郑州市白庙水厂混凝沉淀除藻的研究
引言
中国城市供水水源约四分之一为湖泊、水库。随着水体中污染的增加，湖泊、水库的富营养化问题越来越严重，藻类的爆发也越来越频繁。当藻类爆发时，常规的饮用水处理工艺已很难给出合格的水质，特别是饮用水的味觉。郑州白庙水厂自1992年冬天开始，几乎每年的冬末春初均会出现藻类爆发，最高时超过国标27倍，原水中藻类的含量高达2700×104个/L，有时为硅藻，有时为蓝藻。导致出厂水出现明显的鱼腥味。藻类的大量繁殖，不但给饮用水带来不良味觉，甚至某些藻类如蓝藻会产生藻毒素。另外，藻类的代谢产物也是THM的前体物质之一。
藻类属于胶体类物质，其直径在6um左右。天然水中的胶体通常是带电荷胶体，有关研究表明铝盐或铁盐的水解物可压缩藻类表面的负电荷双电层，从而形成很强的聚合体。BERNHARDT等人的显微镜照片表明，当采用铝盐或聚二烯丙基二甲基氯化铵混凝剂与阴离子聚丙烯酰胺连用时，铝盐或阳离子高分子混凝剂可在微藻之间吸附架桥，从而形成大的矾花被沉淀过滤。从这点上来说，藻类的去除率是可以通过强化混凝沉淀的工艺来提高的。郑州市白庙水厂原水藻类爆发的特点通常是在冬末春初，水温低，浊度低，由于碰撞几率的下降和布郎运动的减弱，更增加了处理难度。从1998年初到1999年底在郑州市白庙水厂进行了实验室小试和生产性试验。在大量的调研基础上，根据国外的经验和我国的实际情况，我们决定尝试采用聚铁和高分子聚合电解质来强化混凝沉淀过滤来提高水中藻类的去除率。
1 实验室小试
1.1 仪器设备材料
混凝沉淀小试采用六联搅拌机，由计算机自控转速和时间。浊度的测定采用XR-比率浊度仪，PH值测定采用PHS-37C数字式PH仪。混凝剂采用聚铁硅酸钠或聚铁，有机高分子混凝剂采用聚二烯丙基二甲基氯化铵（法国SNF公司）和10%水解度的阴离子聚丙烯酰胺作为絮凝剂。取1L水样，加入不同品种不同量的混凝剂和絮凝剂。按照水厂现有的混凝反应时间设置转速和时间。静沉30min后，取中间水样测定浊度，然后根据中国科学院水生物研究所的藻类测定方法，将水样培养24h后，显微镜检并计数藻类含量。
1.2 试验结果
1998年3月藻类爆发时，在实验室进行了高分子混凝剂去除藻类的试验。然后又将聚铁和聚铁硅酸钠的除藻效率进行了实验室对比。表1和表2的结果显示，聚二烯丙基二甲基氯化铵对于藻类有明显的去除效果，其除藻效率在94%，甚至可高达100%。
表1 浊度和藻类的去除率
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试验中观测到聚二烯丙基二甲基氯化铵可有效地抑制藻类的再繁殖，这对抑制管网中的藻类繁殖将是十分有益的。试验结果表明藻类的去除与浊度的去除不呈正比关系。如3号和5号水样，浊度去除率仅为54%和68%，但藻类去除率高达96%和94%；相反，4号和6号水样，浊度去除率达86%和83%，但藻类去除率仅为45%和61%。
2 生产性试验
2.1 工艺流程
白庙水厂工艺流程如图１所示
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2.2 生产性试验结果
在1999年春天的藻类爆发季节，期间的原水浊度在13NTU左右，原水藻类在1100×104个/L时，进行强化混凝过滤试验。为了尽量利用现有构筑物，并使混凝剂和絮凝剂有较好的反应条件，在不改动现有投药点的情况下，我们将聚二烯丙基二甲基氯化铵与聚铁硅酸钠同时投加，而将阴离子高分子絮凝剂聚丙烯酰胺投加在反应池的入口处。在生产性试验中，考虑到药剂成本较高药剂投加浓度比实验室试验有所降低，聚铁硅酸钠为17mg/L左右，聚二烯丙基二甲基氯化铵与阴离子高分子絮凝剂分别为0.5mg/L和0.2mg/L。藻类去除率见表2。
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图2是沉淀池与滤池的浊度去除率。从浊度曲线看出，当添加聚二烯丙基二甲基氯化铵与阴离子高分子絮凝剂时，沉淀池出水的浊度仅有略微改善，但滤池的截污率确明显提高，这与实验室结果相一致。
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3 关于试验的几点讨论
3.1 强化混凝的作用
强化混凝可以有效地去除藻类。生产性研究表明，在1999年的藻类爆发时，由于加强了混凝沉淀过滤工艺，从而保证了出厂水的味觉指标。饮用水的鱼腥可能来自于两个方面，一是由于藻类的代谢产物或代谢产物与加氯所至，二是水中的有机物与藻类的代谢产物联合所至。加强混凝絮凝，不但去除水中的藻类，同时也去除水中的各类有机物，从而使饮用水中的味觉得到改善。
国外研究指出，强化混凝絮凝，并不能有效地提高藻类在沉淀池中的去除率，但能有效地提高其在滤池中的去除率。我们的生产性试验也很好地证明了这一点。
3.2 pH和预氯化对藻类去除率的影响
藻类的去除主要取决于PH值，碱度和预氯化几个因素。低PH对于单纯的混凝沉淀有利。比如，当PH9.6，碱度700mg/L，铝盐的投加量为150mg/L时，其藻类去除率仅为30%；而当PH5.8，碱度150mg/L，铝盐投加量为80mg/L时，藻类的去除率可高达90%。1～5mg/L的预氯化有助于藻类的去除。当预加氯不足时，在现有水厂的工艺条件下，也能有效地去除藻类，其主要是形成微絮凝被滤池所过滤。但这会增加滤池的负荷，导致滤池反冲洗频率提高。
3.3 水中有机物的影响
采用混凝沉淀去除藻类，与藻类的生长期有关，其最有效的去除率是在藻类的对数增长期接近于平稳期时。另外混凝剂的投加量与藻类的含量成正比。而藻类爆发时，通常水中的有机物含量也较高，有机物也消耗混凝剂。水中溶解性有机碳DOC对于混凝剂的投加量有极大的影响，DOC高混凝剂投加量也高。混凝剂投加量的影响因素为总有机碳TOC＞温度＞浊度。
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