室內常規混凝除藻的實驗研究

常寶軍 楊富瑩 張云霞

(天津市市政工程設計研究院，天津 300392)

藻類是水中最主要的初級生產者，其在水體中大量生長并繁殖被認為是水體營養狀態升高的生物學標志之一[1]。原水中藻類會對水中的色度、異味、pH、堿度、濁度、耗氧量等產生影響，并且這些水質因素存在相互作用，共同影響著給水處理的全過程，直接決定著出廠水的好壞。

西南山區村鎮現有水廠的常規凈水工藝中，應用最廣泛的除藻方法為混凝沉淀法[2]。由于藻本身密度較小，沉淀性能較差，且不同原水中藻細胞性質差異較大，導致其在混凝沉淀過程中去除效果不好。在混凝沉淀工藝中不同混凝劑表現出的除藻效果有較大的差異性，針對不同原水水質，選擇較優除藻混凝劑具有較大的現實意義。

本文選用聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)和聚合氯化鋁鐵(PAFC)三種常用混凝劑，對比處理小球藻、隱藻和小環藻三種優勢藻種原水的實驗效果。

在常溫下，取同批次培養的純藻配制好的實驗藻液800 mL于1 L攪拌杯中，進行常規混凝實驗。三種混凝劑均按0 mg/L,10 mg/L,20 mg/L,30 mg/L,40 mg/L和50 mg/L六個梯度分別投加，除改變實驗藻種外，其他條件保持一致，測定靜置后上清液的Chl-a濃度、濁度和UV254。

1 水質模擬

實驗水質是將培養好的純藻液稀釋到一定量的營養液中，最后再用氫氧化鈉和鹽酸調至所需的pH值。水中的總有機物(TOC)用腐植酸鈉和葡萄糖模擬，UV254值用腐植酸鈉量控制。營養液用自來水配制，其配方如表1所示，模擬的水質指標為：pH值7.5～8.0，濁度4.0 NTU～6.5 NTU，UV2540.06 abs/cm～0.08 abs/cm，TOC 10 mg/L～12 mg/L，TN 3.0 mg/L～3.5 mg/L，Chl-a濃度20 μg/L～25 μg/L。

表1 營養液配方

2 混凝劑對藻液Chl-a的去除效果

混凝劑的投加量與實驗藻液的Chl-a去除率關系如圖1所示。由圖1可以看出，雖然不同混凝劑對三種實驗藻液處理效果不同，但隨著投加量的增加對三種實驗藻液的Chl-a去除率均呈現出先增加后緩慢降低的趨勢。

對于小球藻液，在各個投加量下，混凝劑PFS的除藻率均優于其他兩種混凝劑，在20 mg/L和30 mg/L投加量下Chl-a去除率達到最大，去除率為86.8%±0.3%和86.4%±0.8%，但二者差異性不顯著(p>0.05)。混凝劑PAFC除在50 mg/L投加量下略好于PAC外，在其他情況下除藻率均差于其他兩種混凝劑。

對于隱藻液，在各個投加量下，混凝劑PFS的除藻率除在10 mg/L投加量下略差于PAC，在其他投加量下均優于其他兩種混凝劑，其在20 mg/L投加量下Chl-a去除率達到最大，為86.2%±0.5%。PAC在30 mg/L下除藻率達到最大，為81.5%±0.5%。混凝劑PAFC表現最差，各投加量下除藻率均差于其他兩種混凝劑。

對于小環藻液，各個投加量下，混凝劑PAC的除藻率均優于其他兩種混凝劑，其投加量在30 mg/L時，Chl-a去除率達到最大，為86.6%±0.6%。而混凝劑PAFC除在10 mg/L投加量下略好于PAC外，在其他情況下除藻率均差于其他兩種混凝劑。

從以上數據可知：總體而言，對于三種藻液，PAC和PFS除藻效果較好，而PAFC除藻效果略差。混凝除藻的過程與無機膠體和懸浮性物質的混凝過程相似，但由于藻細胞是生命活動體，混凝效果的影響因素卻不相同。

3 混凝劑對藻液UV254的去除效果

波長254 nm的紫外吸光度值是難揮發性總有機碳(NPTOC)和總三鹵甲烷生成勢(TTHMFP)的一個良好的替代參數。有研究表明，UV254與CODCr,UV254與TOC,UV254與BOD5具有顯著的線性關系[3]，本實驗中UV254值主要反映的是腐植酸鈉的含量。混凝劑的投加量與實驗藻液的UV254去除率關系如圖2所示。

由圖2可知，對于小球藻液和隱藻液各個投加點(10 mg/L,20 mg/L,30 mg/L,40 mg/L和50 mg/L)上，三種混凝劑均隨著投藥量的增加UV254去除率增大，且PAC好于PAFC,PFAC好于PFS；而對于小環藻液，PAC和PAFC隨著投藥量的增加UV254的去除率先增加后減小，PFS隨著投藥量的增加UV254去除率先增大后保持穩定，UV254去除率總的趨勢為PAFC好于PAC，PAC好于PFS。

對于小球藻液，混凝劑在10 mg/L～50 mg/L投加范圍內，PAC對UV254去除范圍為62.1%～74.8%，PAFC為53.7%～72.0%，PFS為48.1%～62.1%。對于隱藻液， PAC對UV254去除范圍為43.1%～56.9%，PAFC為43.1%～51.4%，PFS為33.3%～43.1%。對于小環藻液，PAC對UV254去除范圍為51.4%～63.5%，PAFC為55.4%～68.9%，PFS為41.9%～59.5%。

UV254代表的腐殖質類的有機物中含有羧酸基和羥基功能團，帶有負電性，混凝劑水解形成的帶正電的產物是通過電中和作用去除有機物的。并且從以上結果來看，含鋁混凝劑對腐殖質類有機物去除效果要好于含鐵混凝劑。

4 混凝劑對藻液濁度的去除效果

混凝劑的投加量與濁度去除率關系如圖3所示。

對于小球藻液，各個投加量下，混凝劑PFS的除濁效果均優于其他兩種混凝劑，且在20 mg/L投加量下濁度去除率達到最大，為86.3%±0.5%；而混凝劑PAFC在五個投加量下除濁率均差于其他兩種混凝劑。該結果與三種混凝劑對小球藻的去除效果基本一致。

對于隱藻液，各個投加量下，混凝劑PFS的除藻率除在10 mg/L投加量下略差于PAC和PAFC，在其他情況下均優于其他兩種混凝劑，且在20 mg/L投加量下濁度去除率達到最大，為89.6%±0.5%。PAC在30 mg/L下除濁率達到最大，為80.4%±0.4%，PAFC在20 mg/L下除濁率達到最大，為87.3%±0.1%。

對于小環藻液，其濁度較難去除，在三種混凝劑投加量為10mg/L時，濁度的去除率反而降低，而后隨著投藥量增加，濁度去除率大大增加。相對而言，PFS除濁效果較好，其投加量在50 mg/L時，濁度去除率達到最大，為78.4%±0.2%。PAC除濁效果次之，其在30 mg/L投加量下除濁效果最好，濁度去除率為75.4%±0.3%。而PAFC除濁效果相對較差，其在40 mg/L投加量下除藻效果最好，濁度去除率為74.3%±0.2%。對于三種混凝劑在10 mg/L投加量下濁度降低的現象，可能是因為小環藻胞外有機物要多于其他兩種藻液，胞外有機物的存在干擾了混凝劑對濁度去除效果。

5 混凝劑的篩選結果

以各個混凝劑對各藻液Chl-a去除率作為主要考察依據，并考慮到其對濁度和UV254的去除效果，以此篩選出適合各藻液較優的混凝劑及其投加量。

對于小球藻液，混凝劑PFS在20 mg/L投加量下優于其他兩種混凝劑。此時，Chl-a和濁度去除率均達到最大，分別為86.8%±0.3%和86.3%±0.5%，UV254去除率為50.9%±0.0%。

對于隱藻液，混凝劑PFS在20 mg/L投加量下優于其他兩種混凝劑。此時，Chl-a和濁度去除率均達到最大，分別為86.2%±0.5%和89.6%±0.5%，UV254去除率達到40.3%±0.8%。

對于小環藻液，混凝劑PAC在30 mg/L投加量下優于其他兩種混凝劑。此時，Chl-a去除率達到最大，為86.6%±0.6%，濁度去除率為75.4%±0.3%，UV254去除率為63.5%±0.0%。

6 結語

1)雖然不同混凝劑對三種實驗藻液處理效果不同，但隨著投加量的增加對三種實驗藻液的Chl-a去除率均呈現出先增加后緩慢降低的趨勢。PAC和PFS除藻效果較好，而PAFC除藻效果略差。2)混凝劑的加入能很好的去除水中的腐殖質物質，且含鋁混凝劑對腐殖質類有機物去除效果要好于含鐵混凝劑。3)三種藻液中，混凝劑PFS的除濁效果好于其他兩種混凝劑，其投加量在20 mg/L時小球藻液和隱藻液濁度去除率達到峰值，對于小環藻液濁度去除率在投加量為50 mg/L時達到峰值。以各個混凝劑對各藻液Chl-a去除率作為主要考察依據，并考慮到其對濁度和UV254的去除效果，篩選出除藻較優的混凝劑及其投加量：對于小球藻液和隱藻液，混凝劑PFS在20 mg/L投加量下除藻效果較優，除藻率分別為86.8%±0.3%,86.2%±0.5%；對于小環藻液，混凝劑PAC在30 mg/L投加量下除藻效果較優，除藻率達到86.6%±0.6%。