat for the future 國際供水協(xié)會第20屆年會論文集SPECIAL SUBJECT ss.8-1-8-104 張晴浩，任基成，朱惠剛等 原