水处理新技术—含藻水处理新技术

水体藻类污染去除方法

摘要：水体中存在的藻类及有害的藻类代谢产物，威胁着水体生态环境和人类健

康，如何有效防治藻类污染已成为研究者面临的重大环境问题之一。本文从传统

的物理、化学和生物除藻技术出发，具体介绍了五种新型除藻技术，为解决当前

水处理中除藻的难题提供了新的方向。

关键词：富营养化；除藻；新技术

Abstract：The case that water pollution of algal and its metabolic products is getting worse increasingly, it may cause serious threats to ecological environment and even negative impacts to the health of people. As a result, it has become one of the most important environmental issues to effectively treat with algal pollution. In this paper, the water treatment traditional technologies are analyzed both advantages and disadvantages including physical, chemistry and biological. According to the development of water treatment technologies, the advanced technologies for algal removal are illustrated in details. Finally the new technologies and the existing problems are summed up, and the directions of development in future are prospected.

Keywords: eutrophication；algal removing；new technologies

0. 引言

藻类是指具有进行光合作用的色素，能够利用光能把无机物合成有机物的自养型的一类浮游微生物。水体中的氮、磷等营养物质大量增加时，会引起藻类及其他浮游生物的迅速繁殖，从而导致水体中的溶解氧量下降，水质恶化，处于富营养化状态。

自来水厂水源中的藻类会影响饮用水的安全性。一方面，藻类是水中总有机碳、生化需氧量和悬浮固体的重要来源，是饮用水消毒“三致”副产物的前驱物，是清水池壁粘泥的重要组成和管网腐蚀、管网中有害细胞繁殖所需可生物同化有机碳的重要来源；另一方面，原水中藻类超过一定数量，会使得净水工艺变得复杂、滤池运行时间缩短、反冲频率及反冲水量大大增加，处理成本升高，供水难以保障[1]。

1. 传统处理技术[2]

总体来说，根据原水水质情况的不同，目前除藻方法一般可分为物理法、化学法、生物法及其组合联用四类。

1.1 物理法

物理法是通过特定设备在水中设置特定的安全隔离区,分离出藻类或通过机

械装置灭杀、驱散藻类。

物理法主要有微滤机过滤、气浮、活性炭吸附、电解、超声波等，微滤能够去除直径大于或等于滤网孔径的藻类；气浮可使藻类浮升至水面，其对于高藻水的除藻效果显著；活性炭用于吸附去除水中的微囊藻毒素及其他的内分泌物和代谢产物，降低水出水中的臭味；电解能够明显破坏藻细胞中叶绿体的结构，使藻类完全丧失光合作用的能力；超声波能够破坏藻类气胞、破坏活性酶，从而实现除藻的目的。

1.2 化学法

化学法是利用药品或矿物质抑制、杀死和去除藻类的方法。

化学预氧化是利用化学药剂进行原水预氧化除藻与消毒，化学药剂能灭活藻细胞，促进混凝，改善过滤效率；强化混凝是通过提高混凝剂的投加量,来实现提高消毒副产物前驱物的去除率。

1.3 生物法

生物法是通过生物预处理或生物活性炭强化去除藻类及其形成的有机物。

生物预处理采用生物膜法，填料上的生物膜可吸附、附着、机械截留、捕食消解水中藻类。生物活性炭处理是利用活性炭的吸附及其上生长的微生物的作用进一步去除水中藻类、有机物和消毒副产物等。

实际运行结果表明，单纯的物理法、化学法、生物法并不能完全有效地去除藻类。故实践中一般针对原水水质的特性，采用它们的联用工艺和组合工艺，处理效果大为提高，但还不能彻底解决藻类危害。

2. 新型处理技术

2.1 光催化技术

光催化氧化技术是利用紫外线照射适当的半导体产生氧化能力很强的自由基，进而氧化降解水中的有机污染物[3-4]。光催化剂的氧化还原路径是催化剂吸收光能时，产生光生电子-空穴对，从而对吸附于表面的污染物质直接进行氧化还原作用，也可以氧化表面吸附的氢氧根离子，生成具有氧化性的羟基自由基来氧化污染物质。

光催化技术既可以灭活藻类，又能够将死藻释放的藻毒素逐步分解为无毒的酸和醛类氧化物质[5]，不产生二次污染；光催化反应过程操作简单，设备费用低。在节能方面，藻类通过光合作用生殖，故生活在光源充足的环境中，正有利于光催化除藻技术的实施[6]。

光催化除藻的过程中，细胞的外层结构最先被破坏[7-10]。对于粉体光催化剂的除藻过程，其机理是粉体覆盖于藻细胞表面，使得藻细胞停止移动，再利用光催化氧化反应破坏藻细胞的表层结构，使得藻细胞失去活性而被去除[11]；对于固定型光催化剂的除藻过程，其机理是在光照作用下，催化剂受激发，利用自由基反

应破坏细胞的表层保护结构，致使细胞表层结构变化，再利用光催化氧化细胞内细胞质致使细胞的生理功能丧失，最终细胞失活或被分解[12]，同时，藻细胞破裂后释出的藻毒素又可以进一步被光催化降解[13]。

黄微雅等[6]研究表明：光催化氧化的效果与微生物细胞壁的厚度和结构的复杂性呈反相关关系[14]；具有无机硅壳保护层的藻类不容易被光催化降解；直链藻（硅藻）的光催化去除率要比鱼腥藻和微囊藻（绿藻）低很多。光催化除藻的过程除了与细胞外层结构相关外，还与催化剂活性、催化剂/藻细胞表面间相互作用和藻细胞的形貌等多种因素相关。

张维等[15-16]研究表明：UV/TiO

/Fenton光催化氧化能高效降解微囊藻毒素。

2

/Fenton反应体系主要通过羟基自由基攻击藻毒素侧链的ADDA基团的共轭UV/TiO

2

双轨键，使之改变构型或断裂,从而导致藻毒素毒性的降低或脱除。

在当前全球面临资源、能源和环境问题等严峻挑战的形势下，光催化技术因其具有节约能源、无二次污染和环境友好等特点，在藻类水华治理方面的应用极具潜力。然而，到目前为止人们对光催化除藻的研究主要处于试验阶段，并且其除藻的机理目前尚不明确，要将光催化技术真正应用于有害藻类水华的治理，还需要进行大量的研究。

2.2 磁性分离技术

由于藻类的尺寸小、生物量低，因此通过传统的方法除藻往往效果不佳或是处理费用过高，限制了其发展。根据报道，磁性分离技术通过亚微米级的磁性颗粒对藻类进行吸附去除，是一种强有力的方法.

利用亚微米级的磁性颗粒（如四氧化三铁）在适宜的条件（藻类的浓度，pH 值，水温等）下对藻类细胞的吸附作用，以及颗粒表面形成的生物群落对藻类的生物利用，对藻类进行吸附集中、代谢利用，以达到集中以及去除的效果。然后，通过外部磁性（永磁体或电磁场）对磁性颗粒的吸引作用，达到与水分离的作用。

磁性颗粒（四氧化三铁）对藻类的吸附在于自身的分子结构与化学性质，其中包括原子的连接方式，结合键，空间结构等。吸附原理类似于活性炭，关键在于颗粒分子构成的空间结构形成吸附的条件。