饮用水源水中藻类繁殖危害及处理

田 珍，王 娟，孙海丽

（1.山东建筑大学 市政与环境工程学院，济南 250101；2.山东省机械设计院，济南 250031；3.山东汇盛天泽环境工程有限公司，济南 250101）

富营养化的湖泊和水库中，因藻类的生长而引起的水污染已成为全球性难题。有关报道表明，中国很多湖泊中有毒水华的增长已造成饮用水污染问题［1］。近年来，我国饮用水源地的富营养化问题日趋严重，灾害性水华频发，直接威胁到城市供水安全。2007年5月，无锡太湖发生了蓝藻引发水污染事件，给当地居民生产生活造成严重影响；同期，巢湖和滇池也发生了不同程度的蓝藻污染事件。针对这一严峻现实，在全面实施控源策略、加强自来水厂预处理工艺的同时，开发能够直接在水源地域内消除有害藻类的技术亦成为关注热点。

1 源水藻类繁殖的危害

1.1 对水厂运行的不利影响

1.1.1 堵塞滤池

美国的Pakmer教授研究了水中藻类对过滤效果的影响［2］，其规律为：当藻类数量小于5×105个/L时，不会引起滤池堵塞；当藻类小于5×106个/L时，滤池稍有堵塞现象；当藻类数量小于2×106个/L时，滤池有明显堵塞现象；当藻类数量大于2×106个/L时，滤池会严重堵塞。

1.1.2 药耗增加

藻类一般带负电，具有较高的稳定性，难于混凝。藻类使pH值增加，使投加低分子的铝盐混凝剂后难以产生高电荷的水解聚合物，影响藻类、浊质有效地脱稳，故而加大了混凝剂的投加量。由于含藻量的变化和藻类的不同，混凝剂的投加量会有很大的差异，投药量的准确把握有一定的困难。

1.2 对水质的不利影响

1.2.1 藻类致臭

富营养化水体中致臭物质主要是由蓝藻纲、绿藻纲、硅藻纲等一些系或种产生的。研究表明，藻类的数量不同时，产生臭味种类也不同。通常一个藻类细胞产生土臭素的量为 （1～4）×10－8μg/L［3］，但当水环境条件发生改变，即不适合藻类的健康生长时，藻类释放到环境中的土臭素为健康生长状况下的2～3倍。

1.2.2 藻类产生藻毒素

据报道，世界范围内大约25%～70%［4］的蓝藻可以产生毒素。产生毒素最主要的是铜绿微囊藻、水华鱼腥藻和水华束丝藻，其中微囊藻毒素（MC）是一类分布最广泛且与人类关系最为密切的七肽单环肝毒素，是强烈的肝脏肿瘤促进剂［5］。微囊藻毒素通常大部分存在于藻细胞内，当细胞破裂或衰老时毒素释放进入水中，国内外已有大量文献报道证实湖泊水库及饮用水中发现微囊藻毒素［6］。动物饮用含有毒藻的水后引起中毒、死亡的事件在10余个国家都有报道，人类饮用或直接接触藻类污染的水会引起皮肤反应、结膜炎、鼻炎、呕吐、腹泻、肠胃炎等病症。国内外很多地区的水源水和饮用水中均发现含有微囊藻毒素，对人体健康形成威胁。流行病学研究证实，饮用蓝藻污染的池塘水可引发肝肿瘤，藻类产生的藻毒素能强烈抑制蛋白磷酸合成酶的活性，导致细胞骨架破坏，引起肝细胞出血、坏死，而藻毒素以常规的方法不能有效去除。

1.2.3 藻类和有机物是消毒副产物的前体物

研究证明［7］加氯前Ames试验呈阴性的藻类培养物在加氯后呈阳性。氯化后离心上清液的致突变强度高于细胞培养物的致突变强度。这表明藻类及其可溶性代谢产物是Ames试验氯化致突前提物。在后续消毒过程中与氯作用生成三卤甲烷（THM），增加水的致突变活性。

1.3 对管网水质的不利影响

穿透滤池进入管网的藻类及残留在水中的生物可同化有机物（AOC）成为微生物繁殖的基质，促进细菌的生长，甚至可能在管网中生成较大的有机体，如线虫和海绵动物等，这些动物很难消除，严重时可堵塞水表、水龙头。藻类代谢产物在混凝过程中与混凝剂反应，降低处理效果，增加药剂用量，提高生产成本；生成的络合物又会导致管网腐蚀，细菌的再繁殖还会造成管网水质恶化，如水的浊度和色度上升、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。

综上所述，湖泊、水库中藻类的大量存在，对水厂运行、管网、水质造成了极大影响，使处理后的水很难达到饮用水标准。由此可见，藻类的去除与日常生活及身体健康密切相关，已成为当今生物学、工业水处理、农业养殖、食品加工和医学消毒等领域着力解决的一个重点和难点。

2 藻类污染控制技术

2.1 控制水体中的氮磷含量

藻类污染与水体富营养化关系密切，消除藻污染的根本途径是控制水体富营养化，这也是目前各国普遍认同的思路。水体富营养化的防治是目前水污染控制中难度最大的一项工作，迄今为止尚无任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除水体中的氮、磷物质，常规的二级生化处理方法只能去除30%～50%的氮、磷。国内外学者对湖泊氮、磷污染进行了大量研究，提出了许多控制湖泊氮、磷污染的措施及对策［8］，包括加强水环境管理、实施截污工程和湖内污染消减及生态系统恢复等。

2.2 藻类的去除技术

2.2.1 化学药剂法

化学药剂法除藻［9］既可在水源地进行，也可在水处理厂进行，是一种工艺简单、操作方便的有效杀藻方法。目前，常用的杀藻剂主要有CuSO4、高锰酸盐、液氯、ClO2、O3和H2O2等。

虽然硫酸铜和高锰酸盐等化学杀藻剂是当前化学控藻技术的主体，但在抑藻的同时也造成了二次污染，对其他水生生物也同样存在毒性，即使在短期内没有不良反应，也可能因在水生生物内富集、残留而存在远期危害，此外被杀死的藻类仍存留于水中，并未解决藻类生长的根源（即氮、磷的循环）问题。因此，常规化学杀藻剂在大规模实际应用上存在许多局限性。

O3是一种强氧化剂，不会产生二次污染，操作也简单可行，从技术上讲O3是最佳的杀藻剂，但是因O3生产费用较高而在应用上受到一定的限制，一般很少单独使用，只用于组合工艺中对藻类的预氧化阶段。

裴海燕等［10］对ClO2的杀藻效能进行了系统研究，结果表明，ClO2可穿透细胞壁、细胞膜进入细胞内部，在不破坏藻细胞外部结构的情况下将藻细胞中的叶绿素氧化。

2.2.2 物理化学方法

2.2.2.1 混凝沉淀

沉淀或澄清构筑物的类型很多，其除藻率各不相同。例如用静沉池处理泰晤士河水时，平均除藻率为59%［9］，处理衣阿华河水时除藻率为37%（硫酸铝混凝）～97%（石灰软化）；应用澄清池处理波兰河水时，平均除藻率为85%～86%（无预氯化）和95%～97%（预氯化），并且浮游生物量也分别下降了93%～96%和99%。实际处理效果随藻密度大小而异，藻密度高时则除藻率下降，混凝沉淀对磷有一定的去除效果。混凝沉淀法具有投资少、操作和维修方便、效果好等特点，可用于含有大量悬浮物、藻类的水体处理。

2.2.2.2 微滤机除藻

对于低浊、高藻的湖泊水可以用微滤机［7］除藻。微滤机是一种截流细小悬浮物的筛网过滤装置，除藻用的微滤机多用孔眼10～45μm（多数35μm）的滤网，它对藻类的去除率为50%～70%，对悬浮物的去除率约为97%～100%，但对浊度只能减少5%～20%。

2.2.2.3 气浮除藻

气浮法是利用气浮工艺使藻类上浮而使其去除，适用于密度较轻的藻类。藻悬浮液的稳定性［8］，与藻表面所带电荷、亲水效应及位阻效应有关。混凝是气浮的一个前处理步骤，用来降低藻颗粒的稳定性，以便微气泡与藻颗粒接触。在高溢流量和低絮凝时间条件下，气浮（dissolved air flotation，DAF）工艺处理的出水与传统工艺相比浊度低、藻细胞数量少。当原水中藻类数量比较多或藻细胞中含有气体空泡时，气浮工艺是更有效的处理方法，而且气浮产生的污泥固体成分含量高，比混凝沉淀法产生的污泥更容易处理。

2.2.2.4 吸附

活性炭吸附工艺是目前去除水中有机物的首选工艺［8］。由于原料来源丰富，表面积大，对色、臭、味及其他有机物有良好的去除率。活性炭在水处理过程中的应用日益广泛。其中粉末活性炭对去除水中藻细胞分泌物产生的低分子量DOC尤为有效，并能有效地去除水中的微囊藻毒素，在经典的慢砂滤池后加上一个活性炭滤池，可去除引起水臭味的有机物，如：土臭味素及2－甲基异冰片（MIB），有效地降低出水的臭味。但活性炭对危害较大的卤代烃的吸附效果不太好，而且活性炭吸附后的再生问题一直难以得到满意的解决。目前，正在开发新型吸附材料如活性炭纤维、多孔合成树脂等。

2.2.3 强化混凝沉淀

加强混凝是提高除藻效果的重要方法，藻类一般带负电，经混凝后可显著提高沉淀和过滤的除藻效率。

（1）投加合适的混凝剂，投加助凝剂应根据实验结果投放，混凝剂和助凝剂两者有一个合适的配比和条件，这样可以充分地提高沉淀池的沉淀性能，保证大量的活性炭可以沉淀；

（2）要强化排泥，由于按照常规的排泥方式，大量的活性炭在沉淀池聚集，所以一定要强化排泥。

2.2.4 生物处理除藻

饮用水生物处理除藻技术1971年始于日本，它是利用附着在载体表面上的生物膜使水中的藻类被吸附、分解氧化，有些藻类还会被生物膜上原生动物和后生动物所捕食，而且该法对藻毒素也有很好的去除效果［11］。国内外很多成功的经验表明［6］，通过种植芦苇、蒲草等水生植物，建立人工湿地—水生生物系统，通过大型水生植物处理入库水体，消耗水中营养物质，系统水中对TN、TP的去除率分别为20%～60%和30%～45%，对重金属离子、藻毒素也有较好的吸附作用。通过收割芦苇、蒲草能够达到净化水体的目的。此外，合理放养鲢鱼等鱼类对水质净化也有一定作用。根据生态平衡原理，在富营养化水体中投放适当密度的鲢、鳙鱼，通过藻类吸收水体中的氮磷、鱼类摄食藻类的食物链关系，捕捞成鱼带出氮磷，从而达到控制和减少藻类滋生，抑制水体富营养化起到积极作用。

除上述方法之外，还有很多先进的技术在试验阶段。如陈雪初、孙阳才、张海春等［12］利用遮光法控藻的中试试验取得了较好的去藻效果，吕锡武、道森悠平、丁国际［13］利用好养反应器降解蓝藻及藻毒素的研究实验对于选择富营养化水处理工艺有重要的参考价值。

3 结语

针对饮用水源水富营养化所带来的一系列问题，最根本的治理措施是减少湖水中氮、磷含量，控制藻类繁殖。对已经富营养化的饮用水源水，则应在常规水处理工艺的基础上，进一步采取物理、化学、生物学等各种技术措施，充分发挥各技术手段的特点和优势，进行综合处理，以期达到最佳去除效果，生产出优质、安全的饮用水，保障人类健康。然而，藻类问题的最终解决方法还是要靠保护水源，防止污染来解决。

［1］工红兵，朱惠刚.淡水浮游藻类污染及其毒性［J］.上海环境科学，1995，14（8）：38－41.

［2］彭海清，谭章荣，高乃云，等.给水处理中藻类的去除［J］.中国给水排水，2002，（2）.

［3］M Miwa.Effect of chelating agents on the growgh of blue－green algae and the release of geosmin［J］.Wat Sci Tech.，1988，120（8～9）：197－203.

［4］Duy T.N，Lam EK，S，Shaw GR，et al.Toxicology and risk assessment of freshwatercyanobacterial（blue-green algae）toxins in water［J］.Rev Environ contam Toxicol，2000，163：113－186.

［5］董传辉.江苏几个地区与某湖周围水厂不同类型水微囊藻毒素调查［J］.环境与健康杂志，1998，15（5）：34－37.

［6］侯翠荣.高藻高有机污染水源水处理技术研究［D］.济南：山东大学，2008.

［7］王占生，刘文君.微污染水源饮用水处理［M］.北京：中国建筑工业出版社，2001.

［8］随少峰，孔凡玲，罗启芳.饮用水源水藻类繁殖的危害及处理［J］.中国卫生工程学，2005，4（1）：47－49.

［9］聂发辉，李田，吴晓芙，等.微型富营养化水体的治理方法［J］.中国给水排水，2006，22（18）：12.

［10］裴海燕，胡文容，丁国际，等.二氧化氯杀藻特性研究［J］.山东大学学报（工学版），2004，34（5）：104－108.

［11］赵月龙，杨云龙，王龙.生物预处理工艺用于富营养化水源水净化研究［J］.科技情报开发与经济，2003，13（10）：150－152.

［12］陈雪初，孙阳才，张海春，等.遮光法控藻的中试研究［J］.环境科学学报，2007，27（11）：1380－1384.

［13］吕锡武，道森悠平，丁国际.有毒蓝藻及藻毒素生物降解的初步研究［J］.中国环境科学，1999，19（2）：138－140.