臭氧預氧化的除藻效果及機理探討*

劉 嵩 朱昊頔

大量繁殖的藻類能使水體產生霉臭味,除此之外其本身還是水中化學需氧量、生化需氧量尤其是懸浮物(SS)的主要來源之一,同時也是三鹵甲烷(THMs)的主要前驅物質[1-3]。Plummer等[4]研究了臭氧對一種綠藻——四尾柵藻懸浮液DBP生成的影響。試驗結果表明,預臭氧化后的三鹵甲烷生成勢(THMFP)對比于未預臭氧化的樣本升高了10%～30%。同時,還發現臭氧化導致鹵乙酸有輕微的上升。

由于藻類產生的種種不利影響,國內外近年來對除藻工藝進行了較多的研究。除了控制水源地藻類的大量繁殖以外,在自來水廠除藻的方法主要有:1)化學藥劑法;2)氣浮法;3)直接過濾法;4)強化混凝沉淀法;5)微濾機法;6)生物預處理法等。其中,利用化學藥劑法控制藻類的大量繁殖既可以在水源地進行,也可以在凈水廠進行,美國、澳大利亞等國家常采用此法控制藻類在水庫、湖泊中的大量繁殖。

水體富營養化導致的大量藻類繁殖給凈水廠生產帶來的問題主要表現在影響水廠工藝正常運行、惡化出水水質、導致管網與管網水質發生不利變化這三個方面。在選擇針對富營養化水體的除藻技術時,必須從這三個方面綜合考慮。臭氧作為一種預氧化劑已在國內多家水廠得到應用,本文將通過試驗研究預臭氧化對藻類去除率的影響。

1 試驗裝置及方法

1.1 試驗材料

原水取自生產性用水,水質如表1所示。

表1 水源水主要水質指標

混凝劑采用堿鋁,投量為2.5mg/L。

1.2 試驗裝置

反應流程:原水→臭氧預氧化→反應池→沉淀池→砂濾池→儲水池。反應流程示意圖如圖1所示。

1.3 試驗方法

本試驗藻類的計數方法采用武漢水生生物研究所提出的一種固定染色計數的方法。具體步驟如下:1)水樣的采集。用采水器,在水面下0.5 m處,取1000 mL水樣。2)水樣的固定。采集來的水樣立即固定,殺死水樣中的藻類和其他生物,以避免時間延長導致水樣變質。固定劑采用魯哥氏液。固定劑用量為水樣的1%,即1 L水樣中加固定劑10 mL左右,至水樣呈現棕黃色即可。3)水樣的沉淀和濃縮。為了便于鏡檢計數,將水樣中的藻類濃縮沉淀。濃縮沉淀在分液漏斗中進行。把分液漏斗固定在穩定的架子上。將水樣勻速倒入分液漏斗,使浮游植物自然沉淀下來。理論推算得知最微小的浮游植物的沉降速度約為3 h/cm。一般浮游藻類的長度為幾微米到幾十微米,經過碘液固定后,沉降速度較快。所以靜止沉淀時間一般為48 h。最后用細玻璃管(直徑小于2mm)通過虹吸的方法緩慢抽出上清液,最后留下約40 mL,轉移到50 mL容量瓶中定容。4)藻類的計數。計數采用計數框,我國目前常用的計數框面積為20mm×20mm,容量0.1 mL,其內劃分橫豎各10行,共100個小方格。將待計數的樣品充分搖勻后,用吸液器吸取0.1 mL到計數框中,蓋上蓋玻片。為防止計數時間過長導致水分蒸發而出現氣泡,可在蓋玻片四周以液體石蠟封閉。利用顯微鏡的目鏡視野來選取計數的面積。計數時顯微鏡的目鏡可用10倍的,物鏡用40倍的。計數的視野范圍應根據樣品中的浮游植物的數量確定。一般計數100個～500個視野,使所得的計數值在300個以上。把計數所得的結果換算為原水樣中藻類的數量,用以下計算公式計算:

其中,N為每升原水中藻類的數目,個/L;A為計數框的面積,mm2;Ac為計數面積,mm2;Vs為1 L原水樣沉淀濃縮以后的體積,mL;Va為計數框容積,mL;n為計數所得藻細胞個數,個。

藻類去除率=[(原水藻類數量-濾后水藻類數量)/原水藻類數量]×100%。

2 結果與討論

2.1 臭氧預氧化助凝效果數據分析

試驗采用預臭氧投量在0.5mg/L～3.0mg/L之間,測得試驗結果與無預氧化時藻類去除率比較,見圖2。

由圖2可以看出,預臭氧化可以一定程度地提高藻類去除率,但并不是臭氧投量越大藻類去除率越高,臭氧投量為1.5mg/L時,除藻率達到最高值88.3%,繼續加大投量,除藻率也不再增高。

2.2 臭氧預氧化除藻機理分析

化學預氧化的除藻機理主要表現在以下兩個方面:

1)氧化作用。預氧化劑的氧化性對藻類具有直接滅活作用。有研究觀察到,預氧化劑對于水中藻類的生長以及運動活性具有顯著的抑制作用,氧化劑投量達到一定數量時,水中帶鞭毛的藻類如隱藻、裸藻等都將失去運動活性。

2)助凝作用。藻類同水中其他顆粒一樣,可以通過絮凝沉淀過程除去,由于預氧化工藝具有一定的助凝作用,也可以提高除藻的效率。

總之,預氧化工藝除藻的機理,主要通過以上兩種作用來實現,不同預氧化劑的除藻機理側重點不同。臭氧預氧化工藝由于具有較強的氧化作用,其除藻機理是氧化作用貢獻多一點。

3 試驗結論

預臭氧化可以明顯地提高除藻效果,臭氧投量為1.5mg/L時,除藻率達到最高值88.3%,繼續增加投量,除藻率不再增高。預臭氧化的同時通過氧化作用和助凝作用達到對藻類的強化去除效果,其中氧化作用貢獻多一點。

[1] NJ Graham,V E Wardlaw,R Perry,et al.The significance of algae as trihalomethane precursors[J].Wat Sci Tech,1998,37(2):83-89.

[2] S Goel,R Hozalski,E Bouwer.Biodegradation of NOM:effect of NOM source and ozone dose[J].AWWA,1995,87(1):90-105.

[3] J D Plummer,J K Edzwals.Effect of ozone on disinfection by-product formation of Algae[J].Wat Sci Tech,1998,37(2):49-55.

[4] Jeanine D.Plummer,James K.Edzwald.Effect of ozone on disinfection by-product formation of Algae[J].Wat Sci Tech,1998,37(2):50-53.