水處理過程中常見的混凝除藻方法綜述

張 利

（上海伊世特科技管理有限公司，上海 201805）

隨著工業(yè)污水、生活廢水等大量的產(chǎn)生，氮、磷等營養(yǎng)元素被排放至水體中，這使得越來越多的水體藻類爆發(fā)。藻類爆發(fā)對人體產(chǎn)生了很多危害，藻類代謝產(chǎn)生的藻毒素被證實有致癌的風(fēng)險。因此，越來越多的技術(shù)被應(yīng)用到除藻過程中。除藻方式主要分為三大類，即化學(xué)除藻法、物理除藻法和生物除藻法。物理除藻法主要有超聲法、氣浮法和膜處理法等[1-3]。其中，物理方法面臨著成本和人力問題。而生物法除藻主要采用藻菌共生法，原理是利用能溶解藻的細菌或者病毒和藻類一起生長，抑制或降解藻類[4]。藻類作為一種膠體，性質(zhì)穩(wěn)定且比重小，不易沉淀[5]。而且，藻在代謝過程中能產(chǎn)生大量的有機物質(zhì)（AOM），如藻毒素、消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物等。藻類的特殊性質(zhì)和代謝產(chǎn)生的有機物會使得一些物理和生物方法作用有限。在水處理中，化學(xué)除藻法還是主流的除藻方法。混凝是水廠的基本處理單元，也是化學(xué)除藻中使用較多的方式。本研究對混凝除藻的進展進行了總結(jié)，主要分為兩個部分介紹，傳統(tǒng)混凝除藻階段和新的混凝除藻階段。

1 傳統(tǒng)混凝除藻

傳統(tǒng)混凝經(jīng)常用到助凝劑，如聚丙烯酰胺，因為毒性問題，現(xiàn)在已經(jīng)幾乎不再使用。無機低分子混凝劑主要有鐵鹽和鋁鹽，傳統(tǒng)的無機混凝劑對藻類的去除效果差，要想達到理想的藻類去除效果，需要投加大量的混凝劑，對于藻細胞個數(shù)為2×106個/L的水體，需要投加30 ～50 mg/L 的鋁或鐵才能達到80%的去除率。大量的鐵鹽投加會導(dǎo)致水體顏色加深并且導(dǎo)致污泥量的增加。鋁鹽混凝被認為與老年癡呆病有關(guān)，而且《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）規(guī)定了飲用水的鋁含量標準在0.2 mg/L 以下[6]。

2 新型除藻方式

2.1 復(fù)合混凝劑的研究

為了提高傳統(tǒng)鐵和鋁等的混凝效果，無機高分子混凝劑等的研究得到很好的發(fā)展。其主要有聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵和聚合氯化鐵等。丁進鋒等人研究發(fā)現(xiàn)，單獨投加聚合氯化鋁（PAC）去除小球藻時，混凝效率超過86%，當(dāng)聚合氯化鋁投加量為123.5 mg/L 時，混凝效率最高[7]。相比于傳統(tǒng)的混凝劑，聚合鐵鋁水解后能產(chǎn)生高價聚合鋁離子，這些離子具有更大的接觸面積，有更好的去除效果[8]。聚合硫酸鐵（PFS）的良好性能源自其較強的電中和能力和絮體性質(zhì)。PFS 形成的絮體比較緊致，這會加速絮體的沉降，另外聚合硫酸鐵的生產(chǎn)成本較低，這些特點使得其應(yīng)用較為廣泛[9]。

2.2 新型混凝劑——鈦鹽

鈦被證實是一種高效的混凝劑。徐婕等人在比較了傳統(tǒng)混凝劑和TiCl4的混凝效果之后,發(fā)現(xiàn)TiCl4即使在水力條件不利的情形下也能實現(xiàn)極低的細胞破損率[10]。相對于鋁鹽和鐵鹽混凝劑，在最佳投加量下，TiCl4形成的絮體較大，而且生長速度快，沉淀時間短。因此，在實際的工程運用中，若采用TiCl4做混凝劑，會降低絮凝池的尺寸，減少成本。相比于傳統(tǒng)混凝劑，鈦去除UV254的效率更高（在50%以上）,而對于水體內(nèi)的熒光物質(zhì)也有較好的去除效果。鈦混凝除藻的缺點是相對于其他金屬離子絮體強度較低。

趙艷俠等人的研究結(jié)果表明，TiCl4作為一種高效的混凝劑，可以在去除水體顆粒物的過程中除去有機物質(zhì)[11]。相比較傳統(tǒng)鋁鹽和鐵鹽制備的混凝劑，TiCl4有更高的去除效率。試驗在研究其作用機理的過程中發(fā)現(xiàn)，TiCl4低量投加時，混凝原理是吸附電中和作用。而投加量較高時,卷掃網(wǎng)捕起主要的作用。而且，檢測到原水pH 發(fā)生變化時，TiCl4在有機物的去除上也要高于傳統(tǒng)的鋁鹽和鐵鹽混凝劑。

3 各種工藝和混凝的連用

3.1 預(yù)氧化強化混凝除藻

由于藻液的帶電特性和穩(wěn)定特性，只采用投加混凝劑的方法很難達到去除要求。近年來有研究指出，若是先預(yù)先對藻細胞進行一定程度的氧化，再加入混凝劑進行沉淀，去除效果則會得到較大的提升[12-14]。預(yù)氧化中比較常用的方法有氯預(yù)氧化、高錳酸鉀預(yù)氧化、臭氧預(yù)氧化和雙氧水預(yù)氧化等。

高錳酸鉀預(yù)氧化是研究比較多的一種預(yù)氧化方式。馬敏等在除藻時，采用了先使用KMnO4-Fe（II）預(yù)氧化再通過鋁（Al）混凝來強化銅綠微囊藻去除的方法[13]。研究指出，在KMnO4的劑量＜20 μmol/L 時有望保持細胞完整性，受損細胞比例低于10%。其中，引入的Fe（II）可以淬滅殘留的KMnO4，防止過度氧化造成的細胞內(nèi)有機物（IOM）釋放。相比于鋁鹽混凝除藻，KMnO4和Fe（II）聯(lián)合能將藻類去除率提高至70%。試驗過程中不斷生成的新生態(tài)鐵被認為是這個體系中增強混凝效果的關(guān)鍵因素。關(guān)曉紅等認為，新生態(tài)鐵是原位生成的，這使得新生態(tài)三價鐵有著優(yōu)于預(yù)制三價鐵的混凝性質(zhì)[15]。馬敏等認為，新生態(tài)鐵混凝效果好得益于新生態(tài)鐵是反應(yīng)逐步生成，這可以有效避免混凝劑陳化，進而提高混凝效果[13]。

陳芳等發(fā)現(xiàn)臭氧可以有效地抑制水華魚腥藻的活性，將臭氧與硅藻土、PAC 聯(lián)用可以提高有機物質(zhì)及藻的去除效率，而且能大大降低混凝劑的使用量[12]。但是，臭氧的氧化性較強，容易破壞藻細胞，導(dǎo)致細胞內(nèi)有機物（IOM）的釋放。

3.2 超聲聯(lián)合混凝除藻

超聲聯(lián)合無機絮凝劑進行除藻有實際的應(yīng)用價值，這也是一種有效的聯(lián)合混凝除藻方式。駱靈喜等在天津外環(huán)河利用低強度超聲波對藻進行處理，以此強化混凝效果[16]。試驗結(jié)果表明，低強度超聲波對混凝沉淀工藝除藻效率有較大的提升。藻細胞的去除率和濁度的去除率可分別提高20.32%和21.60%。而且，李定龍等人利用超聲波聯(lián)合無機混凝劑對污泥脫水性能的影響進行試驗，研究結(jié)果表明，兩者有較好的協(xié)同效應(yīng)，污泥的脫水性能明顯改善[17]。

3.3 微波強化混凝去除水中藻類

朱承彬等人研究發(fā)現(xiàn)，利用微波對藻類進行預(yù)處理能強化混凝劑對藻類的去除效果[18]。試驗還發(fā)現(xiàn)，藻類經(jīng)過微波處理后被有效滅活，但是藻體的生理結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，這表明微波能有效除藻又不會引起藻的破壞。

3.4 強化混凝結(jié)合氣浮除藻

氣浮法除藻屬于物理除藻的范疇，但是單純使用氣浮，其效果和成本都不理想。為了結(jié)合兩者的優(yōu)點，有研究將兩者聯(lián)合運用于除藻。目前對于生活污水中的藍藻，氣浮聯(lián)合混凝法除藻，去除效率能達到95%[19]。

3.5 UV 強化混凝除藻

UV 輻照近年來被廣泛應(yīng)用到除藻方面的研究中。UV 輻照能有效地抑制藻類的生長，甚至導(dǎo)致藻類的失活，這可以降低水體內(nèi)藻類的密度[20]。UV 還能影響藻類的產(chǎn)毒等生理活動，具有抑制和降解藻毒素的作用，這些特點使得UV 被廣泛應(yīng)用于藻處理過程中[21]。

UV 強化過硫酸鹽（PS）。有研究提出了UV/PS（PS 劑量為60 mg/L 和UV 劑量375 mJ/cm2）預(yù)氧化可以通過有效中和Zeta 電位成功促進藻類細胞的混凝，原理是紫外線照射后，細胞形態(tài)、粒度分布和細胞表面特性發(fā)生變化，形成了活性氧化物種（即SO4-·和HO·）[22]。

UV 加雙氧水強化二價鐵混凝。UV 加雙氧水屬于高級氧化反應(yīng)，具有較強的氧化性，且雙氧水分解產(chǎn)生無害物質(zhì)。所以，這是一種清潔環(huán)保的預(yù)氧化除藻方式。賈沛莉等利用UV 加雙氧水強化二價鐵混凝除藻，在實現(xiàn)有效去除藻類和有機物的情況下降低了二價鐵的使用量，并且保證了氧化過程中藻細胞的完整性[23]。

3.6 強化混凝過濾除藻

膜過濾能比較快速有效地除藻，有研究發(fā)現(xiàn)，對于銅綠微囊藻的去除，超濾膜能實現(xiàn)98%的去除效率[24]。但是，單一的膜過濾會造成膜的污染，藻類的黏附和堵塞使得膜的沖洗困難，影響二次利用[25]。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過混凝或者預(yù)氧化混凝之后的藻再進行膜過濾時能減小過濾阻力，便于清洗。陳禹志等利用高錳酸鉀預(yù)氧化強化聚合氯化鋁混凝，最后結(jié)合超濾膜過濾除藻[26]。結(jié)果表明，高錳酸鉀的預(yù)氧化使得膜污染的速度變慢，而且對DOC 和UV254的去除率也分別提高了14.6%和19.5%。另外，混凝微濾也屬于混凝過濾除藻方式的一種[27]。

4 結(jié)論

目前，隨著研究的深入，藻類爆發(fā)的原因得到很好的解釋，除藻的方式也得以發(fā)展。除藻的范圍已經(jīng)由開始的只除掉藻類延伸至除掉藻體及其代謝的有害物質(zhì)。所以，單一的方式除藻已經(jīng)不能滿足目前的需要。多種除藻方式和混凝聯(lián)用的復(fù)合型工藝被深入研究，未來混凝除藻方法的發(fā)展方向就是混凝和多種其他工藝結(jié)合以達到高效快捷除藻的目的，并且解決藻類帶來的其他問題。另外，新型混凝劑和助凝劑的研究也是重點方向。