常規(guī)工藝下原水中藻類去除效果的研究

楊曉敏， 羅丹純， 張麗珍

(揭陽粵海水務(wù)有限公司，廣東揭陽522000)

藻類含量的多少直接反映了水質(zhì)狀況的好壞，并影響水的pH、色度、濁度、臭和味等指標(biāo)，是評(píng)價(jià)水體水質(zhì)的重要生物學(xué)指標(biāo)。藻類對(duì)水處理效果有重要影響：藻類會(huì)粘附在濾料表面，縮短濾池的過濾周期，造成濾池頻繁反沖洗；某些尺寸很小的藻類會(huì)穿透濾池進(jìn)入給水管網(wǎng)，影響管網(wǎng)水水質(zhì)；藻類在代謝過程中產(chǎn)生多種嗅味，使水難于飲用；藻類還是三鹵甲烷的主要前驅(qū)物質(zhì)[1]。因此，研究水廠常規(guī)工藝對(duì)原水藻類的去除效果，對(duì)水廠的工藝運(yùn)行和優(yōu)質(zhì)供水具有重要的指導(dǎo)意義。

2018年3月至2019年2月，筆者分別對(duì)某水廠原水、待濾水、清水池水和出廠水進(jìn)行為期1 a的采樣監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為每月1次，對(duì)藻類進(jìn)行計(jì)數(shù)和分類鑒別，以了解水處理工藝流程各個(gè)階段對(duì)原水藻類的去除效果。對(duì)于原水藻類研究部分，適當(dāng)引用監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)水質(zhì)分析中藻類項(xiàng)目的檢測(cè)數(shù)據(jù)，充實(shí)數(shù)據(jù)，以使結(jié)果更加可靠。

1 藻類的計(jì)數(shù)與分類鑒別

1.1 測(cè)定方法和依據(jù)

依據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)中“浮游生物的測(cè)定”章節(jié)[2]，采用顯微計(jì)數(shù)法。

1.2 試劑和儀器

魯哥氏液、計(jì)數(shù)框、蓋玻片、0.5 mL刻度移液管、1 L梨形分液漏斗、20 mL刻度移液管、血球計(jì)數(shù)器、光電顯微鏡。

2 原水藻類數(shù)量與分類統(tǒng)計(jì)

2018—2019年，原水藻類數(shù)量除6次監(jiān)測(cè)(3月1次、5月2次、6月1次、7月1次、10月1次)中達(dá)到107個(gè)/L以上外，其余月份的藻類數(shù)量在3.56×106～8.73×106個(gè)/L，如表1所示，其中多樣性指數(shù)D計(jì)算公式為：D=(S-1)/lnN。按照《水生生物監(jiān)測(cè)手冊(cè)》規(guī)定，在水體富營養(yǎng)化調(diào)查與評(píng)價(jià)中，藻類個(gè)體數(shù)小于3×105個(gè)/L為貧營養(yǎng)，(3～10)×105個(gè)/L為中營養(yǎng)，大于10×105個(gè)/L為富營養(yǎng)[3]。從藻類數(shù)量方面看，原水水體全年均為富營養(yǎng)型。

表1 2018—2019年度原水藻類數(shù)量與分類Tab.1 Number and classification of algae in raw water in 2018-2019

根據(jù)水質(zhì)的不停變化，監(jiān)測(cè)到的藻類類別和數(shù)量也存在差別。綜合看來，藍(lán)藻、綠藻和硅藻在全年所有月份均有出現(xiàn)，且以藍(lán)藻和綠藻數(shù)量居多；硅藻則在9月、12月、1月數(shù)量較大，占藻類總量的20%以上；裸藻和隱藻數(shù)量在全年較少，通常占比均不超過10%，在個(gè)別月份極少甚至沒有監(jiān)測(cè)到該門類；金藻數(shù)量更少，只在9月和1月監(jiān)測(cè)到，占比不超過1%。一般情況下，貧營養(yǎng)型水體浮游植物以金藻為主，中營養(yǎng)型以硅藻為主，富營養(yǎng)型以綠藻、藍(lán)藻為主[3]。從主要藻類類型方面看，原水水體全年為富營養(yǎng)型。

多樣性指數(shù)D為水生生物群落結(jié)構(gòu)定量分析的指標(biāo)之一，指數(shù)值D越大，表示水質(zhì)越清潔[4]。從表1可以看出，全年D值在0.942 ～1.802，D值較小(<1.1)的情況出現(xiàn)在3月和4月，可見這2個(gè)月原水的富營養(yǎng)水平較高。但是D值的計(jì)算未考慮藻類個(gè)體數(shù)在各種類間的分配情況，本身存在局限性，僅作參考。

綜合對(duì)藻類數(shù)量、分類統(tǒng)計(jì)和多樣性指數(shù)的分析可以看出，原水全年均處于富營養(yǎng)水平，其中3月和4月富營養(yǎng)水平較為顯著。

3 常規(guī)水處理工藝對(duì)藻類的去除情況

某水廠水處理工藝流程見圖1，投加石灰調(diào)節(jié)原水pH值至7.2左右，提高混凝效果；采用聚合氯化鋁為混凝劑，ClO2為氧化劑和消毒劑。在整個(gè)制水過程中，待濾水藻類反映第一階段混凝、沉淀及二氧化氯預(yù)處理對(duì)原水藻類的去除效果，清水池水反映了第二階段濾池的過濾效果，出廠水則反映第三階段清水池投加二氧化氯消毒劑后對(duì)清水池中藻類的控制效果。原水全年的藻類數(shù)量為3.56×106～2.37×107個(gè)/L，平均值為8.80×106個(gè)/L；待濾水全年的藻類數(shù)量為9.12×104～2.29×106個(gè)/L，平均值為6.13×105個(gè)/L；清水池水全年藻類數(shù)量為3.68×104～7.21×105個(gè)/L，平均值為1.13×105個(gè)/L。

圖1 某水廠水處理工藝流程Fig.1 Water treatment process of a waterworks

由表2可以看出，待濾水的藻類去除率為79.16%～98.33%，除5月、9月和2月低于90%(分別為89.20%、83.30%和79.16%)以外，其余月份均在91%～98%之間，可見第一階段的混凝沉淀和二氧化氯預(yù)處理工藝能夠去除原水中的絕大部分藻類。其中去除率較低的5月、9月和2月前后的一段時(shí)間，正好對(duì)應(yīng)原水中硅藻數(shù)量較豐的9月、12月和1月。有研究表明，硅藻中的針桿藻在混凝沉淀工藝中的沉降去除效果較差，容易在濾池濾料表面板結(jié)并堵塞濾池，影響過濾周期，降低產(chǎn)能。由此推測(cè)該段時(shí)間藻類去除率降低可能與硅藻繁殖數(shù)量較多有關(guān)。此外，清水池水的藻類去除率為96.96%～99.52%，略高于同期待濾水(79.16%～98.33%)，說明第二階段濾池具有進(jìn)一步去除少量藻類的作用。

表2 原水、待濾水和清水池水全年藻類數(shù)量與去除率Tab.2 Annual number and removal rate of algae in raw water, water to be filtered and clean water

由以上分析可知，原水中的藻類主要在混凝、沉淀階段中被大量去除，而濾池過濾階段只能進(jìn)一步去除少量藻類。有研究表明，當(dāng)濾池中藻類的數(shù)量超過2×106個(gè)/L時(shí)，會(huì)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象[5]。因此當(dāng)原水中藻類大量增長并超過常規(guī)水處理工藝的負(fù)荷時(shí)，為保證藻類的去除效果，維護(hù)水廠工藝的正常運(yùn)行，可在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上強(qiáng)化混凝沉淀和采取預(yù)處理技術(shù)，提高制水工藝對(duì)藻類的去除能力。強(qiáng)化混凝沉淀一般采用增加混凝劑量、優(yōu)化混凝條件等措施；預(yù)處理技術(shù)包括物理法、化學(xué)法和生物法，化學(xué)法(加入化學(xué)氧化劑，如雙氧水、高錳酸鉀、二氧化氯等)和生物法應(yīng)用較為廣泛[5]。同時(shí)，有必要對(duì)原水中的藻類數(shù)量進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)，以及時(shí)調(diào)整制水工藝。

在對(duì)水樣藻類的觀察中發(fā)現(xiàn)，原水中的藻類豐富、數(shù)量多且個(gè)體粗壯；待濾水、清水池水和出廠水藻類則數(shù)量明顯減少且個(gè)體微小，說明水廠的常規(guī)工藝不能將原水中的藻類完全去除?！渡铒嬘盟l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)對(duì)出廠水藻類無明確的限值要求，但是藻類對(duì)出廠水的色度、濁度、臭和味等各項(xiàng)感官指標(biāo)有重要影響。通過檢測(cè)出廠水水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)，可以從側(cè)面反映清水池投加ClO2消毒劑后對(duì)藻類的控制效果。由表3可以看出，出廠水中少量存在的藻類在ClO2消毒劑的抑制下，對(duì)出廠水感官指標(biāo)影響不大，符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)的要求(pH=6.5～8.5，色度<15度，濁度<1 NTU，無異臭、異味)。不同于一般的化學(xué)指標(biāo)，藻類本身具有增殖性，且生命力和耐受力極強(qiáng)，當(dāng)環(huán)境條件適宜時(shí)便會(huì)快速生長繁殖，對(duì)出廠水和管網(wǎng)水水質(zhì)產(chǎn)生危害。因此，保證消毒劑在清水池水和出廠水中的合理濃度，進(jìn)而抑制藻類生長十分必要。

表3 2018—2019年度出廠水常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Tab.3 Detection results of conventional indexof treated water in 2018-2019

4 結(jié)語

① 通過對(duì)藻類數(shù)量、分類統(tǒng)計(jì)和多樣性指數(shù)3個(gè)方面的分析可以看出，在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，原水全年均處于富營養(yǎng)水平，且在3月和4月的富營養(yǎng)水平較為顯著。

② 在水廠水處理工藝整個(gè)流程中，第一階段的混凝、沉淀可以去除原水中絕大部分藻類，藻類去除率通常在90%以上，后續(xù)工藝主要通過消毒劑抑制藻類的生長繁殖。出廠水中少量存在的藻類普遍個(gè)體微小，且生長繁殖受到消毒劑抑制，對(duì)水質(zhì)感官指標(biāo)影響不大。

③ 為了保證水廠水處理工藝對(duì)原水藻類的去除效果，防止藻類對(duì)出廠水、管網(wǎng)水水質(zhì)造成危害，有必要對(duì)原水藻類和出廠水消毒劑指標(biāo)進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)。當(dāng)原水中的藻類大量增長時(shí)，可及時(shí)通過強(qiáng)化混凝沉淀工藝和采用預(yù)處理技術(shù)，提高常規(guī)制水工藝對(duì)藻類的去除能力。