不同预氧化剂对提高除藻效果的比较研究

不同预氧化剂对提高除藻效果的比较研究
2000-10-17 8:29:55
尤作亮张金松梁明葛旭
（深圳市自来水（集团）有限公司水技术研究所深圳518031 ）
摘要：水源水质的富营养化和藻类的大量增殖是影响和限制我国供水水质的重要因素。

预氧化可以较大程度地提高藻类的去除效果。

本文对水处理中常用的液氯、二氧化氯、臭氧、过氧化氢、高镭酸钾等儿种氧化剂进行了预氧化除藻试验研究。

发现儿种氧化剂都有较好的预氧化除藻作用，但稳定性二氧化氯对正常的混凝沉淀有干扰作用，高镭酸钾在其最佳预氧化除藻投加量时会增加处理出水的色度，臭氧预氧化除藻效果最好，但臭氧可能破坏藻类细胞，使细胞质外泄，对浊度的去除效果也稍差；纯二氧化氯和过氧化氢对藻类和浊度的去除效果都比较好，是理论上比较好的预氧化剂。

预氧化剂对去除藻类与去除浊度的最佳投加量一般并不相同，对藻类去除需要的投加量略大一些。

在八十年代，深圳市自来水水源水质较好，只要采用混凝一直接过滤一消毒工艺或混凝沉淀一过滤一消毒工艺就可以使出厂水质达到国家标准的要求。

随着水源水质污染的加剧，水库出现严重的富营养化现象，藻类的数量大幅度增加，年平均值高达数千万个每升。

大量藻类的存在，给净水厂生产带来了严重的影响，使滤池堵塞、过滤周期缩短，反冲洗水耗加大；藻类产生的恶臭味影响水的感官指标；藻类及藻源有机物为消毒副产物的前提物, 增加了水的消毒副产物风险；藻类产生的毒素还会直接危害人民身体健康。

研究净水除藻技术，已成为提高饮用水水质的一个重要而迫切的方面。

有研究证明，在混凝之前先对原水进行预氧化可以杀灭部分藻类和细菌、氧化部分有机物, 减少藻类和有机物对后续混凝沉淀的干扰，有助于提高浊度、有机物和藻类的去除效果。

因而，国内外都开展了采用预氧化工艺提高藻类去除率的研究。

在总结和借鉴现有研究经验的基础上，我们对儿种氧化剂的预氧化效果及其工艺条件进行了初步的研究。

1研究内容与方法
选用水处理中常用的液氯、二氧化氯、臭氧、H2O2、高猛酸钾等儿种氧化剂进行预氧化除藻试验研究。

其中氯液采用启普发生器现场发生，二氧化氯分别采用稳定性（试验前以活化剂活化）和亚氯酸盐现场发生二氧化氯洛液，臭氧采用瑞士Ozonia的CFS-1A型臭氧发生器现场制备的，H2O2、高猛酸钾为化学纯试剂。

分取深圳水库原水2L,各置入2L烧杯，加入一定量的氧化剂和2.5mg/L的聚合氯化铝溶液,立即在JTZ1-6搅拌器上快速搅拌（500转/min） 20秒,中速搅拌（250转/min） 2分钟,慢速搅拌（50转/min）22分钟。

沉淀30分钟,取上清液测定藻类数量和浊度。

藻类测定按以下方法进行：取1L水样，分置沉降筒，每升水样加入10-15ml Lugol溶液，静置48h；小心虹吸上清液，收集余液、洗涤，定容至50ml；摇匀待测液,取0.1ml,置于记数框，加盖玻片，在10x40的显微镜下计数50个视野的藻类细胞数，计算藻类数量。

2研究结果与讨论
2.1氯预氧化的除藻条件与效果
2.1.1氯预氧化的最佳投加量研究
分取0、1、2、4、5、6mg/L投加量的氯液，对深圳水库原水进行预氧化处理，结果（图1）表明，适当浓度氯液的预氧化确实可以有效提高藻类的去除率，但在较低的投加量时效果不够显著。

试验水样氯的最佳投加量为4mg/L,藻类去除率由不投加氯的84.07%增加到97.66%,增加13个白•分点。

但当氯的投加量增至8mg/LW，藻类的去除率乂下降至92.27%。

即再增加氯液的投加量不仅不能进一步提高藻类的去除率，反而会使藻类的去除率下降。

据研究，这种现象是因为水中氯投加量增加至一定浓度，就会与氨反应使余氯量下降，导致对藻类的杀灭效果下降，从而降低了藻类的去除率。

原水预氯化对浊度的去除也有较明显的效果（图1）,其最适宜的投加量在2-4mg/L,浊度 去除率山未预氯化的41.94%增至60%以上，提高效果显著。

2U ° 亠 一 " ~ ... 」 0 2 4 6 8 10 液氯投加產(mg/L) 图1液氯预氧化的最佳投加量试验
2.1.2氯预氧化时间试验
分别在2L 原水中投加氯液至氯浓度为4mg/L,在预氧化时间为0、5、10、20、40、60min 时再进行混凝沉淀处理，试验结果（图2）表明，在混凝之前进行预氧化处理有利于藻类 的去除，并以提前5-20min 效果最好，藻类去除率可提高5个白分点左右，继续增加预氧 化时间除藻效果略有下降，但依然比混凝同时预氧化效果为好。

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膽讹們（«n> 图2不同氯预氧化时间的除藻效果
虽然采用氯预氧化可以明显提高对原水浊度和藻类的去除率，但有研究表明，山于原水中 含有较多的腐殖质类天然有机物，而氯预氧化所需要的投加量较高，因而使用氯预氧化可 能会在一定程度上导致氯消毒副产物浓度的增加，影响出厂水水质。

2.2臭氧预氧化的除藻条件与效果
在常用氧化剂中，臭氧是氧化能力最强的。

在一定的浓度下，臭氧可以将相当多的有机物 和无机还原性物质彻底氧化分解：较低浓度下，也可以将大分子有机物氧化为小分子有机 物，起到预氧化的作用。

对于藻类的去除也有比较好的作用效果。

试验研究结果（图3）表明，臭氧的投加量对藻类的去除效果有较为重要的影响。

在 0.5-1.5mg/L 的范围内，藻类的去除率儿乎与臭氧投加量呈线性相关。

当臭氧投加量在 1.5mg/L 以上时，对藻类的去除率比不用臭氧预氧化提高个白分点，但再增加投加量, 对藻类的去除率增加就不显著了；对于浊度的去除，则以臭氧投加lmg/L 时最好，随着投 加量的增加，出水浊度有增加的趋势，但在l-2mg/L 的范围内，增加的幅度不是很大，只 有 0.16NTU 。

综合对藻类和浊度的去除要求分析，对于深圳水库的原水水质，采用臭氧预氧化的投加量 8070&0 公
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图3臭氧预氧化的最佳投加量试验
对藻类形态观察发现，臭氧对藻类具有较大的破坏作用。

显微镜下经常可以见到氧化后断裂的颤藻片段以及失去细胞质的空细胞壁，而对臭氧预氧化后未经其它处理的水样检测发现，藻类数量仍然减少了30・50%，说明在臭氧的氧化作用下，有相当数量的藻类细胞的物理形态被破坏，细胞质外泄，其至相肖多的藻类整个藻体全被分解而引起藻类数量的减少。

因而，如果使用臭氧预氧化，可能会增加水中溶解性有机物的含量，在有毒藻类存在时，可能会增加水中的藻毒素含量，引起水质的二次污染。

为此，最好与能够去除溶解性有机物的后续工艺如活性炭吸附等结合使用，以保证出厂水质。

2.3二氧化氯
二氧化氯是一种优良的消毒剂，具有很多氯所不具备的优点，如儿乎不产生三氯甲烷类消毒副产物等，在某些地区有替代氯消毒的倾向。

采用二氧化氯做预氧化剂，同样具有二氧化氯消毒的优点，而且可以较为迅速完全地氧化铁、镭成沉淀，再经过滤去除。

采用稳定性和现场发生的两种二氧化氯作为研究氧化剂。

231稳定性C1O2预氧化除藻效果
分取0、1、2、2.5. 3、3.5mg/L投加量的稳定性二氧化氯溶液，对原水进行预氧化和混凝沉淀处理，结果表明，采用稳定性二氧化氯预氧化对提高藻类的去除率没有效果，反而有一定程度的降低（表1）。

根据我们反复试验的结果，在原水藻类浓度较高的情况下，单纯混凝效果不佳，稳定性二氧化氯对提高除藻效果有一定的作用，此时藻类含量一般在107 以上。

但在藻类浓度比较低的情况下，稳定性二氧化氯对混凝产生干扰作用，形成的絮体明显比不投加二氧化氯的小，絮体沉淀速度降低，导致投加二氧化氯水样的出水浊度明显高于未投加二氧化氯水样的出水浊度（图4）,绝对差值大于1NTU,浊度去除率相差3・10 个百分点。

表1不同浓度稳定性二氧化氯的除藻效果
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图4稳定性C1O2对混凝沉淀出水浊度的影响
232现场发生二氧化氯预氧化除藻效果
图5现场发生二氧化氯预氧化试验结果
采用亚氯酸盐法现场制备纯度为98%左右的二氧化氯溶液。

分取0. 1.5. 2、3、4mg/L 的 二氧化氯溶液，进行预氧化试验，结果如图5。

可见，现场发生二氧化氯对藻类和浊度的 去除均有一定的提高效果，并且藻类与浊度去除的最佳二氧化氯投加量相同，均在3mg/L 左右。

藻类去除率山无预氧化的75.4%提高到88.1%,提高近13个白分点；浊度去除率山 51.0%提高到64.2%,同样约提高13个百分点。

总之，稳定性二氧化氯预氧化对藻类去除效果提高不明显，且可能会降低浊度去除效果， 而现场制备的纯二氧化氯对藻类和浊度都有较好的强化去除效果。

所以，在以后的试验中 将只釆用现场制备二氧化氯。

2.4 H2O2与高链酸钾预氧化的除藻效果
2.4.1 H2O2
过氧化氢是一种比较常见的氧化剂，其氧化还原电位比氯高、比二氧化氯和臭氧低。

图6
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为不同投加量的过氧化氢对深圳水库原水的预氧化试验结果。

以藻类去除分析，最佳投加 量在6mg/L 左右，藻类的去除率为90.21%,比无预氧化时约提高5个百分点；从浊度去 除看，最佳投加量为8mg/L,浊度的去除率为94.16%o 与不进行预氧化的水样相比，去除 率提高仅不到一个百分点。

与其它的预氧化剂相比，过氧化氢具有一个独特的优势，即它本身的氧化产物为水，不会 向水体增加任何副产物，而且U 前也未见其氧化产生其它副产物的报道。

图6过氧化氢预氧化的最佳投加量试验结果 2.4.2咼镭酸钾 高镭酸钾也是一种常用的消毒与氧化剂。

从图7的研究结果来看，投加高镭酸钾可以有效 提高藻类的去除效果。

其最佳投加量为1.0mg/L,此时对藻类的去除率为97.27%，比不加 高镭酸钾的对照水样对藻类的去除率（90.66%）提高了近7个白•分点。

但出水浊度却表现 出完全相反的规律，随着髙镭酸钾投加量的增加，出水浊度逐渐增高。

而且，高猛酸钾具 有较重的颜色，投加后容易使水的色度增加其至超标。

一般来说，当其投加量在0・6mg/L 左 右时，处理出水即有明显的颜色。

尽管后续的处理工艺可以去除一部分色度，但深圳水源 水中镭是经常超标的一项指标，从水质安全的角度考虑，不宜釆用高镭酸钾做预氧化剂。

0.4 0.6 0.8 1 1,2 髙気酸钾投抑量（呃ZL ） 图7高猛酸钾预氧化的最佳投加量试验结果 2.5儿种预氧化剂除藻效果比较 山于常规除藻丄艺受水质状况特别是受水中天然有机物的影响较大，在不同水源水或同一 水源不同时间的原水所得的结果具有很大的不可比性，从而也就不能确切地说明各种预氧 化剂对强化除藻的作用大小。

为此，我们取试验所得的各氧化剂的最佳投加量（表2）对同一 原水（深圳水库水）处理，以比较其强化除藻效果，优选适宜的预氧化剂。

表2各预氧化剂的投加量 预氧化剂对照液氯二氧化氯过氧化氢高镭酸钾臭氧
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爵
強
枫
投加量(mg/L) 0 4.0 3.0 8.0 1.0 1.5
实验结果(图8)表明，在混凝沉淀之前采用预氧化工艺可以较大程度地提高藻类的去除率。

儿种预氧化剂中，以臭氧氧化除藻效果最好，藻类总去除率为91.08%,比不进行预氧化的对照高出13个百分点；其次是二氧化氯、过氧化氢和高镭酸钾，它们预氧化除藻效果接近，藻类总去除率在87%左右，比对照高出约10个百分点；相对来说，液氯的预氧化除藻效果略低，藻类总去除率为82.28%,比对照高出5个白分点。

从浊度去除结果来看, 除了臭氧使出水浊度比对照略有增加以外，其余预氧化剂均使处理出水的浊度有所降低。

其中以过氧化氢效果最好，浊度总去除率79.29%,比对照处理的73.48%约高6个白分点; 二氧化氯和高镭酸钾的效果相近，约比对照提髙4个百分点；液氯较低，只提高1个百分点；可能是因为氧化能力太强，使藻类能大颗粒分解的缘故，臭氧处理出水的浊度比对照略高，去除率比对照低2个白分点。

如果降低臭氧的投加量，出水浊度比对照好，但同时对藻类的去除效果也有所下降。

图8不同预氧化剂对藻类和浊度的去除效果
应当说明的是，对于不同的原水水质，预氧化对藻类的去除结果不同，其至各氧化剂的除藻作用大小也会有变化。

在我们多次的试验中，也有液氯的除藻作用比其它氧化剂略高或相近的结果，但总体来看还是略低于其它氧化剂。

3结论
从以上研究结果可以得出以下结论：
3.1 一般来说，在混凝沉淀之前增加预氧化措施，可以有效地提高藻类的去除效果，同时对浊度也有较好的去除作用；但去除藻类与去除浊度的预氧化剂最佳投加量并不相同，并且与水质变化密切相关，一般达到藻类最佳去除效果所需要的氧化剂投加量略大一些；
3.2液氯、二氧化氯、臭氧、H2O2、高猛酸钾等儿种氧化剂都有较好的预氧化作用，但稳定性二氧化氯对正常的混凝沉淀有干扰作用，高猛酸钾会增加处理出水的色度和镭含量，一般不宜用做预氧化剂；臭氧预氧化除藻效果最好，但臭氧可能破坏藻类细胞，使细胞质外泄，另外臭氧预氧化对浊度的去除效果也稍差；二氧化氯和过氧化氢对藻类和浊度的去除效果都比较好，是理论上比较好的预氧化剂；
3.3山于氯是我国水厂最普遍使用的消毒剂，用做预氧化剂方便而有效，但应注意严格控制氯消毒副产物的产生，防止水质的二次污染。

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