水处理过程中常见的混凝除藻方法综述

张 利

（上海伊世特科技管理有限公司，上海 201805）

随着工业污水、生活废水等大量的产生，氮、磷等营养元素被排放至水体中，这使得越来越多的水体藻类爆发。藻类爆发对人体产生了很多危害，藻类代谢产生的藻毒素被证实有致癌的风险。因此，越来越多的技术被应用到除藻过程中。除藻方式主要分为三大类，即化学除藻法、物理除藻法和生物除藻法。物理除藻法主要有超声法、气浮法和膜处理法等[1-3]。其中，物理方法面临着成本和人力问题。而生物法除藻主要采用藻菌共生法，原理是利用能溶解藻的细菌或者病毒和藻类一起生长，抑制或降解藻类[4]。藻类作为一种胶体，性质稳定且比重小，不易沉淀[5]。而且，藻在代谢过程中能产生大量的有机物质（AOM），如藻毒素、消毒副产物前驱物等。藻类的特殊性质和代谢产生的有机物会使得一些物理和生物方法作用有限。在水处理中，化学除藻法还是主流的除藻方法。混凝是水厂的基本处理单元，也是化学除藻中使用较多的方式。本研究对混凝除藻的进展进行了总结，主要分为两个部分介绍，传统混凝除藻阶段和新的混凝除藻阶段。

1 传统混凝除藻

传统混凝经常用到助凝剂，如聚丙烯酰胺，因为毒性问题，现在已经几乎不再使用。无机低分子混凝剂主要有铁盐和铝盐，传统的无机混凝剂对藻类的去除效果差，要想达到理想的藻类去除效果，需要投加大量的混凝剂，对于藻细胞个数为2×106个/L的水体，需要投加30 ～50 mg/L 的铝或铁才能达到80%的去除率。大量的铁盐投加会导致水体颜色加深并且导致污泥量的增加。铝盐混凝被认为与老年痴呆病有关，而且《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定了饮用水的铝含量标准在0.2 mg/L 以下[6]。

2 新型除藻方式

2.1 复合混凝剂的研究

为了提高传统铁和铝等的混凝效果，无机高分子混凝剂等的研究得到很好的发展。其主要有聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁和聚合氯化铁等。丁进锋等人研究发现，单独投加聚合氯化铝（PAC）去除小球藻时，混凝效率超过86%，当聚合氯化铝投加量为123.5 mg/L 时，混凝效率最高[7]。相比于传统的混凝剂，聚合铁铝水解后能产生高价聚合铝离子，这些离子具有更大的接触面积，有更好的去除效果[8]。聚合硫酸铁（PFS）的良好性能源自其较强的电中和能力和絮体性质。PFS 形成的絮体比较紧致，这会加速絮体的沉降，另外聚合硫酸铁的生产成本较低，这些特点使得其应用较为广泛[9]。

2.2 新型混凝剂——钛盐

钛被证实是一种高效的混凝剂。徐婕等人在比较了传统混凝剂和TiCl4的混凝效果之后,发现TiCl4即使在水力条件不利的情形下也能实现极低的细胞破损率[10]。相对于铝盐和铁盐混凝剂，在最佳投加量下，TiCl4形成的絮体较大，而且生长速度快，沉淀时间短。因此，在实际的工程运用中，若采用TiCl4做混凝剂，会降低絮凝池的尺寸，减少成本。相比于传统混凝剂，钛去除UV254的效率更高（在50%以上）,而对于水体内的荧光物质也有较好的去除效果。钛混凝除藻的缺点是相对于其他金属离子絮体强度较低。

赵艳侠等人的研究结果表明，TiCl4作为一种高效的混凝剂，可以在去除水体颗粒物的过程中除去有机物质[11]。相比较传统铝盐和铁盐制备的混凝剂，TiCl4有更高的去除效率。试验在研究其作用机理的过程中发现，TiCl4低量投加时，混凝原理是吸附电中和作用。而投加量较高时,卷扫网捕起主要的作用。而且，检测到原水pH 发生变化时，TiCl4在有机物的去除上也要高于传统的铝盐和铁盐混凝剂。

3 各种工艺和混凝的连用

3.1 预氧化强化混凝除藻

由于藻液的带电特性和稳定特性，只采用投加混凝剂的方法很难达到去除要求。近年来有研究指出，若是先预先对藻细胞进行一定程度的氧化，再加入混凝剂进行沉淀，去除效果则会得到较大的提升[12-14]。预氧化中比较常用的方法有氯预氧化、高锰酸钾预氧化、臭氧预氧化和双氧水预氧化等。

高锰酸钾预氧化是研究比较多的一种预氧化方式。马敏等在除藻时，采用了先使用KMnO4-Fe（II）预氧化再通过铝（Al）混凝来强化铜绿微囊藻去除的方法[13]。研究指出，在KMnO4的剂量＜20 μmol/L 时有望保持细胞完整性，受损细胞比例低于10%。其中，引入的Fe（II）可以淬灭残留的KMnO4，防止过度氧化造成的细胞内有机物（IOM）释放。相比于铝盐混凝除藻，KMnO4和Fe（II）联合能将藻类去除率提高至70%。试验过程中不断生成的新生态铁被认为是这个体系中增强混凝效果的关键因素。关晓红等认为，新生态铁是原位生成的，这使得新生态三价铁有着优于预制三价铁的混凝性质[15]。马敏等认为，新生态铁混凝效果好得益于新生态铁是反应逐步生成，这可以有效避免混凝剂陈化，进而提高混凝效果[13]。

陈芳等发现臭氧可以有效地抑制水华鱼腥藻的活性，将臭氧与硅藻土、PAC 联用可以提高有机物质及藻的去除效率，而且能大大降低混凝剂的使用量[12]。但是，臭氧的氧化性较强，容易破坏藻细胞，导致细胞内有机物（IOM）的释放。

3.2 超声联合混凝除藻

超声联合无机絮凝剂进行除藻有实际的应用价值，这也是一种有效的联合混凝除藻方式。骆灵喜等在天津外环河利用低强度超声波对藻进行处理，以此强化混凝效果[16]。试验结果表明，低强度超声波对混凝沉淀工艺除藻效率有较大的提升。藻细胞的去除率和浊度的去除率可分别提高20.32%和21.60%。而且，李定龙等人利用超声波联合无机混凝剂对污泥脱水性能的影响进行试验，研究结果表明，两者有较好的协同效应，污泥的脱水性能明显改善[17]。

3.3 微波强化混凝去除水中藻类

朱承彬等人研究发现，利用微波对藻类进行预处理能强化混凝剂对藻类的去除效果[18]。试验还发现，藻类经过微波处理后被有效灭活，但是藻体的生理结构没有发生改变，这表明微波能有效除藻又不会引起藻的破坏。

3.4 强化混凝结合气浮除藻

气浮法除藻属于物理除藻的范畴，但是单纯使用气浮，其效果和成本都不理想。为了结合两者的优点，有研究将两者联合运用于除藻。目前对于生活污水中的蓝藻，气浮联合混凝法除藻，去除效率能达到95%[19]。

3.5 UV 强化混凝除藻

UV 辐照近年来被广泛应用到除藻方面的研究中。UV 辐照能有效地抑制藻类的生长，甚至导致藻类的失活，这可以降低水体内藻类的密度[20]。UV 还能影响藻类的产毒等生理活动，具有抑制和降解藻毒素的作用，这些特点使得UV 被广泛应用于藻处理过程中[21]。

UV 强化过硫酸盐（PS）。有研究提出了UV/PS（PS 剂量为60 mg/L 和UV 剂量375 mJ/cm2）预氧化可以通过有效中和Zeta 电位成功促进藻类细胞的混凝，原理是紫外线照射后，细胞形态、粒度分布和细胞表面特性发生变化，形成了活性氧化物种（即SO4-·和HO·）[22]。

UV 加双氧水强化二价铁混凝。UV 加双氧水属于高级氧化反应，具有较强的氧化性，且双氧水分解产生无害物质。所以，这是一种清洁环保的预氧化除藻方式。贾沛莉等利用UV 加双氧水强化二价铁混凝除藻，在实现有效去除藻类和有机物的情况下降低了二价铁的使用量，并且保证了氧化过程中藻细胞的完整性[23]。

3.6 强化混凝过滤除藻

膜过滤能比较快速有效地除藻，有研究发现，对于铜绿微囊藻的去除，超滤膜能实现98%的去除效率[24]。但是，单一的膜过滤会造成膜的污染，藻类的黏附和堵塞使得膜的冲洗困难，影响二次利用[25]。研究发现，经过混凝或者预氧化混凝之后的藻再进行膜过滤时能减小过滤阻力，便于清洗。陈禹志等利用高锰酸钾预氧化强化聚合氯化铝混凝，最后结合超滤膜过滤除藻[26]。结果表明，高锰酸钾的预氧化使得膜污染的速度变慢，而且对DOC 和UV254的去除率也分别提高了14.6%和19.5%。另外，混凝微滤也属于混凝过滤除藻方式的一种[27]。

4 结论

目前，随着研究的深入，藻类爆发的原因得到很好的解释，除藻的方式也得以发展。除藻的范围已经由开始的只除掉藻类延伸至除掉藻体及其代谢的有害物质。所以，单一的方式除藻已经不能满足目前的需要。多种除藻方式和混凝联用的复合型工艺被深入研究，未来混凝除藻方法的发展方向就是混凝和多种其他工艺结合以达到高效快捷除藻的目的，并且解决藻类带来的其他问题。另外，新型混凝剂和助凝剂的研究也是重点方向。