水處理中藻類暴發造成的水質問題及處理方法

黃紅妍

（梧州粵海江河水務有限公司，廣西 梧州 543002）

0 引言

近年來，我國原水污染受多方面因素影響，水質異味普遍性、頻發性、難控性逐年上升。研究表明，水體異味來源主要是藻類，異味以魚腥味、土霉味最為普遍，硅藻可產生魚腥味，藍綠藻能產生土霉味。2021年1月下旬至2月，廣西某市水源地季節性藻類暴發，且該水源地有不合規的網箱養殖，加速了藻類增長，原水出現一定程度的異味。為此當地水務公司必須對產生的水質問題組織研究并提出解決方案，以滿足飲用水達標要求。

水源的藻類暴發影響一系列的供水生產。藻類及其分泌物會干擾自來水處理中的混凝過程，使藻類不易沉降；大量的藻類會堵塞濾池，縮短濾池的過濾周期；某些較小的藻類穿透濾池進入清水池和管網，造成管網水質惡化，加速管網腐蝕。此外，藻類在代謝過程中會產生臭味，若不進行處理消除，容易引起飲用者不適。

1 藻類暴發成因和預警指標

1.1 藻類暴發成因

天氣溫暖時，藻類暴發會影響水廠生產。由于藻類聚集到濾池（尤其是慢濾池），其表面將形成一層密實的藻類覆蓋物，阻止水通過，導致濾池堵塞。藻類代謝釋放出的氣體，特別是光合作用釋放的氧氣，在濾池中較難自動沉降。某些藻類能合成有毒的代謝產物，如藍藻中的微囊藻屬、魚腥藻屬、鞘絲藻屬等會產生微囊藻毒素，微囊藻毒素直接毒害魚類、人畜，是肝癌的主要誘因。因此，水體藻類消除必須重視。

藻類異味物控制途徑多種多樣，發現藻類生長相關指標同時出現異常時，水廠必須當加強監測。藻類可使水中的無機物二氧化碳通過光合作用轉化成有機物，下列是該光合作用過程中碳酸鹽體系轉化生成有機物的化學反應式。

由于在地表水的pH范圍內，碳酸鹽主要以HCO3-的形式存在，在富營養化的地表水中，HCO3-濃度大小決定了藻類的生長狀況，同時也對地表水pH升降產生影響。此外，富營養化地表水中的溶解氧主要源于藻類光合作用，這是因為藻類光合作用產生的氧要遠大于其呼吸作用消耗的氧，導致光合作用產生的氧氣中的溶解氧甚至能夠達到飽和狀態下溶解氧的4倍。

1.2 藻類暴發預警指標

根據藻類生長的特性，在藻類繁殖期一般會出現pH上升、溶解氧上升、高錳酸鹽指數上升、葉綠素a上升的現象，同時會導致色度偏高并出現異味。因此根據其特點，該水廠對各指標制定適宜的檢測方案和預警值。

地表水pH受藻類光合作用和呼吸作用的影響，深夜和正午的差值較大。若采用PAC作為凈水劑，原水pH超過8.10，溫度高時（一般在正午），濾后水鋁含量較高，容易造成水質鋁含量超標，必須在有可能出現藻類暴發的情況下，留意正午時間的pH。藻類通過光合作用吸收二氧化碳放出氧氣，從而導致水中的溶解氧上升明顯。由于藻類暴發時溫度偏高，溶解氧和溫度呈負相關，可以通過觀察其溶解氧是否超出飽和溶解氧作為預警值。

藻類繁殖不可缺少總磷、總氮。磷是最小的限制因子，而總氮對藻類的生長影響更大一些，這是因為氮在藻類細胞內異養分解釋放大量氨態分子到水體中，而藻類吸收磷酸鹽生長以磷的聚合物形式存在，藻類細胞代謝過程釋放氮要比釋放磷的速度快，因此對氮的需求量更多。一般來說，藻類繁殖時高錳酸鹽指數會逐步升高，但即便在衰退期高錳酸鹽指數依舊保持一個較高的數值，因為藻類的衰退期會出現其他生物分解藻類，同時氨氮在衰退期亦會處在較高水平。水務公司下屬水廠水源處于水利樞紐末端處的取水點，在預警評價中除地表水評價標準外，還需參照湖庫水的評價標準。在藻類易發的1月、7月等月份需特別關注，同時關注氣象信息和水文信息，做好預警。

2 減少水體藻類工藝分析

本次水源地水體藻類暴發，水廠利用好信息化數據，分析實驗室信息管理系統錄入的檢測結果，原水檢測數據變化明顯，如表1所示，經綜合判斷為水體藻類暴發，必須啟動水質應急響應處理。

表1 原水檢測數據變化

水體藻類暴發水質應急響應處理，要先考慮殺藻，同時祛除異嗅異味。減少水體藻類有較多的工藝選擇，應針對藻類的特性選擇合適的處理工藝。

2.1 臭氧及其他氧化工藝

常用的氧化劑有氯氣、臭氧、過氧化氫及高錳酸鉀等。氯氣和高錳酸鉀對土臭素和2-甲基異莰醇的去除效果不佳，而臭氧可以有效去除土臭素和2-甲基異莰醇組分，但會生成新的異味的物質，需要在后續增加活性炭吸附。有研究發現使用3.8 mg/L濃度的臭氧，與水體接觸6 min左右能有效去除藍綠藻產生的土腥味和霉味[1]。氧化法對于硫醚硫醇類物的去除效果較好。

2.2 活性炭

水處理中廣泛使用的除味填料主要是活性炭，粉末活性炭又比顆粒活性炭接觸面積更大，除味效果更優。

2.3 生物降解法

采用生物降解法能去除有氣味的有機物，通過砂濾濾料上的生物膜能有效去除土臭素和2-甲基異莰醇。

2.4 降低水體富營養化程度

由于風力、降雨、氣溫、光照等不可控因素，且且水流速度因各水利樞紐的宏觀調配難以變更，因此，降低水體富營養化程度較好的方法是與相關政府機關協調，清理非法網箱養殖，嚴查違規排污，從而減少水中的營養物質。

（1）化學除藻。預氧化、光催化材料、復合材料、化學除藻藥劑、電化學、絮凝法、混凝劑除藻等是利用化學法除藻，常用藥劑有過氧化氫、硫酸銅、臭氧、高錳酸鉀、氯氣、二氧化氯等。化學除藻具有效果好、操作方便等優點，并且化學除藻可在上水管道處添加，無須投放在水源地。

（2）生物除藻。生物除藻的主要方法有溶藻菌除藻、微生物除藻、草履蟲吞噬除藻、放養鰱魚控藻等。短時間內生物除藻效果不明顯、實驗周期長，需要在水源地進行投放，并由政府有關部門進行組織進行。

（3）物理除藻。物理除藻的主要方法有沉積物沉降除藻、機械除藻、超聲波除藻、紫外線輻照除藻、過濾除藻、超導磁石除藻、電氣浮除藻等，目前行業多采用機械除藻和氣浮除藻。

分析本次水源地藻類暴發的相關數據，結合本地實際情況及水廠工藝情況，要先做好水源地管理，積極和政府部門溝通，清理違規的網箱養殖，進行應急治理。經處理后，水源水樣的水藻類密度明顯下降，水源水樣檢測處理前后對比如表2所示。

表2 水源水樣檢測處理前后對比

針對應急處理的除藻方法一般采用化學除藻法和物理除藻法，由于出廠水也需要使用消毒劑，可考慮采用原有的消毒劑作為應急除藻手段，本次采用次氯酸鈉消毒除藻。

3 除藻后的水質處理

水源地季節性水體富營養化導致的藻類含量升高是中小型水廠面臨的普遍性問題，投加二氧化碳調節pH技術在水處理行業越來越受關注，國內自來水廠生產應用不多，本企業為了滿足水質要求，改善生產過程的生態績效，節約能源消耗低碳生產，提高生產產出效率，提出了相關生產試驗應用。

隨著水中藻類含量的增加，溶解氧含量將增加，pH亦將增高。當使用PAC處理藻類較多的原水時，原水的pH較高，PAC對pH的影響不大，處理后水的pH會保持在一個較高的范圍。鋁離子在pH較高時溶解度較大，原水pH的變化會影響混凝劑的水解程度，進而降低混凝效果，同時也會影響水中溶解鋁的含量，容易導致出廠水鋁含量超出《生活飲用水衛生標準》要求的0.2 mg/L的限值。為了提高出廠水的水質，試點水廠采用了將二氧化碳氣體直接加注到原水中降低原水pH，從而減少水處理劑使用量，保證出廠水鋁含量滿足飲用水衛生標準要求。

（1）工藝流程。工藝流程設計投加二氧化碳調節pH應用在該水廠，水廠原設計日供水量為15×104m3/d，采用常規制水工藝，混凝劑為聚合氯化鋁，工藝流程為：原水→沉淀池→澄清池→（加氯）濾池→清水池→供水泵房→市政管網。

（2）投加工藝路線。本次投加使用在水廠原水進水處前加次氯酸鈉-活性炭粉末聯用的方法殺除原水中的藻類，利用活性炭吸收微囊藻毒素、土臭素和2-甲基異莰醇等異嗅物質。

緊接著在進水時將二氧化碳注入原水中，補充因藻類光合作用而消耗的二氧化碳，提高水中的氫離子濃度，達到降低pH的目的[2]。投加研究技術路線如圖1所示。

圖1 投加研究技術路線

（3）pH的控制效果分析。該水廠試驗期間在進水時便將二氧化碳氣體注入原水中，pH控制目標為7.3～7.5，通過在線pH儀測試日平均值得出pH的實際控制情況，期間原水pH在7.9～8.6波動，二氧化碳平均投加量約5.6×10-5kg/m3，在投加二氧化碳后pH按目標值波動，能實現對pH的準確、穩定控制。

（4）對PAC投加量的影響。PAC作為最常用的無機高分子絮凝劑，有很強的界面吸附能力，是結合表面OH發生進一步的水解形成表面沉淀，表面覆蓋層則可由PAC轉化成鋁膠體進一步形成氫氧化鋁沉淀，此時主要由凝聚作用轉變為絮凝作用的過程，由電中和作用轉變為黏附卷掃作用的過程。在水處理中首先是降低濁度，但是在水質pH較高情況下容易失去吸附共沉淀作用，鋁離子在pH較高時溶解度較高，水中溶解鋁的含量升高。在季節性藻類暴發導致原水pH升高時，為了確保出水鋁達標，試驗水廠使用二氧化碳調節pH，使PAC能起到適宜的混凝去濁的作用，對總鋁指標的控制效果較好。

經實驗室試驗數據，水廠在藻類暴發期間水樣若采用傳統加PAC而不使用二氧化碳調節pH的方法，同樣水質處理效果下，PAC使用量約為11 kg/m3，使用二氧化碳后PAC混凝劑用量則約為8.5 kg/m3，降幅約22.7%。同時，少加混凝劑使污泥產生量降低，可節約減少污泥部分的處置工序。

4 結語

（1）總結本次藻類暴發造成原水異味的應對經驗，利用好實驗室信息管理系統對檢測結果進行匯總分析，判定水質狀況和藻類的生長周期：①要制定合理完善的應急響應預案，加強對pH、臭味、色度、溶解氧、高錳酸鹽指數、總磷、總氮的監測，保證應急響應及時。②要做好供水調度工作，及時觀察濾池的藻類和出廠水消毒劑的投加量，增加沉淀池、濾池的排泥和清洗頻次，及時做好投加工藝調節。③要與政府相關部門溝通協調，加強水源地保護管理。

（2）水廠因藻類暴發導致pH持續上升至8.3，且原水出現明顯泥腥味，應進行在廠內上水管投加次氯酸鈉殺藻、加大濾池的清洗頻次等水質應急處理，并投加活性炭粉末0.5～1.0 kg/t吸附異味物，保證濾池能效正常，待濾水無異味。

（3）應用投加二氧化碳技術能穩定且較好地控制原水pH，穩定水處理凈化效果，達到穩定控制pH、保證出水鋁含量符合飲用水標準的效果，本次應用試驗二氧化碳利用率平均達到90%以上，能源效率保持較優。

（4）總結試驗過程，在線pH儀數據直接指導投加前后對二氧化碳投加的控制，在線pH儀的準確性和靈敏度要求較高，需要經常對其維護保養及比對。

（5）采用二氧化碳投加混凝劑的用量比傳統加酸PAC減少了約22.7%，保證水質的同時還控制了混凝劑投加成本。混凝劑投加量的降低，一是有助于鋁含量的下降，二是減少了污泥的產生量，因此本過程符合現代企業低碳減排目標，為協同建設低碳城市貢獻水務力量。