次氯酸鈉浸泡法脫除原水管壁淡水殼菜試驗

倪杭娟，張秋勉，郭應(yīng)達(dá)

(杭州蕭山供水有限公司，浙江杭州 311203)

淡水殼菜(Limnopernafortune)，俗稱江瓜子，英文名golden mussel，雙殼綱，貽貝科[1]，群棲性動物。一般繁殖季節(jié)為2月—9月，繁殖門檻水溫為16～17 ℃[2]。蕭山區(qū)飲用水取自錢塘江，地處副熱帶季風(fēng)氣候區(qū)[3]，水體中的藻類和有機(jī)質(zhì)豐富，為淡水殼菜的生長提供了良好的環(huán)境，淡水殼菜分布密度較大。它們附著在原水管壁，易在原水管壁形成牢固的貝殼層。在取水口原水管道施工時，可觀測到3～5 cm的貝殼層。

淡水殼菜對制水廠的主要影響：(1)覆蓋原水管道流量計電極，導(dǎo)致進(jìn)廠原水計量偏離；(2)堵塞反應(yīng)池前濾網(wǎng)，減少格柵過水能力[4]；(3)堵塞反應(yīng)池排泥機(jī)水射器，使排泥機(jī)不能正常工作；(4)在淡水殼菜夏季繁殖茂盛期，原水腥臭味檢出率明顯提高[5]。

對于原水管道中淡水殼菜的防治，目前主要有物理清除、化學(xué)殺滅和生物法三類。物理法受管道承壓強(qiáng)度和供排水條件等工程限制；生物法作用周期長，且對水質(zhì)要求高，故化學(xué)藥劑法使用最為普遍[6]。學(xué)者對常用的水處理試劑，包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化劑等，進(jìn)行淡水殼菜足絲溶解試驗，發(fā)現(xiàn)只有次氯酸鈉具有溶解新、老足絲的能力[7]。故本次試驗采用次氯酸鈉溶液消殺管道中的淡水殼菜，削減殼體間黏附力，并結(jié)合一定的水流沖洗，從而使其從管壁脫除。

1 試驗部分

1.1 試驗器材

溶氧儀，YIS Pro20i；分光光度計，上海美譜達(dá)UV1800；濁度儀，HACH2300TL；量筒：1 L；秒表。

1.2 試驗方法

從取水口濾網(wǎng)采集成團(tuán)生長或個體較大的淡水殼菜，挑選殼體不受損的健康活體，體長在15～30 mm，裝入玻璃瓶或可樂瓶中。多批次進(jìn)行消殺試驗，觀察貽貝開口死亡、脫落需要的時間，以及整個脫除過程的水質(zhì)狀況。

第一階段：采用不同濃度次氯酸鈉溶液浸泡淡水殼菜活體，觀察記錄殺滅過程及水質(zhì)狀況。判斷貝類死亡的標(biāo)準(zhǔn)為貝殼張開，內(nèi)部組織松軟無力露出，對外部刺激無反應(yīng)。判斷能否從管壁脫落的標(biāo)準(zhǔn)為殼肉分離、貝團(tuán)松散。水質(zhì)檢測方法依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 5750—2006)相關(guān)方法。

具體流程：(1)從取水口集水井濾網(wǎng)取得淡水殼菜；(2)準(zhǔn)備7個棕色瓶(避光環(huán)境)，每瓶各放入20顆淡水殼菜活體；(3)分別使用0、0.5、1.3、1.6、2.0、2.5、3.0 mg/L次氯酸鈉溶液浸泡；(4)實(shí)驗室靜置觀察；(5)記錄死亡率及水質(zhì)數(shù)據(jù)。

第二階段：模擬管網(wǎng)殺滅環(huán)境，觀察及檢測水質(zhì)狀況。試驗設(shè)計如下：準(zhǔn)備2個1.25 L可樂瓶，放在長流水的水龍頭下，在瓶身下部戳一些細(xì)孔。控制水龍頭出水量，用1 L燒杯收集瓶中流出水量，并用秒表計時，保持瓶身流速約0.6 m/s，可樂瓶外部套黑色塑料袋。試驗條件與主管網(wǎng)真實(shí)水力條件接近，試驗水龍頭處出水余氯(次氯酸鈉濃度)一直保持在0.5～0.6 mg/L。同時，從瓶身下部戳的細(xì)孔處，定時取水，檢測水質(zhì)指標(biāo)。具體設(shè)計如圖1所示。

圖1 動態(tài)模擬流動試驗設(shè)計圖Fig.1 Design of Dynamic Simulation Flow Experiment

1.3 試驗結(jié)果與分析

1.3.1 封閉靜態(tài)浸泡試驗

第一階段數(shù)據(jù)顯示，7個濃度的浸泡溶液中，淡水殼菜在第4 d均已全部死亡。其中，3.0 mg/L次氯酸鈉浸泡液中淡水殼菜的死亡速度最快，純水浸泡液的死亡速度略慢，具體死亡率結(jié)果如圖2所示。

圖2 封閉靜態(tài)浸泡試驗淡水殼菜死亡率變化Fig.2 Mortality Rate of Limnoperna fortune in Closed Static Immersion Experiment

由圖2可知：除純水外，其余濃度的浸泡液中，淡水殼菜在第3 d的死亡率均達(dá)到了90%以上，其中，3.0 mg/L浸泡液中的死亡率為100%，0.5 mg/L浸泡液中的死亡率約90%。分析原因：(1)次氯酸鈉濃度越高，足絲溶解越快；(2)密閉環(huán)境不利于生物呼吸，能夠加速死亡。在生產(chǎn)上，0.5～3.0 mg/L浸泡液中淡水殼菜的死亡速度差距不大，考慮到高濃度消毒液對管壁的影響，選擇0.5 mg/L為宜。試驗還觀測到：不同濃度情況下，淡水殼菜死亡后，貝團(tuán)均沒有松散脫落，至第7 d用玻璃棒攪拌亦不會掉落，第8 d部分殼肉分離，第10 d殼肉基本完全分離，貝團(tuán)松散，剛剛達(dá)到從原水管壁脫落的要求。

考慮淡水殼菜死亡過程對水質(zhì)的影響，觀測記錄0.5 mg/L浸泡過程的水質(zhì)情況，如表1所示。

由表1可知：在淡水殼菜死亡過程中，水溫為23.4～26.8 ℃，較平穩(wěn)；氨氮增長很快；溶解氧逐漸消耗殆盡。淡水殼菜在死亡過程中會消耗溶解氧，釋放氨氮到水中。伴隨著整個過程，水質(zhì)異味狀況逐漸惡化至強(qiáng)酸臭，色度變?yōu)楹谏h(yuǎn)超地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，不可作為原水使用。

在封閉靜態(tài)浸泡試驗中，淡水殼菜的死亡速度較快，但從死亡到脫落的時間較長，長達(dá)7 d左右，在這段時間內(nèi)，浸泡水質(zhì)逐漸惡化。在實(shí)際生產(chǎn)中，分段采用盲板封閉管道，采用供水管網(wǎng)中的自來水(余氯濃度為0.5 mg/L)抽入浸泡，然后再逐段將臭水抽排，統(tǒng)一作為污水處理。考慮到現(xiàn)實(shí)中很難找到合適的排放地點(diǎn)及處理難度大，該方案不易實(shí)施。

表1 封閉靜態(tài)浸泡試驗水質(zhì)狀況Tab.1 Water Quality in Closed Static Immersion Experiment

1.3.2 動態(tài)模擬流動試驗

第二階段動態(tài)模擬流動試驗中，采用低濃度次氯酸鈉溶液(試驗水龍頭出水)殺滅和沖洗淡水殼菜。根據(jù)燒杯取水量、瓶身橫截面及秒表計時，流速約在0.5～0.7 mg/L，跟蹤記錄淡水殼菜死亡情況，如圖3所示。

由圖3可知：試驗第3 d出現(xiàn)開口死亡現(xiàn)象，比封閉靜態(tài)浸泡時的開口現(xiàn)象晚1 d出現(xiàn)，但到第4 d，也基本全部死亡；同時，在第4 d開始出現(xiàn)殼肉分離，第5 d貝團(tuán)松散、殼肉基本完全分離，達(dá)到管壁脫落要求。檢測瓶身上部出水，水質(zhì)狀況如表2所示。

表2 動態(tài)模擬流動試驗水質(zhì)狀況Tab.2 Water Quality in Dynamic Simulation Flow Experiment

由表2可知：試驗前3 d水樣的渾濁度較高，原因為淡水殼菜團(tuán)體表面雜質(zhì)顆粒物較多，死亡過程中也會產(chǎn)生殼肉碎屑，在流動水體沖刷中，這些雜質(zhì)逐漸被沖走，渾濁度穩(wěn)步降低；余氯檢出值在第3 d開始降低，表明死亡到殼肉分離階段，生物腐質(zhì)會消耗次氯酸鈉，貝團(tuán)徹底脫落后，余氯又開始上升，到第16 d，與龍頭水余氯值一致，表明腐肉已沖洗干凈，如圖4所示。

1.3.3 靜態(tài)與動態(tài)試驗對比

由圖5可知：在靜態(tài)試驗中，水質(zhì)異嗅情況迅速惡化，第3 d嗅覺描述為腥臭，之后惡臭味越來越重；在動態(tài)試驗中，水質(zhì)在第3 d達(dá)到5級，嗅覺描述為腥味，第5 d之后，嗅味情況逐漸好轉(zhuǎn)，逐漸趨近于無異嗅。

圖5 封閉靜態(tài)浸泡試驗與動態(tài)模擬流動試驗異嗅狀況對比Fig.5 Comparison of Odor in Closed Static Immersion Experiment and Dynamic Simulation Flow Experiment

淡水殼菜在死亡過程中，對水質(zhì)氨氮指標(biāo)影響較大。由圖6可知：在動態(tài)和靜態(tài)試驗中，前3 d均有增長，之后在靜態(tài)浸泡水中，氨氮呈現(xiàn)指數(shù)級增長，最后遠(yuǎn)超污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(25 mg/L)；而在動態(tài)水樣中，氨氮最高為4.58 mg/L，接近地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，并在第14 d下降至0.10 mg/L，小于地表水Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 動態(tài)模擬流動試驗與封閉靜態(tài)浸泡試驗氨氮對比Fig.6 Comparison of Ammonia Nitrogen in Closed Static Immersion Experiment and Dynamic Simulation Flow Experiment

綜上，模擬供水管網(wǎng)的動態(tài)試驗對水質(zhì)的影響較小，前期出現(xiàn)水質(zhì)波動，基本與地表水相接近，在一般的凈水廠中，通過調(diào)整藥劑投加，可以處理。在實(shí)際生產(chǎn)中，也不會出現(xiàn)周邊群眾難以接受的腥臭味，施工風(fēng)險較低。

2 結(jié)論

(1)封閉靜態(tài)浸泡試驗中，淡水殼菜死亡速度快，但從死亡到脫落的時間較長，第10 d左右脫落。動態(tài)模擬流動試驗中，死亡現(xiàn)象晚1 d出現(xiàn)，但貝團(tuán)脫落速度明顯加快，第5 d即松散脫落，脫落速度提升50%。表明，與封閉靜態(tài)浸泡試驗相比，動態(tài)模擬流動試驗清除貝團(tuán)的效果更好。

(2)淡水殼菜死亡過程對水質(zhì)有較大的影響。特別是采用封閉靜態(tài)浸泡試驗時，氨氮超過污水排放標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)上施工風(fēng)險極大；動態(tài)模擬流動試驗中，水質(zhì)波動在凈水廠處理范圍內(nèi)，風(fēng)險較低。

(3)采用余氯含量為0.5～0.6 mg/L的主管網(wǎng)水，以0.6 m/s或加大流速進(jìn)行沖洗，可脫除淡水殼菜，最終出水可達(dá)到清潔用水要求。該方法施工難度低、水質(zhì)風(fēng)險小，在實(shí)際施工中推薦使用。