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)，是評價水體水質(zhì)的重要生物學(xué)指標(biāo)。藻類對水處理效果有重要影響：藻類會粘附在濾料表面，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)工藝對原水藻類的去除效果，對水廠的工藝運(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，監(jiān)測頻率為每月1次，對藻類進(jìn)行計(jì)數(shù)和分類鑒別，以了解水處理工藝流程各個階段對原水藻類的去除效果。對于原水藻類研究部分，適當(dāng)引用監(jiān)測時間段內(nèi)水質(zhì)分析中藻類項(xiàng)目的檢測數(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 測定方法和依據(jù)

依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)中“浮游生物的測定”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(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/L以上外，其余月份的藻類數(shù)量在3.56×106～8.73×106個/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)測手冊》規(guī)定，在水體富營養(yǎng)化調(diào)查與評價中，藻類個體數(shù)小于3×105個/L為貧營養(yǎng)，(3～10)×105個/L為中營養(yǎng)，大于10×105個/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%，在個別月份極少甚至沒有監(jiān)測到該門類；金藻數(shù)量更少，只在9月和1月監(jiān)測到，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/L，平均值為8.80×106個/L；待濾水全年的藻類數(shù)量為9.12×104～2.29×106個/L，平均值為6.13×105個/L；清水池水全年藻類數(shù)量為3.68×104～7.21×105個/L，平均值為1.13×105個/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月前后的一段時間，正好對應(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。由此推測該段時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/L時，會產(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，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，有必要對原水中的藻類數(shù)量進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，以及時調(diào)整制水工藝。

在對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。《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)對出廠水藻類無明確的限值要求，但是藻類對出廠水的色度、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)境條件適宜時便會快速生長繁殖，對出廠水和管網(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)檢測結(jié)果Tab.3 Detection results of conventional indexof treated water in 2018-2019

4 結(jié)語

① 通過對藻類數(shù)量、分類統(tǒng)計(jì)和多樣性指數(shù)3個方面的分析可以看出，在監(jiān)測時間段內(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體微小，且生長繁殖受到消毒劑抑制，對水質(zhì)感官指標(biāo)影響不大。

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