藻类控制对策研究

吕启忠　　施东文

　　一、综述

　　自1993年以来，每年冬季12月到次年3月份，我市花园口水源厂调蓄池中会出现藻类急剧繁殖的情况。源水中如果含有大量藻类，将会为水厂带来一系列的工艺和水质问题：会严重妨碍水厂的混凝、絮凝过程，使得加入混剂后难于形成密实的矾花，不易沉降，使滤前水浊度升高；堵塞滤池，缩短滤池反冲周期；藻尸穿透滤池，在清水池中形成泡沫，造成出厂水浊度升高；加氯后出现强烈的刺激性异味，市民反映十分强烈。
　　现已查明，调蓄池进水口一级泵站处藻类含量一般低于100万个/升，出水口二级泵站处最高可达4400万个/升，且主要是硅藻。藻类在冬季在调蓄池内季节性快速生长繁殖的主要原因，一方面，冬季黄河的流量较小，污染相对较重，一般为V类水，超V类水也频繁出现。主要为氨氮和有机物污染，某些限制性生长元素如镁的含量也较其他季节为高，这就为藻类的生长繁殖提供了充足的营养。在藻类高发季节，原水的主要特征为：
　　1、藻类主要为硅藻，占96%，最高达4400万个/升。
　　2、氨氮含量增高，1.0m—3.5mg/L，是一般季节的3倍。
　　3、高锰酸盐指数升高，6—15mg/l，是一般季节的2—3倍。
　　4、PH值略有升高，8.2—8.7。
　　5、化学需氧量20—64mg/L，是一般季节的5——10倍。
　　6、镁的含量40—100mg/L
　　7、浊度5.5—32NTU
　　冬季，黄河水含沙量最小，调蓄池中水的浊度不足10NTU，阳光透射性较好，有利于藻类光合作用的进行，这是导致藻类急剧生长繁殖的另一个重要原因。光是浮游植物生存的必要条件，光照的时间、光的强度能影响浮游植物的代谢率，从而影响它的生长率和繁殖率。特别是当调蓄池冰封以后，能产生一定的温室效应，更有利于藻类的生长和繁殖。
　　黄河水被严重污染，致使水体中鱼类、甲壳动物如各种蟹虾等的数量急剧下降；调蓄池中杂草不生，致使生态严重失衡，这也是引起藻类快速繁殖的一个不可忽视的原因。浮游植物通过光合作用固定太阳能，制造其他生物所需要的有机物质，这个过程是水生态系统运转的能源提供者，是生态系统整个生产过程的最初和基础环节，他们位于水体食物链的第一环节，是浮游动物和其他水生物的食物。浮游动物不能脱离浮游植物而生存，在这者之间经常进行着能量和物质的交换。许多经济鱼类，特别是我国特有的鲢、鳙都以浮游生物为食。不少经济甲壳运行如各种虾、蟹在幼虫期以硅藻、裸藻为食。一旦这个食物链断了，生态平衡就会被破坏。
　　为了解决高含藻水给净水处理带来的困难，国内通常采用气浮沉淀池、原水预氯化、生物预处理、臭氧氧化——活性碳过滤等工艺。考虑到在制水厂内采取措施的局限性，避免预氯化所产生的鱼腥味，我们根据公司自身的特点，重点研究了如何在水源地抑制藻类生长繁殖的二种方法：化学法、物理法，来解决藻类所带来的一系列的工艺和水质问题，取得了成效。

　　二、 除藻方法研究

　　郑州市自来水总公司东部供水系统是由花园口水源厂和白庙水厂组成。以黄河水为水源。黄河水经花园口水源厂进水闸自流进入沉砂池（350亩），自然沉淀后由一级泵站抽到调蓄池（1100亩，储水350万立方米，水深5米），二次自然沉淀后再由二级泵站将原水通过12公里管道送至白庙水厂处理。
　　(一) 化学方法除藻
　　硫酸铜具有特殊的抑制藻类生长的作用，考虑到饮水的安全性和对生态的影响，我们将试验分作两步，第一步先进行室外模拟实验，第二步进行生产试验。重点考察了硫酸铜抑制硅藻生长的情况、铜离子含量的变化以及对水中鱼类的影响。
　　一、模拟试验
　　1、试验目的
　　(1)观察硫酸铜抑制水中藻类（主要是硅藻）繁殖的效果，找出抑制藻类生长的有效剂量。
　　(2)观察硫酸铜对水中生物的影响。
　　(3)观察投加硫酸铜后水中Cu2+含量的变化。
　　2、试验方法　
　　室外设四个同形状同体积的容器，设加氧装置，分放同样水质同样体积的原水和多种鱼苗，其中一个容器中不投加硫酸铜，其余三个容器中加入不同剂量的硫酸铜，通氧，放置数天，测定藻类含量、铜离子含量、观察鱼类活动情况。
　　3、结果
　　从实验的结果看硫酸铜确有抑制藻类生长的作用，对于硅藻来说0.3mg/L硫酸铜的投加量已能抑制其生长和繁殖，对于鱼类的活动已没有表现出明显的不良影响，可以进行生产实验。结果见下表。

　　三、 生产试验

　　1、试验方法
　　在水源厂—泵站处设投药设施和装置，将药液加至水泵的吸水口处，利用水泵的叶轮进行混合。在调蓄池中藻类有明显增加趋势时投加药剂。工艺流程如下：

　　2、试验结果
　　生产试验结果见表二及下图

　　3、结果与讨论
　　98年12月30日开始进行第一次生产试验，此时调蓄池中藻含量已由24日的62万个/L上升到310万个/L，在一泵站处按0.3mg/L的量投加，四天以后，硅藻含量开始下降，至九九年一月十日降至48万个/升，此段时间一泵站处硅藻含量变化不大，为40万个/升左右。生产实验从98年月12月30日开始至99年2月20日止，当藻类含量有明显上升趋势时投加硫酸铜，藻含量降将至正常水平后停止投加。
　　(1)用硫酸铜抑制硅藻繁殖效果显著，能从根本上解决由硅藻带来的一系列水质问题，尤其是水腥味的问题，能够降低制水生产成本，提高水质，社会效益明显，是今后解决水腥味的一个重要途径。
　　(2)硫酸铜的投加量的大小应严格控制，在生产实验中发现，投加量为0.3mg/L时不影响水中鱼类的活动，若投加量提高到0.5mg/L以上，调蓄池中许多小鱼成群游向二泵站，被水泵抽送至白庙水厂，当投加量降至0.3mg/L后，此现象消失。
　　(3)生产实验发现，硫酸铜抑制绿藻繁殖的效果较差，0.3mg/L的投加量不能抑制绿藻的繁殖，甚至投加量提高到0.5mg/L，对绿藻繁殖的抑制作用也不明显，抑制绿藻的繁殖应采取生物防治和物理防治方法。
　　(4)投加硫酸铜后，在试验的浓度范围内，水中铜离子含量稍有增大，且均低于0.2mg/L。
　　(5)生产实验中发现，水中镁离子的含量对绿藻的生长有重要的影响。九九年二月水源厂调蓄池中第一次出现绿藻大量繁殖，经调查分析，当时源水指标除了镁含量与往年同期有较大差异外，其他指标与往年相比没有明显的变化。当时镁的含量约为70mg/L，以往同期则为40mg/L。因此初步断定镁的含量对绿藻的生长有重要的影响。
　　(6)由于调蓄池中有一条挖泥船在清挖底泥，因此不会产生铜的积累性污染。
　　(二) 改变调蓄池的运行方式，防止藻类大量繁殖
　　对于藻类的生长，如果只满足营养、温度、阳光等条件而不提供其繁殖的时间，经常变化其生存环境，一样能达到抑制其繁殖地目的。
　　1、调蓄池运行水位的改变与藻类含量的关系
　　通过对水源厂、白庙水厂96年——99年四年的生产报表进行统计分析发现，调蓄池运行水位的变化与藻类含量有着密切的关系。
　　(1)97年前（包括97年）没有将除藻与调蓄池运行水位的变化联系在一起，因此在藻类高发期，调蓄池的水位没有多大变化。如图1、图2。
　　(2)98、99两年在藻类高发期改变调蓄池运行水位，藻类含量变化很大
　　*在调蓄池水位下降的过程中，不同种类的藻类含量变化情况不一样。如果水中所含藻类主要是硅藻，则随着水位的降低，硅藻含量升高，如图3。如果水中所含藻类主要是绿藻，则在水位下降的过程中，绿藻含量没有明显变化，如图4。
　　**在调蓄池水位上升的过程，随着水位的上升，无论是何种藻类，含量均明显下降，最后降至正常水平，如图3、图4所示。
　　假如水中所含藻类主要是硅藻，随着水位的上升，无论是何种藻类，含量均明显下降，最后降至正常水平，如图3、图4所示。
　　假如水中所含藻类主要是硅藻，随着水位的降低含量升高，这种现象是与硅藻的生活习性相一致的。因为硅藻主要生活和分布于水的较深部位。
　　绿藻主要分布于水的上部，由于调蓄池较浅，仅有4—5米，绿藻在垂直分布上相对均匀，因此随着水位的降低，含量变化不明显。
　　当水位降至92.5米（黄海高程）以下，在急剧升起后，由于稀释作用和水质的变化，降低了藻类的含量，抑制了藻类的繁殖。
　　2、改变调蓄池运行水位，防止藻类繁殖生产实验
　　99年12月4日开始改变调蓄池运行水位，由93.04米逐步降至12月17日91.97米，保持至21日后将水位升高，29日升至92.98米，保持到2000年1月3日又将水位降低，18日降至91.47后将水位升高，1月22日升至92.04米，一直保持到3月15日实验结束。结果见附表一。
　　3、结果与讨论
　　1)99年12月至2000年3月，通过采取改变调蓄池运行水位的措施，有效的避免了藻类的繁殖。该方法不消耗任何材料，不增加生产费用，不向水中投加任何化学药剂，是在黄河河道稳定时，抑制藻类繁殖的首选方法。
　　2)调蓄池水位之所以高低变化，是为了避免调蓄池个别地方出现死水区，达到变化水质的目的。
　　3)当调蓄池出现冰封时，由于“温室效应”，在同等停留时间内，藻类含量明显上升。但在选定的运行水位91.5—92.0米时，藻类含量最高达424万个/升（仅一天），对正常水处理影响不明显。
　　(三) 效益分析
　　我们选取三年同一时间段的情况进行对比，a、97年12月至98年3月。b、98年12月至99年3月。c、99年12月至2000年3月。a时间段，在水源厂未采取除藻措施，b时间段在水源厂采取了投加硫酸铜的措施，c时间段采取了水源厂调蓄池水位合理运行的措施。有关源水水质指标和消耗指标见表三。

　　从表三可以看出，在这三年中，有机污染没有减轻，且有加重的趋势。但是由于我们采取了控制藻类繁殖的措施，水厂氯耗、混凝剂的消耗量均有明显下降。在这三个实验段中，C实验段即99年12月至2000年3月间制水量最少，以此间的制水量为标准计算这三个实验段中的各种消耗。见表四。

　　由表四可以看出，从源头控制住藻类的繁殖后，能够节约大量的净水药剂。与源水不采取控制藻类生长的措施相比，采取硫酸铜除藻的措施后能够节约资金16万元，采取调蓄池水位合理运行抑制藻类生长的措施后，节约资金21万元。经济效益显著。同时由于消除了产生鱼腥味的根源，提高了水质，社会效益巨大。
　　(四)小结
　　1、水腥味产生的根源是由于水中硅藻大量繁殖并与氯反应的结果。绿藻含量的升高（我公司达到1100万个/升）没有产生水腥味。
　　2、适量硫酸铜能有效抑制硅藻的繁殖。该方法操作简单、方便，经济可靠。
　　3、利用调蓄池运行水位的改变来抑制藻类的繁殖，是一种既有效又经济可行的方法。
　　4、方法的选择视当时的具体情况，采取单一的或相互结合的办法。如黄河河道较稳定，可直接采取调蓄池水位合理运行的办法；如黄河河道不稳，或者黄河水污染严重，欲让调蓄池发挥调蓄、稀释的作用，调蓄池可高水位运行，采取投加硫酸铜的措施，同时还可以辅以生物防止的办法。

二０００年四月九日

郑州市自来水总公司

二000年四月