（合肥市自來水總公司）

　　摘要：巢湖水源富營養(yǎng)化嚴重，藻類生長旺盛，在對巢湖含藻水物征深入研究的基礎(chǔ)上，采用高效組合處理技術(shù)，除藻、除嗅味及有機物，達到優(yōu)質(zhì)供水的目的。
　　關(guān)鍵詞：含藻水　高效　組合處理　除藻、嗅味、有機物

　　巢湖水源位于合肥市東南方15公里，面積800平方公里，流域包括合肥市、巢湖市等7個市、縣，由于受到這些城市及其縣郊的工業(yè)、生活、農(nóng)田涇流等污廢水的污染，氮、磷、有機物含量高，富營養(yǎng)化嚴重，夏秋季藻類生長繁殖旺盛，數(shù)量達2000×10⁴個/升，并伴有腥臭味，給供水凈化處理帶來一定難度。目前安徽省加大了對巢湖污染治理的力度，巢湖水質(zhì)得到改善。但隨著進入21世紀，合肥市供水事業(yè)加快了改革發(fā)展的步伐，近年來我公司對巢湖微污染水源進行了大量實驗和研究，采用高效處理凈化工藝加強對含藻水的處理，嚴格按照《城市供水200年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃》，向大型一類水司的標準努力，初步實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)供水。

　　一、巢湖水源藻類概況：

　　巢湖水源終年含藻，隨著季節(jié)變化，藻的種類和數(shù)量差異較大，藻量低于500×10⁴個/升時，對常規(guī)處理影響不大，達到1000×10⁴個/升，根據(jù)藻的種類不同對凈水效果的惡化程度不同。藻類的生長繁殖受多種生態(tài)因子的影響：水的化學成分、氣候、水溫、水深、光照條件等，每年均有變化，但總體趙熱規(guī)律性較明顯，一般包括四個變化時期：
　　1、低平衡期：上年11月至本年3月冬春季，白天日照時間短，水溫低，藻類的代謝作用微弱，生長、繁殖速度較慢，一些喜溫性的藻類失去活性沉入湖底，水中藻含量的50——200×10⁴個/升，以硅藻占優(yōu)，也包括綠藻、藍藻等。
　　2、生長期：每年4、5月份春末，氣溫逐漸升高，巢湖水深平均3米左右，水溫分層不明顯，水溫也升高，藻類代謝強度成倍增加，湖水中C、N、P等養(yǎng)分充足，藻類迅速生長繁殖，并且水溫升高湖底底泥中有機物釋放溶出，促進了沉積的藻類活性，在光照充足時，一些具偽空泡容積增大，上浮到水面進行光合作用，夏初湖面上有時可見細條狀水華，藻量增加到1000——2000×10⁴個/升，藍藻占優(yōu)。
　　3、高平衡期：6月至9、10月夏秋季，日照時間長，水溫較高，光照強，適合喜溫性的藻類生長繁殖，隨著藻類數(shù)量的急劇增加，大量消耗水中C、N、P等營養(yǎng)物，尤其是C、N利用量較高，水中氨氮含量大大降低，并利用CO₂進行光合作用，此時對氮要求較低并能固定空氣N₂的藍藻大量生長繁殖，使具有較強競爭力的藍藻占絕對優(yōu)勢，水中藻量2000×10⁴個/升以上。
　　4、消亡期：大約在11月隨著進入冬季，日照、水溫、光強相繼降低，藻類的代謝速度減慢，一些藻類死亡，一些藻類失去活性，還有一些具偽空泡、膠質(zhì)膜等結(jié)構(gòu)的藻類在溫度突然降低，溫差較大使上下水層產(chǎn)生交換被帶入下層，水壓力增大使這些結(jié)構(gòu)破碎，降低浮力沉入湖底等，水體中藻量由2000×10⁴個/升減少至300×10⁴個/升。以隱藻占優(yōu)，包括綠藻、硅藻其它藻類，在冬春季時達到低平衡期。
　　四個時期的時間劃分每年不盡相同，主要與候、水質(zhì)有關(guān)，每個時期的藻量及種類也有變化，其中以高平衡期藻量危害最大，生長期、消亡期次之，低平衡期幾乎沒有影響，含藻水處理主要針對高平衡期及生長期、消亡期的特殊種類的藻。夏穩(wěn)定劑季藍藻瘋長，優(yōu)勢種是微囊藻，其細胞群體由成百上千個單細胞聚集在一起，具有偽空泡白天在光合作用時放出氧氣使群體浮到表層，夜晚消耗氧氣或失掉空泡沉入下層，其單細胞個體很小，直徑在3--5μ，相對面積較大，容易上浮，且細胞內(nèi)含水量較高，比重接近于水，其它藻類也有這些特點。如很多綠藻，藍藻具有含水量很大的膠質(zhì)膜，可增加浮力，因此藻類的沉降性能很差。
　　巢湖水源由于工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)污、廢水中N、P、有機物污染較嚴重，富營養(yǎng)化程度較高，夏、秋季水溫高，加速了底泥中有機物的釋放、溶解，以及藻類在生長代謝分泌有機物、死亡分解產(chǎn)生有機物，巢湖水源經(jīng)色質(zhì)聯(lián)機檢測出54種有機物，主要是烷烴、酮類、酯類和苯環(huán)、雜環(huán)有機物，其中有些有機物產(chǎn)生不快的異嗅味。
　　藻類利用CO2進行光合作用，使水體PH升高至8.0以上，等等，含藻水的這些特點采用常規(guī)處理，去除藻、有機物、嗅味等產(chǎn)生較大難度。

　　二、預處理

工藝 項目去除率（%） 藻類 有機物 嗅味 備注 源水管道延伸3.0km到湖心 30～50% CODMn降低20% 降低Ⅰ級 　 生物陶粒接觸氧化 72% CODMn降低28% 嗅閥值降低62% 　 彈性填料生物接觸氧化 50% CODMn降低15% 降低Ⅰ級 國家九五攻關(guān)課題 預加氯氧化 30% / / 鹵代烴升高10～20% 復合高錳酸鹽氧化 / 有機物種類減少78%
色譜峰面積減少89% 降低Ⅰ-Ⅱ 　 預加ClO₂氧化 50% 有機物種類減少50～70%
色譜峰面積減少95% 降低Ⅱ級 　 改用新水源（董鋪水庫） 90% CODMn降低50% ≤Ⅱ級 　 O3氧化 /　 CODMn降低15% 嗅閥值降低80% 　

　　表1可見，合肥市最終將改用董鋪水庫存新水源，巢湖水源取用湖心水作為備用水源，這兩項工藝對合肥市21世紀的城市經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展意義極為重大，在省、市政府及主管部門的支持下均得以實現(xiàn)。上述各方案各有其特點：生物氧化對水源的改善較徹底，但投資、運行費用高；Cl₂氧化殺藻效果明顯，但預加氯氧化后，后序工藝中必須采用提高堿度及粉末活性炭吸附降低鹵代烴含量，復合高錳酸鹽有利于水的穩(wěn)定處理，發(fā)送后續(xù)凈化水質(zhì)的有機物指標，但除藻效果不明顯。對含藻水采用ClO₂氧化預處理殺藻，去除有機物、嗅味不失為有效的方法。
　?。?）去除有機物、嗅味
　　富營養(yǎng)化水體中的有機物通常包括腐殖酸、黃腐酸、胡敏酸等腐殖質(zhì)及藻類代謝及其殘廢分解產(chǎn)生的有機氮、有機碳等有機物，這些有機物是致臭、致色物質(zhì)。
　　ClO₂氧化還原電勢1.57V，高于Cl₂l.36V，氧化能力較強，能氧化有機物的苯環(huán)、雜環(huán)，生成有機酸等中間產(chǎn)物及CO₂、H₂O、去除腐殖酸、嗅味。為了避免ClO₂的毒副作用，我們采用低濃度氧化，投加純ClO₂ 0.06～0.1mg/L，反應(yīng)10min后，經(jīng)GC--MSD檢測，有機物種類減少50～70%，色譜峰總面積降低70%，嗅味由Ⅲ-Ⅳ級降為Ⅰ-Ⅱ級。對有機物及嗅味含量越高，去除率越高。剩余的嗅味及有機物在后續(xù)的混凝中段、沉淀池出口投加粉末活性炭完全去除。
　?。?）殺滅藻類
　　ClO₂能將藻類細胞蛋白質(zhì)中頸基氧化成-S-S基，殺滅藻類。ClO₂氧化預處理及單加聚合鋁除藻、除嗅味、除色結(jié)果如下：
　　高藻期：源水藻含量4240×10⁴個/L，嗅味Ⅳ級，ClO₂氧化預處理10min

項目 ClO₂投量 0 0.02 0.04 0.06 0.1 藻（×10⁴個/L） 4240 1762 1768 1326 1216 嗅味 Ⅳ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ

　　低藻期：源水藻含量705×10⁴個/L，嗅味Ⅲ級，ClO₂氧化預處理10min，投加15mg/L，聚合鋁混凝沉淀后的出水水質(zhì)：

項目 ClO₂投量 0 0.02 0.04 0.06 0.1 聚合鋁（mg/L) 15 15 15 15 15 藻（×10⁴個/L） 306 76 62 61 38 嗅味 Ⅱ Ⅱ Ⅰ 0 0

　　三、高效混凝：

　　對含藻水我們進行了聚合氧化鋁、硫酸亞鐵氯化液、聚合硫酸鐵、FeCl3、硫酸亞鐵聚合鋁鐵等混凝劑和PAM、HCA、活化硅酸、骨膠等助凝劑的對比選型實驗，發(fā)現(xiàn)鋁鹽、鐵鹽混凝劑處理含藻水各由利弊，高分子聚合物助凝劑HCA效果較好，并且投加一定量的石灰有助于對色度、有機物的去除，最后采用粉末活性炭完全除去有機物、嗅味。
　　1、混凝劑的使用使用：含藻水藻類細胞表面帶負電，水體中的腐植酸的水化膜具有凝聚穩(wěn)定性，并在凝聚時與鐵形成多孔聚合體親水性較好，藻類的一些代謝產(chǎn)物多肽、糖酸等與金屬形成溶解的絡(luò)合物，因此鋁鹽、鐵鹽混凝劑與含藻水的電中和和壓縮雙電層作用減弱，需投加較高劑量的混凝劑增加凝取能力，而鐵鹽形成的而鐵鹽形成的絡(luò)合物具有色度，含藻水經(jīng)過氧化預處理，破壞這些親水性有機物的穩(wěn)定性可改善絮凝。同時在凝聚反應(yīng)時投加石灰，Ca2+使腐殖酸脫穩(wěn)，并產(chǎn)生鋁酸鈣吸附能力較強，經(jīng)絮凝沉淀去除。由此可見鋁鹽適用于經(jīng)氧化、提高堿度對含藻水中有機物去除。巢湖源水藻含量4200×10⁴個/L，色度55度，經(jīng)0.1mg/LClO2氧化10min，投加80mg/L聚合鋁，15mg/L石灰，色度去除率達到100%。相同條件，石灰投量40mg/L，鐵鹽色度去除率62%，而且沉淀后水體透明度較差。
　　藻類細胞比重與水相同，沉降性能較差，與混凝形成的含藻絮凝體沉速較慢，藻類細胞表面帶有負電荷，混凝劑對其脫穩(wěn)效果較差，絮體強度低，在絮凝過程中受到水流剪力易脫落，并且高濃度、高劑量的混凝劑由于含藻水常缺乏足夠的黏土膠體作為混凝核心，容易造成重復脫穩(wěn)，絮體的密度低，結(jié)構(gòu)相對松散，這些均降低了混凝效果。相對而言，鐵鹽混凝絮體較大，沉速比鋁鹽快1倍。Fe(OH)₃溶度積為3.8×10^-38,AL（OH）₃溶度積為1.9×10^-33,鐵鹽的親水性質(zhì)差，凝聚速度快，絮體快速增長，在相同水力條件下，鐵鹽產(chǎn)生的適合水流剪力的絮體粒徑比鋁鹽大50%，并且鐵鹽的比重比鋁鹽大，根據(jù)顆粒徑向運動阻力不從心fD：

fD=3C_dρV²/8ρsr₀
式中：C_d---絮體阻力系數(shù)
　　　V----絮體徑向速度
　　　ρs--絮體顆粒密度
　　　r₀---絮體粒徑

　　由該式知單位質(zhì)量絮體徑向運動時顆粒越大，受阻力越小，徑向速度越快，顆粒小速度慢。因此，利用鋁鹽、鐵鹽凝聚速度的差異，采用兩種混凝劑組合投加，在異向及同向凝聚過程中，鐵鹽大顆粒絮體容易與鋁鹽小顆粒絮體發(fā)生碰撞，形成新的絮體更密實。
　　2、分部加藥，強化混凝：我們發(fā)現(xiàn)，在不同時間分部投加，先加鋁鹽大大優(yōu)于先加鐵鹽的混凝效果，這個現(xiàn)象與含藻水有機物含量高有關(guān)，先加鐵鹽形成了溶解性鐵絡(luò)合物，減少了混凝核心的數(shù)量。先加鋁鹽絮凝后降低了有機物的含量，后加鐵鹽快速絮凝，間隔1-2分鐘，鋁鹽凝聚物作為鐵鹽凝聚核心，鐵鹽投加2分鐘后絮體迅速長大，隨后，粒徑增大超過鋁鹽絮體，發(fā)生有效碰撞。
　　鐵鹽絮體顆粒在2～6mm，鋁鹽絮體顆粒在1～3mm，鐵鹽比重比鋁鹽大，鐵鹽的沉降速度比鋁鹽快得多。在鋁鹽、鐵鹽組合投加中，鐵鹽占比例越大，沉降速度越快，巢湖含藻水鋁鹽、鐵鹽在1:1至1：2之間，產(chǎn)生的絮體密實，顆粒較粗大，沉淀后，對藻、有機物的綜合去除率均為90%。
　　鐵鹽大量消耗水中堿度，為了適應(yīng)鐵鹽絮體的快速增加及加強對有機物的去除，石灰在鐵鹽投加后1分鐘投加，與鐵鹽的比例為鐵：石灰1：0.6。使用FeSO₄時，在鋁鹽投加前需投加Cl₂，最終控制反應(yīng)池出口PH7.3～7.6,余氯0.4～0.6。
　　為了進一步增加絮體抗剪能力，加大絮體顆粒粒徑，提高沉降速度，我們采用人工合成的有機高分子助凝劑HCA-1（二甲基二烯丙基季胺鹽類），分子量10萬左右，利用其陽離子線狀分子鏈對絮體微粒吸附架橋，增加絮體粘體結(jié)力，產(chǎn)生的絮體粗大，不易破碎，沉降速度快。通過實驗得出，HCA-1宜投加在混合絮凝時，在隨后的解聚過程中，分子鏈達到吸附飽和，一般需8--10min。將合絮凝時，在隨后的解聚過程中，分子鏈達到吸附飽和，一般需8--10min。將HCA-1投加在水流強度為70S^-1或稍高處，加速解聚，形成的絮體強度高粒徑大，沉降快。與混凝劑一齊投加效果最差，水流強度G過低，絮凝速度慢，絮體強度低，粒徑小，沉降速度慢。（見表3）

表三
1.聚合鋁投量30mg/L,HCA投量0.2mg/l 項目 絮凝時間 同時投加 9min 8min 6min 4.5min 2.5min 濁度（NTU） 2.8 1.02 1.03 1.08 2.2 1.6

項目 間隔時間 表三 2.取合鋁投量30mg/L,氯化硫酸亞鐵投量20mg/L 0 0.5min 1min 1.5min 濁度（NTU） 3.8 2.5 1.5 1.4

　　通過以上處理工藝，使藻類有機物基本去除，含藻水嗅味高時，Cl2氧化預處理后仍有Ⅱ段及以上嗅味時，在絮凝池中段投加粉末活性炭、除嗅味，并進一步吸附去除其他有機物，與混凝相結(jié)合，使氯消毒副產(chǎn)物的前體有機物基本去除。常規(guī)處理工藝對嗅味去除見表4：

項目 水樣 源水 沉淀池出水 濾后水 嗅閾值 100 67 40 除嗅率（%） / 33 60

　　粉末活性炭與常規(guī)工藝相結(jié)合除嗅見表5

項目 粉末炭投量mg/L 0 10 20 30 40 嗅閾值 100 30 20 10 5 除嗅率（%） / 70 80 90 95

　　四、微絮凝強化過濾

　　藻類在濾床中吸附在濾料表面的抗剪強度低，澄清水中含藻的微小絮體在過濾時易破碎，單個細小細胞空透濾層，使濾池對藻的截留不夠徹底。
　　在混凝沉淀后的澄清水中加入混凝劑，經(jīng)微絮凝進入濾床中進行濾床中進行接觸絮凝，通過發(fā)送濾料的表面性能，強化濾料表面吸附能力，可以充分發(fā)揮截污能力強的煤砂雙層濾料和均粒濾料濾池的深層截污能力。
　　由于被處理水使已經(jīng)加藥混凝沉淀后的澄清水，水中的懸浮雜質(zhì)較少，濁度在5NTU左右，其中有幾百萬的藻類。經(jīng)實驗投加聚合氯化鋁后，混合強度的改變以及絮凝與步絮凝過濾效果差別步大，而混凝劑的投加量的影響較為明顯。
　　實驗參數(shù)如下：
　　聚合氯化鋁投量1--3mg/L , 絮凝2--5min；
　　濾速：6-10m/h，運行周期：24h，沖強：151m²*s
　　聚合氯化鋁投量3-5mg/L，濁度去除率90%；投量3-5mg/L，濁度去除度98%，藻類去除率由60%提高到80--90%。相同濾料級配和濾速，常規(guī)過濾時濁度去除率為50-70%。