（合肥市自來水總公司）

　　摘要：巢湖水源富營養化嚴重，藻類生長旺盛，在對巢湖含藻水物征深入研究的基礎上，采用高效組合處理技術，除藻、除嗅味及有機物，達到優質供水的目的。
　　關鍵詞：含藻水　高效　組合處理　除藻、嗅味、有機物

　　巢湖水源位于合肥市東南方15公里，面積800平方公里，流域包括合肥市、巢湖市等7個市、縣，由于受到這些城市及其縣郊的工業、生活、農田涇流等污廢水的污染，氮、磷、有機物含量高，富營養化嚴重，夏秋季藻類生長繁殖旺盛，數量達2000×10⁴個/升，并伴有腥臭味，給供水凈化處理帶來一定難度。目前安徽省加大了對巢湖污染治理的力度，巢湖水質得到改善。但隨著進入21世紀，合肥市供水事業加快了改革發展的步伐，近年來我公司對巢湖微污染水源進行了大量實驗和研究，采用高效處理凈化工藝加強對含藻水的處理，嚴格按照《城市供水200年技術進步發展規劃》，向大型一類水司的標準努力，初步實現了優質供水。

　　一、巢湖水源藻類概況：

　　巢湖水源終年含藻，隨著季節變化，藻的種類和數量差異較大，藻量低于500×10⁴個/升時，對常規處理影響不大，達到1000×10⁴個/升，根據藻的種類不同對凈水效果的惡化程度不同。藻類的生長繁殖受多種生態因子的影響：水的化學成分、氣候、水溫、水深、光照條件等，每年均有變化，但總體趙熱規律性較明顯，一般包括四個變化時期：
　　1、低平衡期：上年11月至本年3月冬春季，白天日照時間短，水溫低，藻類的代謝作用微弱，生長、繁殖速度較慢，一些喜溫性的藻類失去活性沉入湖底，水中藻含量的50——200×10⁴個/升，以硅藻占優，也包括綠藻、藍藻等。
　　2、生長期：每年4、5月份春末，氣溫逐漸升高，巢湖水深平均3米左右，水溫分層不明顯，水溫也升高，藻類代謝強度成倍增加，湖水中C、N、P等養分充足，藻類迅速生長繁殖，并且水溫升高湖底底泥中有機物釋放溶出，促進了沉積的藻類活性，在光照充足時，一些具偽空泡容積增大，上浮到水面進行光合作用，夏初湖面上有時可見細條狀水華，藻量增加到1000——2000×10⁴個/升，藍藻占優。
　　3、高平衡期：6月至9、10月夏秋季，日照時間長，水溫較高，光照強，適合喜溫性的藻類生長繁殖，隨著藻類數量的急劇增加，大量消耗水中C、N、P等營養物，尤其是C、N利用量較高，水中氨氮含量大大降低，并利用CO₂進行光合作用，此時對氮要求較低并能固定空氣N₂的藍藻大量生長繁殖，使具有較強競爭力的藍藻占絕對優勢，水中藻量2000×10⁴個/升以上。
　　4、消亡期：大約在11月隨著進入冬季，日照、水溫、光強相繼降低，藻類的代謝速度減慢，一些藻類死亡，一些藻類失去活性，還有一些具偽空泡、膠質膜等結構的藻類在溫度突然降低，溫差較大使上下水層產生交換被帶入下層，水壓力增大使這些結構破碎，降低浮力沉入湖底等，水體中藻量由2000×10⁴個/升減少至300×10⁴個/升。以隱藻占優，包括綠藻、硅藻其它藻類，在冬春季時達到低平衡期。
　　四個時期的時間劃分每年不盡相同，主要與候、水質有關，每個時期的藻量及種類也有變化，其中以高平衡期藻量危害最大，生長期、消亡期次之，低平衡期幾乎沒有影響，含藻水處理主要針對高平衡期及生長期、消亡期的特殊種類的藻。夏穩定劑季藍藻瘋長，優勢種是微囊藻，其細胞群體由成百上千個單細胞聚集在一起，具有偽空泡白天在光合作用時放出氧氣使群體浮到表層，夜晚消耗氧氣或失掉空泡沉入下層，其單細胞個體很小，直徑在3--5μ，相對面積較大，容易上浮，且細胞內含水量較高，比重接近于水，其它藻類也有這些特點。如很多綠藻，藍藻具有含水量很大的膠質膜，可增加浮力，因此藻類的沉降性能很差。
　　巢湖水源由于工業、生活、農業污、廢水中N、P、有機物污染較嚴重，富營養化程度較高，夏、秋季水溫高，加速了底泥中有機物的釋放、溶解，以及藻類在生長代謝分泌有機物、死亡分解產生有機物，巢湖水源經色質聯機檢測出54種有機物，主要是烷烴、酮類、酯類和苯環、雜環有機物，其中有些有機物產生不快的異嗅味。
　　藻類利用CO2進行光合作用，使水體PH升高至8.0以上，等等，含藻水的這些特點采用常規處理，去除藻、有機物、嗅味等產生較大難度。

　　二、預處理

工藝 項目去除率（%） 藻類 有機物 嗅味 備注 源水管道延伸3.0km到湖心 30～50% CODMn降低20% 降低Ⅰ級 　 生物陶粒接觸氧化 72% CODMn降低28% 嗅閥值降低62% 　 彈性填料生物接觸氧化 50% CODMn降低15% 降低Ⅰ級 國家九五攻關課題 預加氯氧化 30% / / 鹵代烴升高10～20% 復合高錳酸鹽氧化 / 有機物種類減少78%
色譜峰面積減少89% 降低Ⅰ-Ⅱ 　 預加ClO₂氧化 50% 有機物種類減少50～70%
色譜峰面積減少95% 降低Ⅱ級 　 改用新水源（董鋪水庫） 90% CODMn降低50% ≤Ⅱ級 　 O3氧化 /　 CODMn降低15% 嗅閥值降低80% 　

　　表1可見，合肥市最終將改用董鋪水庫存新水源，巢湖水源取用湖心水作為備用水源，這兩項工藝對合肥市21世紀的城市經濟建設發展意義極為重大，在省、市政府及主管部門的支持下均得以實現。上述各方案各有其特點：生物氧化對水源的改善較徹底，但投資、運行費用高；Cl₂氧化殺藻效果明顯，但預加氯氧化后，后序工藝中必須采用提高堿度及粉末活性炭吸附降低鹵代烴含量，復合高錳酸鹽有利于水的穩定處理，發送后續凈化水質的有機物指標，但除藻效果不明顯。對含藻水采用ClO₂氧化預處理殺藻，去除有機物、嗅味不失為有效的方法。
　?。?）去除有機物、嗅味
　　富營養化水體中的有機物通常包括腐殖酸、黃腐酸、胡敏酸等腐殖質及藻類代謝及其殘廢分解產生的有機氮、有機碳等有機物，這些有機物是致臭、致色物質。
　　ClO₂氧化還原電勢1.57V，高于Cl₂l.36V，氧化能力較強，能氧化有機物的苯環、雜環，生成有機酸等中間產物及CO₂、H₂O、去除腐殖酸、嗅味。為了避免ClO₂的毒副作用，我們采用低濃度氧化，投加純ClO₂ 0.06～0.1mg/L，反應10min后，經GC--MSD檢測，有機物種類減少50～70%，色譜峰總面積降低70%，嗅味由Ⅲ-Ⅳ級降為Ⅰ-Ⅱ級。對有機物及嗅味含量越高，去除率越高。剩余的嗅味及有機物在后續的混凝中段、沉淀池出口投加粉末活性炭完全去除。
　?。?）殺滅藻類
　　ClO₂能將藻類細胞蛋白質中頸基氧化成-S-S基，殺滅藻類。ClO₂氧化預處理及單加聚合鋁除藻、除嗅味、除色結果如下：
　　高藻期：源水藻含量4240×10⁴個/L，嗅味Ⅳ級，ClO₂氧化預處理10min

項目 ClO₂投量 0 0.02 0.04 0.06 0.1 藻（×10⁴個/L） 4240 1762 1768 1326 1216 嗅味 Ⅳ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ

　　低藻期：源水藻含量705×10⁴個/L，嗅味Ⅲ級，ClO₂氧化預處理10min，投加15mg/L，聚合鋁混凝沉淀后的出水水質：

項目 ClO₂投量 0 0.02 0.04 0.06 0.1 聚合鋁（mg/L) 15 15 15 15 15 藻（×10⁴個/L） 306 76 62 61 38 嗅味 Ⅱ Ⅱ Ⅰ 0 0

　　三、高效混凝：

　　對含藻水我們進行了聚合氧化鋁、硫酸亞鐵氯化液、聚合硫酸鐵、FeCl3、硫酸亞鐵聚合鋁鐵等混凝劑和PAM、HCA、活化硅酸、骨膠等助凝劑的對比選型實驗，發現鋁鹽、鐵鹽混凝劑處理含藻水各由利弊，高分子聚合物助凝劑HCA效果較好，并且投加一定量的石灰有助于對色度、有機物的去除，最后采用粉末活性炭完全除去有機物、嗅味。
　　1、混凝劑的使用使用：含藻水藻類細胞表面帶負電，水體中的腐植酸的水化膜具有凝聚穩定性，并在凝聚時與鐵形成多孔聚合體親水性較好，藻類的一些代謝產物多肽、糖酸等與金屬形成溶解的絡合物，因此鋁鹽、鐵鹽混凝劑與含藻水的電中和和壓縮雙電層作用減弱，需投加較高劑量的混凝劑增加凝取能力，而鐵鹽形成的而鐵鹽形成的絡合物具有色度，含藻水經過氧化預處理，破壞這些親水性有機物的穩定性可改善絮凝。同時在凝聚反應時投加石灰，Ca2+使腐殖酸脫穩，并產生鋁酸鈣吸附能力較強，經絮凝沉淀去除。由此可見鋁鹽適用于經氧化、提高堿度對含藻水中有機物去除。巢湖源水藻含量4200×10⁴個/L，色度55度，經0.1mg/LClO2氧化10min，投加80mg/L聚合鋁，15mg/L石灰，色度去除率達到100%。相同條件，石灰投量40mg/L，鐵鹽色度去除率62%，而且沉淀后水體透明度較差。
　　藻類細胞比重與水相同，沉降性能較差，與混凝形成的含藻絮凝體沉速較慢，藻類細胞表面帶有負電荷，混凝劑對其脫穩效果較差，絮體強度低，在絮凝過程中受到水流剪力易脫落，并且高濃度、高劑量的混凝劑由于含藻水常缺乏足夠的黏土膠體作為混凝核心，容易造成重復脫穩，絮體的密度低，結構相對松散，這些均降低了混凝效果。相對而言，鐵鹽混凝絮體較大，沉速比鋁鹽快1倍。Fe(OH)₃溶度積為3.8×10^-38,AL（OH）₃溶度積為1.9×10^-33,鐵鹽的親水性質差，凝聚速度快，絮體快速增長，在相同水力條件下，鐵鹽產生的適合水流剪力的絮體粒徑比鋁鹽大50%，并且鐵鹽的比重比鋁鹽大，根據顆粒徑向運動阻力不從心fD：

fD=3C_dρV²/8ρsr₀
式中：C_d---絮體阻力系數
　　　V----絮體徑向速度
　　　ρs--絮體顆粒密度
　　　r₀---絮體粒徑

　　由該式知單位質量絮體徑向運動時顆粒越大，受阻力越小，徑向速度越快，顆粒小速度慢。因此，利用鋁鹽、鐵鹽凝聚速度的差異，采用兩種混凝劑組合投加，在異向及同向凝聚過程中，鐵鹽大顆粒絮體容易與鋁鹽小顆粒絮體發生碰撞，形成新的絮體更密實。
　　2、分部加藥，強化混凝：我們發現，在不同時間分部投加，先加鋁鹽大大優于先加鐵鹽的混凝效果，這個現象與含藻水有機物含量高有關，先加鐵鹽形成了溶解性鐵絡合物，減少了混凝核心的數量。先加鋁鹽絮凝后降低了有機物的含量，后加鐵鹽快速絮凝，間隔1-2分鐘，鋁鹽凝聚物作為鐵鹽凝聚核心，鐵鹽投加2分鐘后絮體迅速長大，隨后，粒徑增大超過鋁鹽絮體，發生有效碰撞。
　　鐵鹽絮體顆粒在2～6mm，鋁鹽絮體顆粒在1～3mm，鐵鹽比重比鋁鹽大，鐵鹽的沉降速度比鋁鹽快得多。在鋁鹽、鐵鹽組合投加中，鐵鹽占比例越大，沉降速度越快，巢湖含藻水鋁鹽、鐵鹽在1:1至1：2之間，產生的絮體密實，顆粒較粗大，沉淀后，對藻、有機物的綜合去除率均為90%。
　　鐵鹽大量消耗水中堿度，為了適應鐵鹽絮體的快速增加及加強對有機物的去除，石灰在鐵鹽投加后1分鐘投加，與鐵鹽的比例為鐵：石灰1：0.6。使用FeSO₄時，在鋁鹽投加前需投加Cl₂，最終控制反應池出口PH7.3～7.6,余氯0.4～0.6。
　　為了進一步增加絮體抗剪能力，加大絮體顆粒粒徑，提高沉降速度，我們采用人工合成的有機高分子助凝劑HCA-1（二甲基二烯丙基季胺鹽類），分子量10萬左右，利用其陽離子線狀分子鏈對絮體微粒吸附架橋，增加絮體粘體結力，產生的絮體粗大，不易破碎，沉降速度快。通過實驗得出，HCA-1宜投加在混合絮凝時，在隨后的解聚過程中，分子鏈達到吸附飽和，一般需8--10min。將合絮凝時，在隨后的解聚過程中，分子鏈達到吸附飽和，一般需8--10min。將HCA-1投加在水流強度為70S^-1或稍高處，加速解聚，形成的絮體強度高粒徑大，沉降快。與混凝劑一齊投加效果最差，水流強度G過低，絮凝速度慢，絮體強度低，粒徑小，沉降速度慢。（見表3）

表三
1.聚合鋁投量30mg/L,HCA投量0.2mg/l 項目 絮凝時間 同時投加 9min 8min 6min 4.5min 2.5min 濁度（NTU） 2.8 1.02 1.03 1.08 2.2 1.6

項目 間隔時間 表三 2.取合鋁投量30mg/L,氯化硫酸亞鐵投量20mg/L 0 0.5min 1min 1.5min 濁度（NTU） 3.8 2.5 1.5 1.4

　　通過以上處理工藝，使藻類有機物基本去除，含藻水嗅味高時，Cl2氧化預處理后仍有Ⅱ段及以上嗅味時，在絮凝池中段投加粉末活性炭、除嗅味，并進一步吸附去除其他有機物，與混凝相結合，使氯消毒副產物的前體有機物基本去除。常規處理工藝對嗅味去除見表4：

項目 水樣 源水 沉淀池出水 濾后水 嗅閾值 100 67 40 除嗅率（%） / 33 60

　　粉末活性炭與常規工藝相結合除嗅見表5

項目 粉末炭投量mg/L 0 10 20 30 40 嗅閾值 100 30 20 10 5 除嗅率（%） / 70 80 90 95

　　四、微絮凝強化過濾

　　藻類在濾床中吸附在濾料表面的抗剪強度低，澄清水中含藻的微小絮體在過濾時易破碎，單個細小細胞空透濾層，使濾池對藻的截留不夠徹底。
　　在混凝沉淀后的澄清水中加入混凝劑，經微絮凝進入濾床中進行濾床中進行接觸絮凝，通過發送濾料的表面性能，強化濾料表面吸附能力，可以充分發揮截污能力強的煤砂雙層濾料和均粒濾料濾池的深層截污能力。
　　由于被處理水使已經加藥混凝沉淀后的澄清水，水中的懸浮雜質較少，濁度在5NTU左右，其中有幾百萬的藻類。經實驗投加聚合氯化鋁后，混合強度的改變以及絮凝與步絮凝過濾效果差別步大，而混凝劑的投加量的影響較為明顯。
　　實驗參數如下：
　　聚合氯化鋁投量1--3mg/L , 絮凝2--5min；
　　濾速：6-10m/h，運行周期：24h，沖強：151m²*s
　　聚合氯化鋁投量3-5mg/L，濁度去除率90%；投量3-5mg/L，濁度去除度98%，藻類去除率由60%提高到80--90%。相同濾料級配和濾速，常規過濾時濁度去除率為50-70%。