呂啟忠　　施東文

　　一、綜述

　　自1993年以來，每年冬季12月到次年3月份，我市花園口水源廠調蓄池中會出現藻類急劇繁殖的情況。源水中如果含有大量藻類，將會為水廠帶來一系列的工藝和水質問題：會嚴重妨礙水廠的混凝、絮凝過程，使得加入混劑后難于形成密實的礬花，不易沉降，使濾前水濁度升高；堵塞濾池，縮短濾池反沖周期；藻尸穿透濾池，在清水池中形成泡沫，造成出廠水濁度升高；加氯后出現強烈的刺激性異味，市民反映十分強烈。
　　現已查明，調蓄池進水口一級泵站處藻類含量一般低于100萬個/升，出水口二級泵站處最高可達4400萬個/升，且主要是硅藻。藻類在冬季在調蓄池內季節性快速生長繁殖的主要原因，一方面，冬季黃河的流量較小，污染相對較重，一般為V類水，超V類水也頻繁出現。主要為氨氮和有機物污染，某些限制性生長元素如鎂的含量也較其他季節為高，這就為藻類的生長繁殖提供了充足的營養。在藻類高發季節，原水的主要特征為：
　　1、藻類主要為硅藻，占96%，最高達4400萬個/升。
　　2、氨氮含量增高，1.0m—3.5mg/L，是一般季節的3倍。
　　3、高錳酸鹽指數升高，6—15mg/l，是一般季節的2—3倍。
　　4、PH值略有升高，8.2—8.7。
　　5、化學需氧量20—64mg/L，是一般季節的5——10倍。
　　6、鎂的含量40—100mg/L
　　7、濁度5.5—32NTU
　　冬季，黃河水含沙量最小，調蓄池中水的濁度不足10NTU，陽光透射性較好，有利于藻類光合作用的進行，這是導致藻類急劇生長繁殖的另一個重要原因。光是浮游植物生存的必要條件，光照的時間、光的強度能影響浮游植物的代謝率，從而影響它的生長率和繁殖率。特別是當調蓄池冰封以后，能產生一定的溫室效應，更有利于藻類的生長和繁殖。
　　黃河水被嚴重污染，致使水體中魚類、甲殼動物如各種蟹蝦等的數量急劇下降；調蓄池中雜草不生，致使生態嚴重失衡，這也是引起藻類快速繁殖的一個不可忽視的原因。浮游植物通過光合作用固定太陽能，制造其他生物所需要的有機物質，這個過程是水生態系統運轉的能源提供者，是生態系統整個生產過程的最初和基礎環節，他們位于水體食物鏈的第一環節，是浮游動物和其他水生物的食物。浮游動物不能脫離浮游植物而生存，在這者之間經常進行著能量和物質的交換。許多經濟魚類，特別是我國特有的鰱、鳙都以浮游生物為食。不少經濟甲殼運行如各種蝦、蟹在幼蟲期以硅藻、裸藻為食。一旦這個食物鏈斷了，生態平衡就會被破壞。
　　為了解決高含藻水給凈水處理帶來的困難，國內通常采用氣浮沉淀池、原水預氯化、生物預處理、臭氧氧化——活性碳過濾等工藝。考慮到在制水廠內采取措施的局限性，避免預氯化所產生的魚腥味，我們根據公司自身的特點，重點研究了如何在水源地抑制藻類生長繁殖的二種方法：化學法、物理法，來解決藻類所帶來的一系列的工藝和水質問題，取得了成效。

　　二、 除藻方法研究

　　鄭州市自來水總公司東部供水系統是由花園口水源廠和白廟水廠組成。以黃河水為水源。黃河水經花園口水源廠進水閘自流進入沉砂池（350畝），自然沉淀后由一級泵站抽到調蓄池（1100畝，儲水350萬立方米，水深5米），二次自然沉淀后再由二級泵站將原水通過12公里管道送至白廟水廠處理。
　　(一) 化學方法除藻
　　硫酸銅具有特殊的抑制藻類生長的作用，考慮到飲水的安全性和對生態的影響，我們將試驗分作兩步，第一步先進行室外模擬實驗，第二步進行生產試驗。重點考察了硫酸銅抑制硅藻生長的情況、銅離子含量的變化以及對水中魚類的影響。
　　一、模擬試驗
　　1、試驗目的
　　(1)觀察硫酸銅抑制水中藻類（主要是硅藻）繁殖的效果，找出抑制藻類生長的有效劑量。
　　(2)觀察硫酸銅對水中生物的影響。
　　(3)觀察投加硫酸銅后水中Cu2+含量的變化。
　　2、試驗方法　
　　室外設四個同形狀同體積的容器，設加氧裝置，分放同樣水質同樣體積的原水和多種魚苗，其中一個容器中不投加硫酸銅，其余三個容器中加入不同劑量的硫酸銅，通氧，放置數天，測定藻類含量、銅離子含量、觀察魚類活動情況。
　　3、結果
　　從實驗的結果看硫酸銅確有抑制藻類生長的作用，對于硅藻來說0.3mg/L硫酸銅的投加量已能抑制其生長和繁殖，對于魚類的活動已沒有表現出明顯的不良影響，可以進行生產實驗。結果見下表。

　　三、 生產試驗

　　1、試驗方法
　　在水源廠—泵站處設投藥設施和裝置，將藥液加至水泵的吸水口處，利用水泵的葉輪進行混合。在調蓄池中藻類有明顯增加趨勢時投加藥劑。工藝流程如下：

　　2、試驗結果
　　生產試驗結果見表二及下圖

　　3、結果與討論
　　98年12月30日開始進行第一次生產試驗，此時調蓄池中藻含量已由24日的62萬個/L上升到310萬個/L，在一泵站處按0.3mg/L的量投加，四天以后，硅藻含量開始下降，至九九年一月十日降至48萬個/升，此段時間一泵站處硅藻含量變化不大，為40萬個/升左右。生產實驗從98年月12月30日開始至99年2月20日止，當藻類含量有明顯上升趨勢時投加硫酸銅，藻含量降將至正常水平后停止投加。
　　(1)用硫酸銅抑制硅藻繁殖效果顯著，能從根本上解決由硅藻帶來的一系列水質問題，尤其是水腥味的問題，能夠降低制水生產成本，提高水質，社會效益明顯，是今后解決水腥味的一個重要途徑。
　　(2)硫酸銅的投加量的大小應嚴格控制，在生產實驗中發現，投加量為0.3mg/L時不影響水中魚類的活動，若投加量提高到0.5mg/L以上，調蓄池中許多小魚成群游向二泵站，被水泵抽送至白廟水廠，當投加量降至0.3mg/L后，此現象消失。
　　(3)生產實驗發現，硫酸銅抑制綠藻繁殖的效果較差，0.3mg/L的投加量不能抑制綠藻的繁殖，甚至投加量提高到0.5mg/L，對綠藻繁殖的抑制作用也不明顯，抑制綠藻的繁殖應采取生物防治和物理防治方法。
　　(4)投加硫酸銅后，在試驗的濃度范圍內，水中銅離子含量稍有增大，且均低于0.2mg/L。
　　(5)生產實驗中發現，水中鎂離子的含量對綠藻的生長有重要的影響。九九年二月水源廠調蓄池中第一次出現綠藻大量繁殖，經調查分析，當時源水指標除了鎂含量與往年同期有較大差異外，其他指標與往年相比沒有明顯的變化。當時鎂的含量約為70mg/L，以往同期則為40mg/L。因此初步斷定鎂的含量對綠藻的生長有重要的影響。
　　(6)由于調蓄池中有一條挖泥船在清挖底泥，因此不會產生銅的積累性污染。
　　(二) 改變調蓄池的運行方式，防止藻類大量繁殖
　　對于藻類的生長，如果只滿足營養、溫度、陽光等條件而不提供其繁殖的時間，經常變化其生存環境，一樣能達到抑制其繁殖地目的。
　　1、調蓄池運行水位的改變與藻類含量的關系
　　通過對水源廠、白廟水廠96年——99年四年的生產報表進行統計分析發現，調蓄池運行水位的變化與藻類含量有著密切的關系。
　　(1)97年前（包括97年）沒有將除藻與調蓄池運行水位的變化聯系在一起，因此在藻類高發期，調蓄池的水位沒有多大變化。如圖1、圖2。
　　(2)98、99兩年在藻類高發期改變調蓄池運行水位，藻類含量變化很大
　　*在調蓄池水位下降的過程中，不同種類的藻類含量變化情況不一樣。如果水中所含藻類主要是硅藻，則隨著水位的降低，硅藻含量升高，如圖3。如果水中所含藻類主要是綠藻，則在水位下降的過程中，綠藻含量沒有明顯變化，如圖4。
　　**在調蓄池水位上升的過程，隨著水位的上升，無論是何種藻類，含量均明顯下降，最后降至正常水平，如圖3、圖4所示。
　　假如水中所含藻類主要是硅藻，隨著水位的上升，無論是何種藻類，含量均明顯下降，最后降至正常水平，如圖3、圖4所示。
　　假如水中所含藻類主要是硅藻，隨著水位的降低含量升高，這種現象是與硅藻的生活習性相一致的。因為硅藻主要生活和分布于水的較深部位。
　　綠藻主要分布于水的上部，由于調蓄池較淺，僅有4—5米，綠藻在垂直分布上相對均勻，因此隨著水位的降低，含量變化不明顯。
　　當水位降至92.5米（黃海高程）以下，在急劇升起后，由于稀釋作用和水質的變化，降低了藻類的含量，抑制了藻類的繁殖。
　　2、改變調蓄池運行水位，防止藻類繁殖生產實驗
　　99年12月4日開始改變調蓄池運行水位，由93.04米逐步降至12月17日91.97米，保持至21日后將水位升高，29日升至92.98米，保持到2000年1月3日又將水位降低，18日降至91.47后將水位升高，1月22日升至92.04米，一直保持到3月15日實驗結束。結果見附表一。
　　3、結果與討論
　　1)99年12月至2000年3月，通過采取改變調蓄池運行水位的措施，有效的避免了藻類的繁殖。該方法不消耗任何材料，不增加生產費用，不向水中投加任何化學藥劑，是在黃河河道穩定時，抑制藻類繁殖的首選方法。
　　2)調蓄池水位之所以高低變化，是為了避免調蓄池個別地方出現死水區，達到變化水質的目的。
　　3)當調蓄池出現冰封時，由于“溫室效應”，在同等停留時間內，藻類含量明顯上升。但在選定的運行水位91.5—92.0米時，藻類含量最高達424萬個/升（僅一天），對正常水處理影響不明顯。
　　(三) 效益分析
　　我們選取三年同一時間段的情況進行對比，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時間段，在水源廠未采取除藻措施，b時間段在水源廠采取了投加硫酸銅的措施，c時間段采取了水源廠調蓄池水位合理運行的措施。有關源水水質指標和消耗指標見表三。

　　從表三可以看出，在這三年中，有機污染沒有減輕，且有加重的趨勢。但是由于我們采取了控制藻類繁殖的措施，水廠氯耗、混凝劑的消耗量均有明顯下降。在這三個實驗段中，C實驗段即99年12月至2000年3月間制水量最少，以此間的制水量為標準計算這三個實驗段中的各種消耗。見表四。

　　由表四可以看出，從源頭控制住藻類的繁殖后，能夠節約大量的凈水藥劑。與源水不采取控制藻類生長的措施相比，采取硫酸銅除藻的措施后能夠節約資金16萬元，采取調蓄池水位合理運行抑制藻類生長的措施后，節約資金21萬元。經濟效益顯著。同時由于消除了產生魚腥味的根源，提高了水質，社會效益巨大。
　　(四)小結
　　1、水腥味產生的根源是由于水中硅藻大量繁殖并與氯反應的結果。綠藻含量的升高（我公司達到1100萬個/升）沒有產生水腥味。
　　2、適量硫酸銅能有效抑制硅藻的繁殖。該方法操作簡單、方便，經濟可靠。
　　3、利用調蓄池運行水位的改變來抑制藻類的繁殖，是一種既有效又經濟可行的方法。
　　4、方法的選擇視當時的具體情況，采取單一的或相互結合的辦法。如黃河河道較穩定，可直接采取調蓄池水位合理運行的辦法；如黃河河道不穩，或者黃河水污染嚴重，欲讓調蓄池發揮調蓄、稀釋的作用，調蓄池可高水位運行，采取投加硫酸銅的措施，同時還可以輔以生物防止的辦法。

二０００年四月九日

鄭州市自來水總公司

二000年四月