预氧化与强化混凝应急处理藻类污染的小试实验
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2国内外研究现状 3
1.3主要研究的内容 5
2 实验材料与方法 7
2.1 处理对象 7
2.2 实验主要仪器 7
2.3 实验药品 8
2.4 藻类的培养 8
2.5 铜绿微囊藻生长曲线测定 9
2.6试验主要测定方法 9
2.7小试装置 10
3 结果与讨论 13
3.1 单加PAC混凝效果 13
3.2高锰酸钾预氧化除藻 14
3.3预氧化与混凝先后顺序变化除藻 16
3.4小试中不同PAC投加量的除藻效果 17
3.5小试中不同高锰酸钾投加量的除藻效果 20
结论与展望 23
致 谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 研究背景
富营养化是水体污染的一个重要问题，20世纪80年代，我国对全国的水源水质进行的调查发现，34个湖泊中有50%以上的面积处于富营养化的状态，进入21世纪，污染更是变得日益严重，范围不断加大，国内的主要河流，如长江、黄河、黄浦江、松花江等大型大水湖泊，如太湖、鄱阳湖、东湖和云南滇池等地均出现藻类大量生长繁殖，甚至产生水华现象[1-2]。而在大多水体中发生的水华，有事藻类主要为微囊藻，其中又以铜绿微囊藻为主[3]。
高锰酸钾及其复合药剂的预氧化技术作为一种操作简单，并且运行方便的预处理技术[4]，经过数年的研究和发展，已经在国内的很多水厂有成功的应用经验。
1.1.1 藻类对水体水质的影响
藻类对水体水质的影响主要表现在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
藻类影响水的感官性状和饮水安全性两个方面。藻类导致异臭异味并且产生毒素，它和有机物是消毒副产物的前体物。
1、藻类致臭：水中产生臭味的微生物主要是放线菌、藻类和真菌，在藻类大量繁殖的水体中，藻类一般是导致臭味的主要微生物[5]。
2、藻类产生毒素：某些藻类在一定的环境下会产生毒素，在所有的淡水藻类中，毒性最强、污染范围最广且严重的为蓝藻门。目前已确定的能产生藻毒素的藻种包括：铜绿微囊藻、颤藻、水花血腥藻、水花束丝藻、阿氏颤藻等。接触含藻毒素水体可引起眼睛和皮肤过敏；饮用有藻毒素的自来水会引起肠道疾病；动物学实验发现藻类毒素可能有致畸、致突变的作用；在动物体内积累的藻毒素，可能通过食物链的累积危害人体健康。
3、藻类和有机物是消毒副产物的前体物：自来水厂一般用氯来进行消毒，而藻类是加氯饮用水中致突变物的前体物之一。在氯消毒过程中，会产生非挥发性的有机致突变物，使饮用水安全性下降。由于突变物是癌变的细胞学基础，所以该问题已引起国内外学者的普遍关注。
4、对水体色度和浊度的影响：藻类的存在是导致水体色度、浊度增加的主要原因之一，同时水中的部分嗅味也是产生异味的藻类释放所致。
1.1.2 藻类对水厂的影响
含藻原水进入净水厂后，对制水生产工艺、药耗及水质都会产生极为不利的影响，主要表现在以下几方面[6]:
1、增加药耗
在光合作用下[7]，水中pH升高，且由于藻类作用，溶解氧增加，矾花密实度降低，沉淀去除率下降，导致需要投加的混凝剂增多，含藻量高的水的处理需要消耗大量的混凝剂；此外，藻类分泌物对混凝过程的影响，研究表明低浓度的藻类有机物对混凝过程不产生干扰或有改善混凝过程的作用，而高浓度的藻类有机物则会干扰水处理过程，恶化出水水质。为了削减藻类分泌的有机物对混凝过程的干扰，必须采取一些技术措施，如增加混凝剂投加量[8]。
2、堵塞滤池
常规水处理工艺[9]对藻类的去除率较低，在混凝[10]沉淀过程中未被去除的藻类进入滤池后，会在滤池表面形成一层很密实的覆盖物，阻止水的通过。藻类释放出来的气体也会阻塞滤池，特别是从光合反应产生的氧。如果发生了这种情况，也会对沉降造成困难，滤池也较早堵塞，会使滤池运行周期缩短，反冲水量增加，产水量减少，严重时会导致水厂停产。
3、影响净水构筑物卫生条件
藻类繁殖旺盛时，絮凝池、沉淀池和滤池内壁都会有藻类附着生长，影响美观，也使厂区卫生条件恶化。构筑物池壁由于藻类等物质的长期腐蚀，致使池壁粗糙老化，反过来又给藻类等物质的寄生繁殖，水垢、青苔的附着生长，提供了有利的栖息场所。为了消除不利影响，要经常组织清洗，耗费人力物力。有的还在藻类生长处涂抹石灰，以期彻底杀灭藻细胞，同样会增加生产成本。
4、对管网和管网水质的不利影响
目前，饮用水的消毒仍以氯系药剂为主[11]。藻类有能抵抗氯的作用，如果在输水、配水管道内繁殖有耐氯的藻类，管网内有生命的藻类消耗余氯，结果使水中有机物增加，成为微生物繁殖的基质，促进细菌生长，甚至可能在管网中生长较大的有机体如线虫等，严重时会堵塞水表、水龙头。细菌的再繁殖还会造成管网水质恶化(如水的浊度与色度上升、细菌总数增加等)，并加速了配水系统的腐蚀和结垢，使管网服务年限缩短。另外，藻类穿透滤床进入饮用水及工业用水的输送管道，容易在管道内壁形成粘泥，减少冷却水管的热效应。管道使用过久，会增加粘泥厚度，减小管道过水能力。总之，水中大量繁殖藻类，其危害是显而易见的。随着现代分析技术和污染毒理学的发展，人们对饮水中消毒副产物和藻毒素[12]的含量制定了越来越严格的标准，只采用常规水处理工艺己很难达到这些要求，必须寻找新的净水工艺才能生产安全可靠的饮水。
1.2国内外研究现状
1.2.1除藻技术
去除藻类的技术路线有两种：一是在藻类大量繁殖形成富营养化后，采用不同的物理及化学措施将其消灭；二是在藻类大量繁殖前，设法不让其形成优势物种，因而不产生富营养化。
目前除藻方法很多，藻类的去除可以根据原水水质情况采用不同的方法，一般可采用物理法、化学药剂法、生物处理法及组合工艺法[12][13]。
物理方法包括直接过滤工艺、微滤除藻、气浮除藻、活性炭吸附。
化学方法包括化学药剂法、预氧化除藻、混凝沉淀除藻。
生物防范包括微生物除藻，人工湿地生态系统除藻。
组合工艺指将预氧化、生物预处理、混凝沉淀或气浮、过滤、活性炭吸附和消毒中的两个或两个以上工艺结合起来的除藻方法。
1.2.2预氧化技术
预氧化（pre-oxidation）指的是在混凝工序前，投加氧化剂，用以去除原水中的有机微污染物、臭味、藻类，控制氯化消毒副产物，或起助凝作用的净水工序。
有研究表明[14]，在混凝沉淀之前增加预氧化措施，可以杀灭部分藻类和细菌、氧化部分有机物，可以有效地提高藻类的去除效果，同时可减少藻类和有机物对后续混凝沉淀的干扰，提高处理后的水质。
藻类的去除中，进行预氧化是通过投加强氧化剂至含藻水中，利用强氧化性对水中微生物的杀灭作用达到除藻的目的。常用的氧化剂有氯、臭氧、高锰酸钾、二氧化氯等。
1、氯预氧化
氯是一种传统的除藻剂，预氯化是较为普遍采用的传统预处理湖泊、水库水中藻类的方法。氯作为氧化剂可以改变有机物分子的大小、结构，继而影响有机物在混凝中的作用。
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2国内外研究现状 3
1.3主要研究的内容 5
2 实验材料与方法 7
2.1 处理对象 7
2.2 实验主要仪器 7
2.3 实验药品 8
2.4 藻类的培养 8
2.5 铜绿微囊藻生长曲线测定 9
2.6试验主要测定方法 9
2.7小试装置 10
3 结果与讨论 13
3.1 单加PAC混凝效果 13
3.2高锰酸钾预氧化除藻 14
3.3预氧化与混凝先后顺序变化除藻 16
3.4小试中不同PAC投加量的除藻效果 17
3.5小试中不同高锰酸钾投加量的除藻效果 20
结论与展望 23
致 谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 研究背景
富营养化是水体污染的一个重要问题，20世纪80年代，我国对全国的水源水质进行的调查发现，34个湖泊中有50%以上的面积处于富营养化的状态，进入21世纪，污染更是变得日益严重，范围不断加大，国内的主要河流，如长江、黄河、黄浦江、松花江等大型大水湖泊，如太湖、鄱阳湖、东湖和云南滇池等地均出现藻类大量生长繁殖，甚至产生水华现象[1-2]。而在大多水体中发生的水华，有事藻类主要为微囊藻，其中又以铜绿微囊藻为主[3]。
高锰酸钾及其复合药剂的预氧化技术作为一种操作简单，并且运行方便的预处理技术[4]，经过数年的研究和发展，已经在国内的很多水厂有成功的应用经验。
1.1.1 藻类对水体水质的影响
藻类对水体水质的影响主要表现在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
藻类影响水的感官性状和饮水安全性两个方面。藻类导致异臭异味并且产生毒素，它和有机物是消毒副产物的前体物。
1、藻类致臭：水中产生臭味的微生物主要是放线菌、藻类和真菌，在藻类大量繁殖的水体中，藻类一般是导致臭味的主要微生物[5]。
2、藻类产生毒素：某些藻类在一定的环境下会产生毒素，在所有的淡水藻类中，毒性最强、污染范围最广且严重的为蓝藻门。目前已确定的能产生藻毒素的藻种包括：铜绿微囊藻、颤藻、水花血腥藻、水花束丝藻、阿氏颤藻等。接触含藻毒素水体可引起眼睛和皮肤过敏；饮用有藻毒素的自来水会引起肠道疾病；动物学实验发现藻类毒素可能有致畸、致突变的作用；在动物体内积累的藻毒素，可能通过食物链的累积危害人体健康。
3、藻类和有机物是消毒副产物的前体物：自来水厂一般用氯来进行消毒，而藻类是加氯饮用水中致突变物的前体物之一。在氯消毒过程中，会产生非挥发性的有机致突变物，使饮用水安全性下降。由于突变物是癌变的细胞学基础，所以该问题已引起国内外学者的普遍关注。
4、对水体色度和浊度的影响：藻类的存在是导致水体色度、浊度增加的主要原因之一，同时水中的部分嗅味也是产生异味的藻类释放所致。
1.1.2 藻类对水厂的影响
含藻原水进入净水厂后，对制水生产工艺、药耗及水质都会产生极为不利的影响，主要表现在以下几方面[6]:
1、增加药耗
在光合作用下[7]，水中pH升高，且由于藻类作用，溶解氧增加，矾花密实度降低，沉淀去除率下降，导致需要投加的混凝剂增多，含藻量高的水的处理需要消耗大量的混凝剂；此外，藻类分泌物对混凝过程的影响，研究表明低浓度的藻类有机物对混凝过程不产生干扰或有改善混凝过程的作用，而高浓度的藻类有机物则会干扰水处理过程，恶化出水水质。为了削减藻类分泌的有机物对混凝过程的干扰，必须采取一些技术措施，如增加混凝剂投加量[8]。
2、堵塞滤池
常规水处理工艺[9]对藻类的去除率较低，在混凝[10]沉淀过程中未被去除的藻类进入滤池后，会在滤池表面形成一层很密实的覆盖物，阻止水的通过。藻类释放出来的气体也会阻塞滤池，特别是从光合反应产生的氧。如果发生了这种情况，也会对沉降造成困难，滤池也较早堵塞，会使滤池运行周期缩短，反冲水量增加，产水量减少，严重时会导致水厂停产。
3、影响净水构筑物卫生条件
藻类繁殖旺盛时，絮凝池、沉淀池和滤池内壁都会有藻类附着生长，影响美观，也使厂区卫生条件恶化。构筑物池壁由于藻类等物质的长期腐蚀，致使池壁粗糙老化，反过来又给藻类等物质的寄生繁殖，水垢、青苔的附着生长，提供了有利的栖息场所。为了消除不利影响，要经常组织清洗，耗费人力物力。有的还在藻类生长处涂抹石灰，以期彻底杀灭藻细胞，同样会增加生产成本。
4、对管网和管网水质的不利影响
目前，饮用水的消毒仍以氯系药剂为主[11]。藻类有能抵抗氯的作用，如果在输水、配水管道内繁殖有耐氯的藻类，管网内有生命的藻类消耗余氯，结果使水中有机物增加，成为微生物繁殖的基质，促进细菌生长，甚至可能在管网中生长较大的有机体如线虫等，严重时会堵塞水表、水龙头。细菌的再繁殖还会造成管网水质恶化(如水的浊度与色度上升、细菌总数增加等)，并加速了配水系统的腐蚀和结垢，使管网服务年限缩短。另外，藻类穿透滤床进入饮用水及工业用水的输送管道，容易在管道内壁形成粘泥，减少冷却水管的热效应。管道使用过久，会增加粘泥厚度，减小管道过水能力。总之，水中大量繁殖藻类，其危害是显而易见的。随着现代分析技术和污染毒理学的发展，人们对饮水中消毒副产物和藻毒素[12]的含量制定了越来越严格的标准，只采用常规水处理工艺己很难达到这些要求，必须寻找新的净水工艺才能生产安全可靠的饮水。
1.2国内外研究现状
1.2.1除藻技术
去除藻类的技术路线有两种：一是在藻类大量繁殖形成富营养化后，采用不同的物理及化学措施将其消灭；二是在藻类大量繁殖前，设法不让其形成优势物种，因而不产生富营养化。
目前除藻方法很多，藻类的去除可以根据原水水质情况采用不同的方法，一般可采用物理法、化学药剂法、生物处理法及组合工艺法[12][13]。
物理方法包括直接过滤工艺、微滤除藻、气浮除藻、活性炭吸附。
化学方法包括化学药剂法、预氧化除藻、混凝沉淀除藻。
生物防范包括微生物除藻，人工湿地生态系统除藻。
组合工艺指将预氧化、生物预处理、混凝沉淀或气浮、过滤、活性炭吸附和消毒中的两个或两个以上工艺结合起来的除藻方法。
1.2.2预氧化技术
预氧化（pre-oxidation）指的是在混凝工序前，投加氧化剂，用以去除原水中的有机微污染物、臭味、藻类，控制氯化消毒副产物，或起助凝作用的净水工序。
有研究表明[14]，在混凝沉淀之前增加预氧化措施，可以杀灭部分藻类和细菌、氧化部分有机物，可以有效地提高藻类的去除效果，同时可减少藻类和有机物对后续混凝沉淀的干扰，提高处理后的水质。
藻类的去除中，进行预氧化是通过投加强氧化剂至含藻水中，利用强氧化性对水中微生物的杀灭作用达到除藻的目的。常用的氧化剂有氯、臭氧、高锰酸钾、二氧化氯等。
1、氯预氧化
氯是一种传统的除藻剂，预氯化是较为普遍采用的传统预处理湖泊、水库水中藻类的方法。氯作为氧化剂可以改变有机物分子的大小、结构，继而影响有机物在混凝中的作用。
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