一種新型聯合殺藻技術介紹

楊賢群等

【摘 要】隨著人類活動對水域生態系統的影響日益加劇，富營養化已成為全球性的重大水環境問題。本文對國內外藻類的去除技術進行了論述，系統分析了目前各除藻技術的去除效果和局限性，并介紹了一種高級氧化（臭氧）——微納米氣泡聯合殺藻的技術。

【關鍵詞】藍藻；去除；臭氧；微納米氣泡

隨著社會經濟的增長和人口的增加，人類生活和生產活動加快了湖泊的富營養化進程。從1986年南京玄武湖藍藻的第一次暴發，到2007年無錫太湖的藍藻事件；到去年8月江西九江由于連續高溫致使藍藻再次暴發。到目前為止我國有88.6%的湖泊呈富營養化狀態，大面積的藻類暴發，嚴重破壞了水生生態系統的平衡與穩定，因此對含藻水的治理成為給水處理中最緊迫的任務之一[1]。

1.國內外藻類去除技術的研究進展

1.1生物除藻

生物除藻是利用水生生物吸收利用氮、磷元素進行代謝活動以去除水體中氮、磷營養物質的方法。利用水生植物凈化水體中的氮磷，具有成本低、對環境擾動小、二次污染小等特點。

生物除藻是以大型水生植物為主體，植物和根區微生物共生，產生協同效應，凈化污水。 經過植物直接吸收、微生物轉化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和懸浮顆粒，同時對重金屬分子也有降解效果[2]。水生植物一般生長快，收割后經處理可作為燃料、飼料，或經發酵產生沼氣。

由于目前需要進行水體生態修復的水系條件一般介于V類和劣V類之間，富營養化程度較高，不適合植物生長，利用水生植物來恢復水體中氮磷相對來說仍然比較困難，但水生植物凈化水體中的氮磷依然是一種切實可行的富營養化治理方法，該技術具有廣闊的應用前景[2]。

1.2化學除藻

化學藥劑法是一種工藝簡單、操作方便的有效殺藻方法。目前，常用的殺藻劑主要有 CuSO4、高錳酸鹽、液氯、ClO2、O3和 H2O2等。雖然CuSO4、高錳酸鹽、液氯、ClO2等化學殺藻劑是當前化學控藻技術的主體，但在抑藻的同時也造成了二次污染，對其他水生生物也同樣存在毒性，即使在短期內沒有不良反應，也可能因在水生生物內富集、殘留而存在長期危害，此外被殺死的藻類仍存留于水中，并未解決藻類生長的根源即氮、磷的循環問題[3]。因此，常規化學殺藻劑在大規模實際應用上存在許多局限性。

1.3物理除藻

物理除藻有直接過濾與活性炭吸附、氣浮除藻等方式。

對于低濁高藻的湖泊水可采直接過濾（微濾機）的方式，微濾機多采用孔眼為20～40m的濾網，它對藻類的去除率為40%～70%，對懸浮物的去除率可達97%～100%[4]。

活性炭吸附對藻類、藻毒素的去除效果很好，但水中的有機物會影響活性炭的吸附，且活性炭再生也較困難，這使處理成本大大提高[5]。

1.4物理化學法聯用

目前應用較多的是臭氧和氣浮聯用技術。巴黎的Joinville水廠對含有2×107個/L綠藻的原水進行中試試驗，采用氣浮-預濾-慢濾-臭氧-GAC過濾-消毒工藝，獲得極佳的除藻效果，除藻效率可達95%～99%[6]。

2.高級氧化（臭氧）——微納米氣泡聯合殺藻

2.1臭氧在藻類滅活中的研究

臭氧的氧化還原電位僅次于氟，是一種氧化性極強的強氧化劑，容易與水中有機物的—C=C—雙鍵反應，具有極強的殺滅藍藻等微生物的特性。臭氧殺藻機理通常是通過化學、物理以及生物等多方面多種途徑來綜合殺滅藻類，主要有以下幾方面：藻類細胞的細胞膜在臭氧氧化作用下通透性受到破壞，胞內物質發生外泄；臭氧氧化作用下細胞內用于維持細胞正常生命活動的酶類變異，失去活性；破壞細胞內遺傳物質，致使細胞正常的新陳代謝活動受到不可逆的抑制，進而使細胞死亡。

然而，在實際的水處理中臭氧的投加量一般只有幾個mg/L，只能部分氧化有機物，生成醛、酮、酸等中間物，利用率低，因而單獨使用臭氧發生器的去除效果不顯著。

2.2微納米氣泡

通常把直徑在幾十微米和數百納米的微小氣泡稱為微納米氣泡，其具有與普通氣泡不同的特性，微納米氣泡由于尺寸小，能表現出有別于普通氣泡的特性，如存在時間長、較高的界面ζ電位和傳質效率高等特性[7]。由于微納米氣泡這些特性，使其在與界面科學相關的技術領域有著良好的應用前景。

存在時間長——普通氣泡由于尺寸較大在水中受到的浮力遠大于自身重力，因而會迅速上升到水面而破裂。而微納米氣泡由于自身體積很小，在水中所受浮力相應也很小，從而表現出上升緩慢的特性。

傳質效率高——當氣泡直徑較小時，微納米氣泡受到表面張力影響，使得氣泡內部壓力遠大于外界液體壓力，從而壓縮氣泡內部氣體形成了自增壓效應。當氣泡內部發生自增壓時，內部壓力不斷增大，從而促進了氣泡內部氣體穿過氣液界面溶解到液相中[8]。

2.3高級氧化（臭氧）——微納米氣泡聯合殺藻

將微氣泡發生器與臭氧發生器相結合，可專門用于河湖應急治理，處置各類可能發生突發性水污染狀況。利用微氣泡全水層擴散等特性解決了臭氧殺藻過程中有效范圍小的問題。

臭氧發生器是用于制取臭氧的設備裝置，在微氣泡上加配臭氧發生器，利用臭氧作為氣源，臭氧隨微納氣泡在水中擴散，臭氧化學性質特別活潑且溢失率低，利用率高，在一定濃度下可破壞藻類細胞結構，迅速殺滅水體中銅綠微囊藻，沒有任何有毒殘留，不會形成二次污染。

3.結論

在研究應急處理突發性環境污染物方法時，應遵循國際化學科學研究的前沿——綠色化學12條原則和國際環境科學研究前沿——高級氧化技術原則，力求實現零環境污染、零廢物排放。眾所周知，臭氧是具有極強氧化能力的氧化劑。它具有極強的殺滅藍藻等微生物的特性，同時又具有除臭、脫色的特性。

高級氧化（臭氧）——微納米氣泡聯合殺藻將微氣泡發生器與臭氧發生器相結合，利用微氣泡全水層擴散等特性，使臭氧隨微納氣泡在水中擴散，在一定濃度下可破壞藻類細胞結構，迅速殺滅水體中銅綠微囊藻，沒有任何有毒殘留，不會形成二次污染。這種方法不但可以有效殺滅壓載水中生物，同時做到零污染、零殘留物，是一種切實可行的殺藻方法。 [科]

【參考文獻】

[1]錢凱先.國內外湖泊富營養化研究及對策[J].環境科學，1988，9（2）：59-63，11.

[2]高乃云，王學云.水中藻類的嗅味及去除方法[J].凈水技術，1999，67（1），36-39.

[3]呂啟忠.用硫酸銅及改變水的pH值去除水中藻類[J].中國給水排水，2000，16（5）：68-74.

[4]聶發輝，李田，吳曉芙，王平.藻型富營養化水體的治理方法[J].中國給水排水，2006，22（18）：11-15.

[5]彭海清，譚章榮，高乃云，孟長再. 給水處理中藻類的去除[J].中國給水排水，2002，18（2）：29-31.

[6]Antoine Montiel，Bénédicte Welté. Preozonation coupled with flotation filtration： successful removal of algae[J]. Wat.Sci.Tech，37（2）：65-73.

[7]Takahashi M，Kawamura T，Yamamoto Y，et al.Effect of Shrinkong Microbubble on Gas Hydrate Formation[J]，J Phys chem B，2003，107（10）：2171-20173.

[8]Talahashi M，Chibak，LiP.Free-Radical Generation from Collapsing Microbubbles in the Absence of a Dynamic Stimulus[J].J Phys Chem B，2007，111（6）：1343-1347.