水处理中藻类暴发造成的水质问题及处理方法

黄红妍

（梧州粤海江河水务有限公司，广西 梧州 543002）

0 引言

近年来，我国原水污染受多方面因素影响，水质异味普遍性、频发性、难控性逐年上升。研究表明，水体异味来源主要是藻类，异味以鱼腥味、土霉味最为普遍，硅藻可产生鱼腥味，蓝绿藻能产生土霉味。2021年1月下旬至2月，广西某市水源地季节性藻类暴发，且该水源地有不合规的网箱养殖，加速了藻类增长，原水出现一定程度的异味。为此当地水务公司必须对产生的水质问题组织研究并提出解决方案，以满足饮用水达标要求。

水源的藻类暴发影响一系列的供水生产。藻类及其分泌物会干扰自来水处理中的混凝过程，使藻类不易沉降；大量的藻类会堵塞滤池，缩短滤池的过滤周期；某些较小的藻类穿透滤池进入清水池和管网，造成管网水质恶化，加速管网腐蚀。此外，藻类在代谢过程中会产生臭味，若不进行处理消除，容易引起饮用者不适。

1 藻类暴发成因和预警指标

1.1 藻类暴发成因

天气温暖时，藻类暴发会影响水厂生产。由于藻类聚集到滤池（尤其是慢滤池），其表面将形成一层密实的藻类覆盖物，阻止水通过，导致滤池堵塞。藻类代谢释放出的气体，特别是光合作用释放的氧气，在滤池中较难自动沉降。某些藻类能合成有毒的代谢产物，如蓝藻中的微囊藻属、鱼腥藻属、鞘丝藻属等会产生微囊藻毒素，微囊藻毒素直接毒害鱼类、人畜，是肝癌的主要诱因。因此，水体藻类消除必须重视。

藻类异味物控制途径多种多样，发现藻类生长相关指标同时出现异常时，水厂必须当加强监测。藻类可使水中的无机物二氧化碳通过光合作用转化成有机物，下列是该光合作用过程中碳酸盐体系转化生成有机物的化学反应式。

由于在地表水的pH范围内，碳酸盐主要以HCO3-的形式存在，在富营养化的地表水中，HCO3-浓度大小决定了藻类的生长状况，同时也对地表水pH升降产生影响。此外，富营养化地表水中的溶解氧主要源于藻类光合作用，这是因为藻类光合作用产生的氧要远大于其呼吸作用消耗的氧，导致光合作用产生的氧气中的溶解氧甚至能够达到饱和状态下溶解氧的4倍。

1.2 藻类暴发预警指标

根据藻类生长的特性，在藻类繁殖期一般会出现pH上升、溶解氧上升、高锰酸盐指数上升、叶绿素a上升的现象，同时会导致色度偏高并出现异味。因此根据其特点，该水厂对各指标制定适宜的检测方案和预警值。

地表水pH受藻类光合作用和呼吸作用的影响，深夜和正午的差值较大。若采用PAC作为净水剂，原水pH超过8.10，温度高时（一般在正午），滤后水铝含量较高，容易造成水质铝含量超标，必须在有可能出现藻类暴发的情况下，留意正午时间的pH。藻类通过光合作用吸收二氧化碳放出氧气，从而导致水中的溶解氧上升明显。由于藻类暴发时温度偏高，溶解氧和温度呈负相关，可以通过观察其溶解氧是否超出饱和溶解氧作为预警值。

藻类繁殖不可缺少总磷、总氮。磷是最小的限制因子，而总氮对藻类的生长影响更大一些，这是因为氮在藻类细胞内异养分解释放大量氨态分子到水体中，而藻类吸收磷酸盐生长以磷的聚合物形式存在，藻类细胞代谢过程释放氮要比释放磷的速度快，因此对氮的需求量更多。一般来说，藻类繁殖时高锰酸盐指数会逐步升高，但即便在衰退期高锰酸盐指数依旧保持一个较高的数值，因为藻类的衰退期会出现其他生物分解藻类，同时氨氮在衰退期亦会处在较高水平。水务公司下属水厂水源处于水利枢纽末端处的取水点，在预警评价中除地表水评价标准外，还需参照湖库水的评价标准。在藻类易发的1月、7月等月份需特别关注，同时关注气象信息和水文信息，做好预警。

2 减少水体藻类工艺分析

本次水源地水体藻类暴发，水厂利用好信息化数据，分析实验室信息管理系统录入的检测结果，原水检测数据变化明显，如表1所示，经综合判断为水体藻类暴发，必须启动水质应急响应处理。

表1 原水检测数据变化

水体藻类暴发水质应急响应处理，要先考虑杀藻，同时祛除异嗅异味。减少水体藻类有较多的工艺选择，应针对藻类的特性选择合适的处理工艺。

2.1 臭氧及其他氧化工艺

常用的氧化剂有氯气、臭氧、过氧化氢及高锰酸钾等。氯气和高锰酸钾对土臭素和2-甲基异莰醇的去除效果不佳，而臭氧可以有效去除土臭素和2-甲基异莰醇组分，但会生成新的异味的物质，需要在后续增加活性炭吸附。有研究发现使用3.8 mg/L浓度的臭氧，与水体接触6 min左右能有效去除蓝绿藻产生的土腥味和霉味[1]。氧化法对于硫醚硫醇类物的去除效果较好。

2.2 活性炭

水处理中广泛使用的除味填料主要是活性炭，粉末活性炭又比颗粒活性炭接触面积更大，除味效果更优。

2.3 生物降解法

采用生物降解法能去除有气味的有机物，通过砂滤滤料上的生物膜能有效去除土臭素和2-甲基异莰醇。

2.4 降低水体富营养化程度

由于风力、降雨、气温、光照等不可控因素，且且水流速度因各水利枢纽的宏观调配难以变更，因此，降低水体富营养化程度较好的方法是与相关政府机关协调，清理非法网箱养殖，严查违规排污，从而减少水中的营养物质。

（1）化学除藻。预氧化、光催化材料、复合材料、化学除藻药剂、电化学、絮凝法、混凝剂除藻等是利用化学法除藻，常用药剂有过氧化氢、硫酸铜、臭氧、高锰酸钾、氯气、二氧化氯等。化学除藻具有效果好、操作方便等优点，并且化学除藻可在上水管道处添加，无须投放在水源地。

（2）生物除藻。生物除藻的主要方法有溶藻菌除藻、微生物除藻、草履虫吞噬除藻、放养鲢鱼控藻等。短时间内生物除藻效果不明显、实验周期长，需要在水源地进行投放，并由政府有关部门进行组织进行。

（3）物理除藻。物理除藻的主要方法有沉积物沉降除藻、机械除藻、超声波除藻、紫外线辐照除藻、过滤除藻、超导磁石除藻、电气浮除藻等，目前行业多采用机械除藻和气浮除藻。

分析本次水源地藻类暴发的相关数据，结合本地实际情况及水厂工艺情况，要先做好水源地管理，积极和政府部门沟通，清理违规的网箱养殖，进行应急治理。经处理后，水源水样的水藻类密度明显下降，水源水样检测处理前后对比如表2所示。

表2 水源水样检测处理前后对比

针对应急处理的除藻方法一般采用化学除藻法和物理除藻法，由于出厂水也需要使用消毒剂，可考虑采用原有的消毒剂作为应急除藻手段，本次采用次氯酸钠消毒除藻。

3 除藻后的水质处理

水源地季节性水体富营养化导致的藻类含量升高是中小型水厂面临的普遍性问题，投加二氧化碳调节pH技术在水处理行业越来越受关注，国内自来水厂生产应用不多，本企业为了满足水质要求，改善生产过程的生态绩效，节约能源消耗低碳生产，提高生产产出效率，提出了相关生产试验应用。

随着水中藻类含量的增加，溶解氧含量将增加，pH亦将增高。当使用PAC处理藻类较多的原水时，原水的pH较高，PAC对pH的影响不大，处理后水的pH会保持在一个较高的范围。铝离子在pH较高时溶解度较大，原水pH的变化会影响混凝剂的水解程度，进而降低混凝效果，同时也会影响水中溶解铝的含量，容易导致出厂水铝含量超出《生活饮用水卫生标准》要求的0.2 mg/L的限值。为了提高出厂水的水质，试点水厂采用了将二氧化碳气体直接加注到原水中降低原水pH，从而减少水处理剂使用量，保证出厂水铝含量满足饮用水卫生标准要求。

（1）工艺流程。工艺流程设计投加二氧化碳调节pH应用在该水厂，水厂原设计日供水量为15×104m3/d，采用常规制水工艺，混凝剂为聚合氯化铝，工艺流程为：原水→沉淀池→澄清池→（加氯）滤池→清水池→供水泵房→市政管网。

（2）投加工艺路线。本次投加使用在水厂原水进水处前加次氯酸钠-活性炭粉末联用的方法杀除原水中的藻类，利用活性炭吸收微囊藻毒素、土臭素和2-甲基异莰醇等异嗅物质。

紧接着在进水时将二氧化碳注入原水中，补充因藻类光合作用而消耗的二氧化碳，提高水中的氢离子浓度，达到降低pH的目的[2]。投加研究技术路线如图1所示。

图1 投加研究技术路线

（3）pH的控制效果分析。该水厂试验期间在进水时便将二氧化碳气体注入原水中，pH控制目标为7.3～7.5，通过在线pH仪测试日平均值得出pH的实际控制情况，期间原水pH在7.9～8.6波动，二氧化碳平均投加量约5.6×10-5kg/m3，在投加二氧化碳后pH按目标值波动，能实现对pH的准确、稳定控制。

（4）对PAC投加量的影响。PAC作为最常用的无机高分子絮凝剂，有很强的界面吸附能力，是结合表面OH发生进一步的水解形成表面沉淀，表面覆盖层则可由PAC转化成铝胶体进一步形成氢氧化铝沉淀，此时主要由凝聚作用转变为絮凝作用的过程，由电中和作用转变为黏附卷扫作用的过程。在水处理中首先是降低浊度，但是在水质pH较高情况下容易失去吸附共沉淀作用，铝离子在pH较高时溶解度较高，水中溶解铝的含量升高。在季节性藻类暴发导致原水pH升高时，为了确保出水铝达标，试验水厂使用二氧化碳调节pH，使PAC能起到适宜的混凝去浊的作用，对总铝指标的控制效果较好。

经实验室试验数据，水厂在藻类暴发期间水样若采用传统加PAC而不使用二氧化碳调节pH的方法，同样水质处理效果下，PAC使用量约为11 kg/m3，使用二氧化碳后PAC混凝剂用量则约为8.5 kg/m3，降幅约22.7%。同时，少加混凝剂使污泥产生量降低，可节约减少污泥部分的处置工序。

4 结语

（1）总结本次藻类暴发造成原水异味的应对经验，利用好实验室信息管理系统对检测结果进行汇总分析，判定水质状况和藻类的生长周期：①要制定合理完善的应急响应预案，加强对pH、臭味、色度、溶解氧、高锰酸盐指数、总磷、总氮的监测，保证应急响应及时。②要做好供水调度工作，及时观察滤池的藻类和出厂水消毒剂的投加量，增加沉淀池、滤池的排泥和清洗频次，及时做好投加工艺调节。③要与政府相关部门沟通协调，加强水源地保护管理。

（2）水厂因藻类暴发导致pH持续上升至8.3，且原水出现明显泥腥味，应进行在厂内上水管投加次氯酸钠杀藻、加大滤池的清洗频次等水质应急处理，并投加活性炭粉末0.5～1.0 kg/t吸附异味物，保证滤池能效正常，待滤水无异味。

（3）应用投加二氧化碳技术能稳定且较好地控制原水pH，稳定水处理净化效果，达到稳定控制pH、保证出水铝含量符合饮用水标准的效果，本次应用试验二氧化碳利用率平均达到90%以上，能源效率保持较优。

（4）总结试验过程，在线pH仪数据直接指导投加前后对二氧化碳投加的控制，在线pH仪的准确性和灵敏度要求较高，需要经常对其维护保养及比对。

（5）采用二氧化碳投加混凝剂的用量比传统加酸PAC减少了约22.7%，保证水质的同时还控制了混凝剂投加成本。混凝剂投加量的降低，一是有助于铝含量的下降，二是减少了污泥的产生量，因此本过程符合现代企业低碳减排目标，为协同建设低碳城市贡献水务力量。