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二化氯氧在去除水质藻类中的应用

 

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                                               二化氯氧在去除水质藻类中的应用
近年来,湖库型水源地蓝藻暴发的事件时有发生。蓝藻暴发不仅影响水处理工艺,还经常伴有有害次生代谢物如藻毒素和嗅味物质浓度的急剧上升,降低水的可利用性和安全性(13)。土臭素(geosmin)是最常见的土霉味物质,最先发现为链霉菌等放线菌的代谢产物(4),后发现许多丝状蓝藻也能产生geosmin,且大部分水源的geosmin所导致的嗅味问题为藻类所导致。
 
随着人们对二氧化氯的深入研究,认为二氧化氯是一种有效的除藻剂。二氧化氯除藻的机理是,藻类中的叶绿素吡咯环与苯环非常相似,二氧化氯对苯环具有一定的亲和性,能使苯环发生变化而使其无臭无味,二氧化氯也同样能作用于吡咯环氧化叶绿素,使其新陈代谢终止,使得蛋白质的合成中断,导致藻类死亡,而且二氧化氯和藻类的反应极快,能够有效地控制霉味,鱼腥味等。
 
传统除藻法:
含藻量少和处理水量不大时,可用硫酸铜。由于硫酸铜价格贵,又具有毒性,一般在游泳池水处理中常有使用。原水中加氯,可杀死藻类,并可防止藻类堵塞输水管和滤池。但原水中若藻类含量大,势必加氯量增加,会导致出厂水中的氯仿和四氯化碳含量增加。气浮除藻,效果较佳。藻类不易沉淀,则利用‘气浮工艺使其上浮而去除。气浮处理中利用通入水中的大量微小气泡,使气泡粘附在藻类上,即可快速上浮,使固液分离。据某水厂测定,气浮工艺除藻率达到60%以上。
 
美国水厂水库的常用除藻法:
(1) 当藻类含量较高时,每天用专用船向水库中投加 CuS04 溶液,其投加量为 0.5 -0.7mg/L ;
(2) 当藻类含量不高时,在进入水厂的原水中投加 K 2 MnO 4 ;
(3) 当藻类含量低时,在进入水厂的原水中加氯。
 
各种氧化剂除藻的效果对比:
与臭氧和高锰酸钾相比,采用氯和二氧化氯进行氧化处理后,DOC的增加明显。氯投量在10 mg/L时,DOC为6.5 mg/L,二氧化氯投量为3 mg/L时,其DOC达到7.5 mg/L。二氧化氯具有较强的氧化能力,对藻细胞的作用明显,当藻细胞完全破坏后,继续投加会氧化部分有机物导致DOC降低,而氯的氧化能力要弱些,即使投加到10 mg/L,DOC也没有明显降低。对臭氧来说,低投量条件下(0.5 mg/L)DOC出现较高的增加,而继续增加投量DOC基本稳定,这可能是因为臭氧本身氧化能力较强,较高投量时在导致代谢物释放的同时,会氧化部分有机物,从而导致DOC基本稳定在一个浓度水平。同样,对于高锰酸钾来说,DOC也没有出现随投药剂量增加而增加的情况。
3土臭素(geosmin)
螺旋鱼腥藻可以代谢产生大量的geosmin (10, 14),但geosmin一般是在细胞内合成后再分泌到胞外,而且通常状况下85~95%的geosmin存在于胞内(9)。实验所用水样中geosmin的含量为1250 ng/L,溶解性geosmin仅为220 ng/L。不同氧化剂处理下含藻水的溶解性及总geosmin含量见图3。可以看出,不同氧化剂引起的geosmin释放效应相差很大。二氧化氯的释放效应最强,在0.5 mg/L的投药量下大部分geosmin从胞内转到胞外。对照图2可知,此时藻细胞数量只下降三分之一,表明二氧化氯可能在拓宽细胞膜通道方面作用较强,导致geosmin在藻细胞完全破坏之前就基本上被释放出来。
次氯酸钠直到投药量为1 mg•L-1时geosmin的释放比较缓慢。但是,投药量超过1 mg•L-1后,geosmin释放非常显著。可以看出,当投药量为1.5 mg•L-1时,几乎所有的geosmin都被释放出来。而对于高锰酸钾,在投量低于1 mg•L-1(一般使用量不会超过这个剂量)时,几乎没有geosmin的释放。当投量超过1 mg•L-1时,随着投量的增加,geosmin逐步释放出来,到5 mg/L时geosmin完全释放。与图2相比可知,藻细胞在本实验投量范围内并没有出现明显的下降,表明可能主要是高剂量高锰酸钾改变了细胞膜的通透性,导致在没有破坏藻细胞的情况下geosmin的释放。
对于臭氧来说,在投量低于2.5 mg•L-1时, geosmin不仅没有被释放出来,反而出现一定的下降的趋势。从图2中可以看出,臭氧在投量为2.5 mg•L-1条件下已能去除约40%的藻细胞。这是一个非常有趣的现象,可以看出,臭氧的作用机制与其他氧化剂有显著的不同。但具体情况有待于进一步的研究。一般来说,臭氧预氧化的投量不会超过1.5 mg•L-1,因此,臭氧的这种特性表明,利用臭氧进行预氧化不会导致藻细胞内嗅味物质的释放。

高锰酸钾(藻类)
高锰酸钾(KMnO4)是一种较强的氧化剂,但消毒能力弱(据资料高锰酸钾预氧化不会引起藻毒素的释放),高锰酸钾氧化可控氯酚,FHMs的生成,并有一定的色、臭、味的去除效果,对烯烃、醛、酮类化合物也有较好的去除能力。但经高锰酸钾氧化的氧化产物中,出水经氯化后,水的致突变性有较大幅度的增加,应与粉末活性炭联用效果非常理想。一般投加量不会超过1mg/L,吨水成本0.02元。
二氧化氯(有机物)
二氧化氯(CLO2)氧化性强,预氧化可有效破坏藻类、酚,改善水的臭味。有研究表明二氧化氯使藻类死亡破裂,使大量藻毒素释放到水体中并引起异味(土臭素,2—MIB),二氧化氯不稳定需现场发生,对操作人员要求较高,一般预氧化量在1-2mg/L,吨水成本0.024-0.048元。(亚氯酸钠法)只有10~15%。当原水氨氮浓度小于1mg/L时,氨氮的去除率小于50%。

选择次氯酸钠、二氧化氯、高锰酸钾、臭氧四种氧化剂对高藻水进行了预氧化实验,发现四种氧化剂对藻及嗅味物质的影响各不相同。次氯酸钠、二氧化氯的除藻效果明显,其投量与藻细胞去除效果之间呈指数关系,当投量达到3mg•L-1时,藻细胞的去除率达到70%以上。臭氧投量与藻细胞之间呈直线反比例关系,但投量低于1 mg•L-1时,藻细胞数量变化不明显。而高锰酸钾对藻细胞的去除效果不明显。
 
在胞内geosmin的释放方面,藻细胞对二氧化氯最敏感,次氯酸钠其次。这两种氧化剂的使用均可能会导致geosmin的大量释放。在正常的投量下,高锰酸钾不会导致geosmin的大量释放,而臭氧在很宽的剂量范围内均没有geosmin释放的问题。因此,这两种药剂可以考虑在必要时作为预氧化剂使用。
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