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黄河水水库藻类爆发原因及治理分析

黄河水水库藻类爆发原因
      及治理分析
    
    摘要:通过分析藻类爆发的各种水质参数的变化,从各种除藻方法中得出:在无法实现水库底泥清除的情况下,利用水体的现有资源,采用生物处理方法,充分发挥水体的自净能力为蕞佳的除藻方法.
    关键词:氨氮  CDD  生物处理  藻类爆发
    黄河水作为城市饮用水水源,已被50多个大中城市所采用。随着城市经济的发展,许多产业的排污量相应增加,作为污染物受纳水体的黄河水富营养化程度在逐年增加。近年来,作为应用水水源的水库经常出现藻类爆发的现象。
    一、藻类生长旺盛期出现的各种水质参数变化
    图1为某引黄水库一年中藻类生长旺盛出现的规律。
    由上图看出,藻类生长旺盛期发生在季节转换的时候,如开春、夏秋之交和秋冬之交。这时,由于气温的变化,水深低于5米的水体容易形成大翻动,这一点可以从水厂的进厂水浊度体现出来。在水体翻动阶段,该水库进水厂的浊度由0.7-2NTU增加到5一7NTU。
    水体的大翻动使沉积在水库底泥中的藻类及死藻上浮,这时,由于底泥处于厌氧状态,腐殖质产生的氨氮含量高,在碳源、氨氮,磷含量足够高的情况下,光合作用形成大量的藻类繁殖。
    图1中2010年2月的藻类总数比前一年同期增大了5倍。主要原因是在20x9年6月水库水位低于蕞低警戒线,部分库底地面已经裸露,致使底泥中碳酸钙大量沉积,为来年的藻类提供了充足的无机碳源。
    1、藻类的爆发总是伴随着水体中氨氮含量的升高(请见图2)
    当氨氮含量处于平缓趋势时,藻类和氨氮的量处于平衡状态。
    2、藻类的爆发也总是伴随着COD的增加(请见图3)
    当COD出现拐点后,藻含量降低,COD和藻类的量达到了平衡
    3,藻类生长旺盛期pH值的变化也有一定的规律性(请见图4)
    pH值代表了CO2的含量,CO2含量降低,pH值升高,CO2升高,pH值降低。由图4看出,pH值的波动滞后于藻类的波动,随着藻的增加而增加,随着藻的降低而降低。说明藻类增加时,光合作用消耗CO2,藻类降低后,光合作用的降低使CO2增加,滞后期为1-- 2天。
    4、显微镜观察
    通过显微镜观察发现,藻类生长旺盛期,该水库的主要藻类为硅藻,还观察到一些原生动物。
    二、水库中藻类变化过程分析
    一般情况下,生物质量从外界加入到水库,在水库停留时间允许的情况下,会进一步生长繁殖,其变化过程的方程式为:
    方程式中,D=冲洗系数(d-1 ),进入水库的系数受上游水体水质的影响,出水库的系数与水体的停留时间有关。
    B=沉降系数(d-1 ),与藻类的形状、水体的扰动及周围气泡的聚集程度有关。
    G=被捕食或寄生系数(d-1),涉及到原生动物、细菌的降解等因素;针对微生物对藻类的降解来讲,降解量的大小与温度、N、P、COD及溶解氧的含量有关。
    u为藻类的生长率,与阳光、温度及C、N、P等营养成分在水中的含量有关。
    该水库2月份在天气转暖、冰面开始消融的影响下。水体的扰动性增强,底泥中的沉降物上浮到水中,为藻类的生长提供了足够的N、P等养料,加之光合作用形成藻类的大量繁殖,生长率增加。这时,沉降(B)量降低,捕食系数G受低温和溶解氧的影响,也处于低谷,其结果就是藻类的爆发。
    随着气温的转暖,水库的冰雪融化,水库的水体出现分层,大量沉淀(B)产生,水中溶解氧和水体温度升高,微生物的活动性增强,使捕食系数G增加,同时,山于营养物质的减少,使藻类的增长率降低。这时,藻类形成降低的趋势。由于蓝绿藻在光和营养存在的情况下可在水平方向形成聚集,从而增加了其浮力,水质检验时会发现有蓝绿藻数量升高的趋势。
    三、各种化学除藻方法及其负面效应
    自太湖蓝藻暴发之后,很多城市的水库也或多或少地出现了藻类爆发现象的报道。许多除藻方法也相应出现,针对化学除藻方法,其利弊分析如下:
    1、高锰酸钾
    藻类生长旺盛期,在该水库投加了浓度在1.5mg/L范围的高锰酸钾,发现藻类的去处效果可达65%。但在藻类引起的水体嗅味方面,高锰酸钾的去除效果不明显。此外,投加高锰酸钾还容易引起水体的色度和锰含量的增加,如果不和水厂工艺的活性炭联用,势必会增加水厂滤池的负荷,严重时容易造成部分滤料失去作用。
    2、氯化物
    氯化物能够杀灭藻细胞。研究表明藻细胞生长量和分泌细胞外有机物是氯消毒过程厂中三卤甲烷的前驱物质。用CI02预氧化,不会生成爪南甲烷或者生成量非常低,但C102的杀藻效果比氯低,而且不同藻类对氯和C102的抗性不一样。绿藻、丝状藻和微型藻(5一10m)用C102预氧化去除的效果就比其它藻类差。
    3、臭氧
    臭氧除藻的效果比较明显,但会产生一些潜在的致癌性副产物,如醛类(甲醛为常见)、酸盐。
    4、硫酸铜
    0.5一1.0mg/L的投加量能够抑制藻类的生长,去除率可达70%一90%。但硫酸铜具有毒性,长时间使用会引起水库退化。
    5、双氧水
    双氧水的杀菌效果可高达90%,比高锰酸钾和硫酸铜要好,但对大颗粒、非溶解性有机物的氧化分解不起作用。
    四、物理除藻方法及其作用
    1、活性炭吸附
    大多水厂通常采用活性炭吸附法。此法操作起来比较简单。在该水库水厂的烧杯试验中,投加10-20mg/L时的情况下,如果与后续工艺中的絮凝剂联用,处理效果至少可达75%。
    笔者模拟絮凝前20分钟投加粉末活性炭(PAC),以聚合氯化铝铁(PAFC)作絮凝剂,做烧杯试验,沉淀30分钟后,取上清液,分析藻类的去除率。去除效果如表1。
    投加粉末活性炭时,要做到粉末活性碳与水体的允分混合,还需购买一套专用的活性炭投加装置。整个系统加起来将增加很高的制水成本。
    2、水体的深度处理工艺
    通常水厂的水处理工艺为:原水一絮凝一沉淀一过滤一消毒一清水池一输送。深度处理工艺是指原水先经臭氧将大分子有机物分解,水体经过滤之后再增加一套颗粒活性炭滤池,将水体中剩余的大颗粒有机物及异味吸
附,同时还可将水体中溶解性有机物降解。
    笔者在常州某小试试验装置了解到,采用这种深度处理工艺,出水的TOC含量几乎为零。
    但深度处理的工艺改造费用非常大,一般水厂很难承担。
    3、清除水库的底泥
    无论是藻类爆发还是水质变差,其蕞主要的根源就是水体的富营养化。如果能够将水库的底泥清除,无疑是消除了水体的污染源。如果有能力清除底泥,那么此种方法为蕞佳。
    五、藻类的生物处理法
    通过对藻类爆发时各种水质参数的变化分析,可以看出,藻类的增长必然伴随着氨氮、COD(COD、氨氮在线监测仪生产厂家:上海博取仪器有限公司)、无机碳(CO2,重碳酸盐)、温度、阳光的变化。也就是说,藻类只有在营养物质充分的情况下才能进行光合作用,将营养物质转化为自身的生物量,才能实现自身的增长和繁殖。
    从水体中发现的原生动物及水体的富营养化角度来分析,水库的底泥应该为活性污泥,即底泥中不仅存在着大量的藻类,还存在着很多能够吸收氨氮和降解COD的微生物有机体。由于水底中已经存在着足够的碳源、氮源和磷,只要水中的溶解氧足够,微生物就可以降解COD,减少氨氮含量,抑制藻类的生长和繁殖。充分发挥水体的自净能力。
    这种水体的自净现象可以从该水库在冰层融化、藻类爆发,气温突降和连降大雪后,1一2天的时间内水库输送到水处理厂的水质出现的氨氮、COD降低体现出来。
    由于冰层的融化和藻类的爆发,光合作用使藻类产生了氧气,使水体中的溶解氧升高;气温下降、连降大雪后,水库冰层上覆盖的雪层阻隔了光线进入水体,从而抑制了藻类的生长和繁殖。这时,底泥中的微生物利用水体中的溶解氧和底泥中的营养物质,降解了COD,将水体中的部分氨氮转化成自身的生物量。这就是水体中氨氮和CAD减少的原因。这一过程的水质转变非常快,1-2天之内就可以发生变化。
    增加水体中溶解氧的浓度有助于提高微生物对水中有机物的降解,从而抑制藻类的生长,提高水体的自净能力:这种方法也就是水处理中所谓的曝气。
    考虑到水库的占地面积大,大规膜的生物曝气不太可能。可以在水库出水口附近的一定范围内实现曝气;曝气区到水库出水口的距离,可通过计算该段的水体流到出水口的时间(至少30分种)来确定,以确保活性污泥有足够的时间沉降,保证净化的水通过输水管J流到水厂。
    曝气方法还可以通过增加水体的扰动度来提高水体的溶解氧含量。
    这种通过加强水体的自净能力脱除藻类的方法避免了投加化学品带来的各种负面影响,同时加强了水体的自净能力。所需设备仅仅是气泵或鼓风机类的曝气装置,无论对水厂工艺设备还是对水库或水质都没有任何副作用。
    五、结论
    通过分析藻类生长旺盛的各种水质参数的变化,从各种除藻的方法中得出:在无法实现水库底泥清除的情况下,利用水体的现有资源,采用生物处理方法,充分发挥水体的自净能力为蕞佳的除藻方法。

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