景观水灭藻处理的研究方法效果

发布于 2018年3月24日 14:27       已阅读1962次

随着我国城市的建设和发展，水景观日益增多。城市景观水体多为静止或流动性差的封闭缓流水体，一般具有水域面积小、易污染、水环境容量小、水体自净能力低等特点。城市景观水体的污染特征一般为藻类繁殖、特殊异味、浊度上升。为了研究、开发适合于景观水污染控制的技术，提高城市环境质量，笔者于2003-2004年，采用铜电解及其组合技术工艺，进行了景观水体灭藻的研究。

1，材料与方法
1.1 实验室灭藻
1.1.1 实验装置和条件  将储水箱和水泵连接成闭路循环（图1）。水泵流量为6L/min，储水箱容积为60L,水质为纯净水，水温为22℃。

1.1.2 试验方法 取在BG11培养液中生长达到稳恒期的集胞藻（PCC6803）10ml，加入盛有60L纯净水的储水箱中，分别进行加硫酸铜和铜电解灭藻处理。在处理的第0、0.5、1、2、3小时，分别取加硫酸铜组、铜电解组和空白对照组（未进行灭藻处理）约1ml水样，置于BG11培养基，在30℃、30μE（平方米.s）光照强度的条件下培养7d，并统计其藻细胞数。

1.2 现场试验

1.2.1 试验装置和流程  试验在某景观水体进行。该景观水池面积为126平方米，平均深度1.3m，周边为瓷砖砌成。铜电解组合工艺装置按铜电解灭藻装置、铝板絮凝电解装置、滤罐过滤装置和水射曝气装置的顺序组成，通过管道与景观水池连接成闭路循环（图2）。

1.2.2 工艺参数  铜电解装置：电极电流密度为1-3.2mA/平方厘米，释放铜离子浓度控制在0.3-0.4mg/L。铝板絮凝电解装置：采用电解的原理产生铝离子，起到絮凝作用。滤罐：滤料用陶粒，滤速为28-35m/h，用压力控制滤料的反冲洗。

1.2.3 方法 采样点位于景观水体对角线的中央，水面下15cm处。分别采用单纯铜电解技术工艺和铜电解组合技术工艺对景观水体进行灭藻处理。在处理的第1、3、5、7、9、12天采集水样，浓缩处理后，在显微镜下采用计数框法对藻细胞进行计数，浑浊度、嗅阈值、化学需氧量（COD）、氨氮、溶解氧、铜离子浓度、pH值按照《水和废水监测分析方法》（2002）进行检测。试验期间，景观水体水温为22-28℃，平均水温26℃。

2 结果
2.1 实验室灭藻效果
由表1可见，当铜离子浓度在0.3mg/L时，铜电解组在作用0.5h，加硫酸铜组在3h时，培养皿上无藻细胞生长；未处理组在3h时，培养皿上藻落数增加。
表1 不同灭藻方式处理不同时间后水样的藻细胞数

2.2 单纯铜电解对景观水的灭藻效果
由表2可见，随着时间的推移，景观水中藻浓度逐渐降低。处理第12天，除藻率为68.84%，除嗅阈值外，其他指标无明显改善。

2.3 铜电解组合技术工艺对景观水的灭藻效果
由表3可见，处理第12天，除藻率为80.75%，浑浊度、嗅阈值、COD、氨氮分别下降了57.14%，50.00%，48.44%，溶解氧增加了66.67%。

3 讨论
铜电解灭藻是在控制条件下，用电解的方法释放定量的铜离子，强化其灭藻的功能，达到灭藻的目的。由表1可见，当铜离子浓度在0.3mg/L时，铜电解组在作用0.5h以后，培养皿上午藻细胞生长，而硫酸铜药剂离解的铜离子的灭藻作用，没有铜电解的效果强。

这可能是由于电解的铜离子的“活性”较强的缘故，其深层次机制有待进一步研究。
由表2、3可见，铜电解组合技术工艺的灭藻效果优于单纯铜电解技术工艺，这是由于铜离子杀死藻细胞后，藻细胞变轻，悬浮在水中，而藻计数法不能鉴别藻细胞带负电荷，在后续处理单元通过电絮凝和过滤作用截留在滤罐内，从而提高了景观水的除藻效果；由于藻类及其代谢产物既是水中有机物的重要来源，也是主要的致臭物质，故随着藻含量大幅度降低，嗅阈值也显著下降。

采取铜电解组合工艺使水中COD降低，其原因是：（1）电絮凝直接过滤工艺，通过絮凝过滤作用清除悬浮物时，连带减少了部分COD；（2）曝气作用使水中保持了一定含量的溶解氧，氧与水中有机物发生反应，起到了降解作用；（3）由于景观水池较浅，加之水体的循环作用使得水体接受了较充分的太阳光照，由此产生的光化学反应和水中微生物联合作用，有效地降低了耗氧量。有研究表明，营养物质氮、磷的过度积累引起藻类的大量繁殖，水体溶解氧被大量消耗，导致水体缺氧并滋生出大量的厌氧微生物，造成水体发黑、发臭。藻类白天通过光合作用产生氧气，晚上通过呼吸作用消耗氧气，因此，组合技术工艺的曝气作用，一方面可以抑制厌氧生物的生长；另一方面，可提高水体中溶解氧的浓度使好氧微生物通过自身的新陈代谢作用，把水中有机污染物分解成简单的无机物，以达到水体净化的目的。

当水环境中磷浓度超过0.015mg/L，氮浓度超过0.3mg/L时，藻类就出现恶性繁殖，藻类的繁殖量与外界输入的磷、氮浓度成正比。蓝藻、绿藻具有固氮能力，能够把大气中的氮转化为能被水生植物吸收和利用的硝酸盐，因而，即使向水体排放的污水中的氮受到了控制，这些藻类扔可以从大气中摄入氮，以此继续满足自身合成的需要。因此，景观水体极易出现藻类繁殖。目前，控制景观水体藻类繁殖的方法，一般采用投加臭氧和化学药剂，但这些方法不同程度地存在投资运行成本高、杀藻不彻底、无持续灭藻作用和易产生二次污染等诸多问题。灭藻不彻底和无持续抑藻能力反而会促进某些优势藻类的生长繁殖。一般认为，铜离子的灭藻功能是由于带正电的铜离子和带负电的藻细胞结合，并穿透细胞壁与细胞内特定部位的DNA及RNA结合，破坏其内部的叶绿素等酶系统，致使藻细胞溶解和死亡。铜离子无色、无味、化学稳定性强，几乎不受阳光和时间的影响，可提供长时间稳定的残留浓度并维持其灭藻效果，并且不产生毒副产物。

对于铜电解组合工艺而言，铜电解的后续处理单元是混凝过滤和水射曝气。由于藻类被铜离子杀死后，仍是一种亲水性带负电荷的有机体，在水中处于相对稳定的状态，因洗，和许多无机颗粒一样，可以通过吸附电中和与消除水化壳以及吸附架桥作用，发生微絮作用，可过滤去除。由于藻类被过滤截留在滤罐中，为保证处理效果，可加大反冲洗次数。

基于景观水的污染和水体特点，结合铜电解组合工艺技术原理，依据本次实验室和现场实验结果，参照有关文献，同时考虑到避免二次污染和节能，在景观水处理控制中，铜离子含量宜控制在0.3-0.4mg/L，电流密度控制在1-2mA/平方厘米的条件下。采取铜电解与后续处理单元交替间歇方式工作，即在铜电解灭藻装置运行，使水体中的铜离子含量达到0.3-0.4mg/L时停机，隔1h后，再让后续处理单元运行，以延长电极使用寿命和节能。