去除水体中藻类的论文

　　目前，饮用水源富营养化已经成为全球性的问题，由此带来的水华爆发以及藻类代谢产物对饮用水处理和水质安全带来了严重的影响。藻类的过度繁殖会产生恶臭和藻毒素[1],对人体健康产生极大威胁。另 外 有 研 究 表 明，当 藻 类 数 量 低 于500 cells/ mL时，不会引起滤池堵塞；当藻类数量为500 ~ 1 000 cells/ mL时，滤池会稍许堵塞；当藻类数量1 000 ~ 2 000 cells/ mL时，滤池出现明显堵塞；当藻类数量超过2 000 cells/ mL时，滤池出现严重堵塞[2].因此在水华爆发的时候，过量的藻会堵塞滤池，缩短滤池的过滤周期，造成滤池反冲洗频繁。

　　传统的饮用水处理主要利用混凝/沉淀工艺去除藻细胞。但由于藻细胞zeta电位在- 40 mV以上，稳定性较高、比重小、难以下沉[3],因此传统的混凝沉淀法去除藻类的效率非常有限。增大混凝剂的投加量虽然可以强化混凝效果，但会造成成本增大和出水铝超标等问题。而许多学者的研究已经表明采用化学氧化剂（如CuSO4、含氯化合物、臭氧、高铁酸钾、高锰酸钾等）进行预氧化能很好地强化除藻效果并减少混凝剂投加量[4 - 7].然而，预氧化也会产生一些负面影响，因为预氧化过程中会胁迫藻细胞释放胞外有机物（EOM）和胞内有机物（IOM），而这些有机物正是消毒副产物（DBPs）的前体物，会增加水质具致突变性的危险[8].近几年有学者提出适度预氧化的理念，以达到既能有效地强化混凝去除藻细胞又可有效地控制胞内有机物释放[9].

　　由于藻细胞具有活性，其预氧化强化混凝的过程虽然和一般的无机胶体和悬浮物的混凝过程相似，但其受到的影响因素更为复杂。氧化剂、藻细胞的形态、水中天然有机物、藻源有机物和混凝剂种类等因素都会影响预氧化强化混凝去除藻类的效果。

　　本论文综述了上述因素对预氧化强化混凝去除水体中藻类的影响，并展望了预氧化强化混凝去除藻类的应用前景。

1氧化剂的种类对预氧化强化混凝去除藻类的影响

　　采用氧化剂预处理会加强混凝作用，并能有效地提高藻类及其胞内、外分泌物的去除效率。目前，常用的氧化剂主要包括含氯化合物、臭氧、高锰酸钾和高铁酸钾等。这些氧化剂都能灭活藻细胞，提高混凝去除藻细胞的效果，但是不同的氧化剂具有不同的特点。

　　含氯化合物是目前应用最广泛的预氧化剂，一般以液氯或次氯酸钠的形式投加至水体中。不同投加量的含氯化合物对藻类的去除效果具有较大差异。Steynberg等[10]的研究表明当氯的投加量为2 mg / L时，预氯化强化混凝去除衣藻和眼虫藻的效率分别提高85%和95%.但是Plummer等[4]使用1 mg / L的液氯进行预氯化强化混凝时，绿藻和硅藻的去除效果仅仅提高了10%.导致预氯化强化混凝去除藻类的效率差别较大的另外一个原因可能是不同实验所使用的优势藻的种类不同。值得注意的是，采取预氯化强化混凝去除藻细胞的过程中存在生成三氯甲烷、卤乙酸等消毒副产物的风险，危害人体健康，在实际运用中，要严格控制含氯化合物的投加量并通过模拟实验确定较优值。

　　臭氧的氧化还原电位为2. 07 V,在常用的水处理氧化剂中氧化能力最强。臭氧预氧化有助于灭活藻类、强化混凝。Widrig等[5]的研究表明臭氧预氧化对三氯化铁混凝去除藻类具有一定的强化效果，且提高臭氧投加量时混凝效果会进一步加强。但是，当臭氧投加量过高时，水体中有害物质如醛类、酮类、有机酸、溴酸盐的浓度会升高。此外，臭氧的发生装置昂贵、操作复杂、运行费用高等特点都限制了臭氧的实际应用。

　　高锰酸钾是一种强氧化剂，水处理中一般使用高锰酸钾或者高锰酸钾复合药剂（PPC），其对混凝除藻的强化效果非常显着。Chen等[6]的研究表明，当高锰酸钾的投加量为2 mg / L时，预氯化强化铝盐混凝去除藻细胞效率提高10% ~ 30%,一方面是因为高锰酸钾预氧化会促使藻细胞聚集，另一方面是预氧化过程中会形成水合二氧化锰，对后续混凝过程有一定的促进作用。但是，由于高锰酸钾水溶液呈深紫色，且还原产物为二氧化锰，容易造成出水色度、浊度和余锰超标，因此在实际使用中的投加量必须得到严格控制。

　　高铁酸盐是一种六价铁的化合物，易溶于水。在水中，高价铁以FeO2 -4的形式存在，氧化能力介于高锰酸钾和臭氧之间。高铁酸盐对微生物有极强的抑制作用，且具有投加量小、见效快、无毒、无二次污染等优点，苑宝铃等在处理以颤藻为优势藻种的源水时，选用高铁酸盐进行预氧化，较好地强化了后续聚合氯化铝（PAC）混凝除藻效率，且除藻效果明显优于预氯化除藻的效果[7].但是高铁酸盐在水溶液中稳定性较差，受pH、温度、浓度及杂质等因素影响较大，限制了其实际工程运用。

　　总体来说，含氯化合物由于其经济性、适用性较好，是目前最为常用的预氧化剂，但由于其对不同类别的藻属的强化混凝效果差异较大，因此在实际运用中应根据源水中优势藻属的类别来选择，同时含氯化合物的投加量不宜过高，以降低消毒副产物造成的风险。高锰酸钾和臭氧氧化能力较强，对混凝除藻的强化能力显着，预氧化过程中也没有消毒副产物生成，但是它们的使用成本过高限制了在实际工程中的应用。高铁酸盐作为一种新兴的氧化剂，对混凝除藻有较好的强化作用的同时也能有效除去水中的氯仿前体物，同时不会产生 “三致”物质，目前被许多学者认为可取代含氯化合物预氧化强化混凝除藻。但是高铁酸盐在水中稳定性较差，实际工程运用中强化除藻效果受水质条件影响较大，因此如何保持高铁酸盐的稳定性还有待进一步研究。

2藻细胞性质对预氧化强化混凝去除藻类的影响

　　藻细胞的性质包括形态、大小、表面电位、活性等，不同藻属的藻细胞性质都不一样。藻细胞的形态、大小会对混凝效果产生影响，因为藻细胞的形态和大小决定了藻细胞的表面积，而已有研究表明藻细胞的表面积决定了其对混凝剂的需求量。如表1所示，藻细胞的表面积与混凝剂的需求量成正比，因此当混凝条件相同时，藻细胞的表面积越大，混凝效果越差。另外，虽然藻细胞在正常水体的pH下都带负电，但不同的藻细胞zeta电位不一样，而zeta电位越高，藻细胞越稳定，越难与混凝剂形成絮体而被去除[11].储昭升等研究发现一些活体的藻细胞如蓝藻细胞中存在一种充满气体的细胞器，是刚性、中空蛋白质的圆柱体的气囊结构，因此可以自由调节浮力，使其拥有较高的稳定性，不易于沉淀。但当藻细胞失活时，稳定性会降低，同时zeta电位也消失，更容易与混凝剂反应形成絮体被去除[12].

　　此外，藻类生长过程中藻细胞的生理特征结构等性质会随着不同的生长周期而改变，例如表面电负性、生理活性、胞外分泌物的性质和含量以及细胞外部形态等的变化，这些生理特征的变化均会影响预氧化和混凝对藻类的去除作用。张素春[13]采用高锰酸钾预氧化强化PAC混凝去除对数期和衰亡期的藻类时发现，在相同混凝剂和氧化剂投加量下，对衰亡期藻的去除效果明显低于对数期的藻类，主要是因为处于衰亡期的藻液中AOM比对数期的更多，且AOM中抑制混凝效果的物质更多，从而导致达到相同效果必须投加更多的混凝剂。