藻类快速去除法

藻类快速去除法 藻 类 快 速 去 除 法 水体中需氧污染物的人为来源主要有生活污水、工业污水及农田残留雨水冲 刷汇集。但当水通过治理后，由于前期水体含氧量少，生态平衡已遭破坏。一旦 恢复含氧量后，流入水体中及原有水体中的磷、氮含量未及见少。再加低等生物 抗污染能力强、繁殖快、不易消亡，致使通过污染治理后的初级阶段，低等生物 迅速繁殖，形成另一公害而存在。而该公害也是示水体将遭破坏的标志。此时 水体环境将是继续治理改善和不治理将进一步恶化的关键。解决办法是捕捞藻类 及灭藻、抑藻，然后向水体中补充以低等生物为能量的生命体。引入有利用价值 （包括鱼类食藻）的藻类过渡，直至生态自然平衡。为防水质的缺氧恶化，避免 食藻链生命体消亡，尚需增氧。在此期间施放硝化细菌脱氮，聚磷细菌除磷。当 然也可以将脱硫的三废液制成硫酸亚铁投放聚合磷。因水体中磷、氮含量的多少 是藻类生存的主要条件。由于生态自然平衡较慢，较复杂及磷的流动性差，自然 的生态平衡在不定期内尚有一个水质恶化期循环。为保稳定的水体，在冬季必须 间隔性的清除部分污泥（污泥可按传统方式返田，现代方式补充、添加平衡部分 元素后返田），以减少水环境状态磷、氮含量，又可使活性污泥保持旺盛繁殖活 力。 杀藻、抑藻在治理过程中采取人为的杀、抑方式是快速临时治理的主要措施 之一。它的特点是能在短时期内改变水质，但不能长期维持。采用生态食链循环 是长期保持水质的关键，但必须具有实现控制的手段，难以短期内达标。 目前快速治理措施则以物理化学方式或纯化学进行。 物理化学方式则是以电能转化为化学能，改变进入水体或水体物质的分子结 构和性质，达到杀伤、杀灭藻类及分解、吸附水体中杂质，达到净化水系的目的。 该优点不破坏水体、无残留，但物理杀伤是等量关系，杀伤生命体越大，耗量越 多，杀伤越多所耗能量越多，水质杂质越多，耗能越多。 纯化学方式则以大于物理化学方式分子结构数倍以上的物质，目前均以离子 1 型杀灭、抑制藻为主，为达到净化水体尚需根据水体状态，添加破坏水体中胶原 体及残留物质的化学品，成本也较高。该方法对水体存在破坏，主要表现为残留 量，某些化学品完全分解时间也较长。另烷化基可引起生物DNA突变，从而使生物产生抗药性。主要使用的化学药品有硫酸铜（5ppm）、季铵盐（如上海合成洗涤制厂的双鲸1227（溴型）、FN-7326（氯型）阳离子表面活性剂，3ppm）， 以及近年来美国国家环保局（EPA）推荐使用的高锰酸钾（3ppm）等。 基于以上二类方式方法，若同样的水质要达到杀藻、抑藻，并以净化度为标 准。物理化学方法成本将低于纯化学方法。若不计水体净化度、化学品残留，则 化学方式成本低于物理化学方式。按照99年“一控双达标”的发展，物理化学 方式进行杀藻、抑藻将是今后杀、灭藻类研究发展的主要方向，同时又可避免化 学品对低等生物的致突变，对高等生物的局部诱变。 物理杀藻、抑藻除臭氧杀藻、抑藻、净化外，有相当部分属模糊宏观理论， 难以细分微观形成对杀藻、抑藻作用的百分比。特别是在电磁能转化为化学能后 --的OH形成的HO到底有没有，若有，有多少，同时OH形成的ROH物到底有22 多少。由于这些试验等较少，目前暂不能具体将该类物质作为多少杀、抑藻的作 用比例因素。下面将各类物理杀藻方式作一对比。 （1）高压电离——高压电离分式频、中频及高频。在高压电场下空气中氧合 成O，同时有部分NO可能会产生，但应用于水体中可不必担心，因NO化合3 -物分子量小，易于分解。若空气中有水分子，则水分子被电解形成OH。若利用 纯氧则形成O及O。采用空气隔离对水面电离由于集肤效应电场则作用于导体32 及弱导体表面，穿透力不强。若在水体中应用电离方式则耗能太大。该法宜采取 制臭氧后，将臭氧通入水中较为适宜，而且工艺也较成熟。目前国际、国内利用 纯水制O均在攻关阶段，但能耗太高，还不太成熟，若综合能耗降不下来，难3 以有推广价值。 （2）高压脉冲——高压脉冲以高压蓄能断续以电子束放电轰击含藻水面，水 下以极板导道形成回路，该法最大优点：在电击时细胞膜会出现短暂可逆性小孔 （瞬间通道），为外源物质进入生物体提供了通道，同时细胞组织遭电击后呈休 -克性松散，易于被破坏。该法同样与高压电离一样会产生O和OH，但产出量3 2 较低，在水面也可能会产生NO物，并会散布在空气中。缺点：在脉冲区内由于 电子束呈散射状不会全部轰击到，如同初期的微波炉一样，内部不转动，造成冷 热不匀一样。若要提高轰击的百分比，能耗也不会少。另该设备投资高，易损坏， 高压作用于水而危险性大，易发生感应触电事故。另该法为提高对水面的穿透力 不得使用致使生物突变的波段频率，如紫外线、X、Y射线，否则藻类变异后，若是有毒变异等将会难以抑、杀，西欧已发生过类似变异的事件。 （3）交变强磁场——利用磁场N极、S极不断变换，达到干扰二极区内的藻 类细胞膜电荷分布，进而影响物质出入细胞等。由于目前电磁干扰对人体的影响 开始重视，新的电磁隔离标准正在制订。该法目前尚只能在实验室内试验。 （4）紫外线——应用紫外线杀藻效果较差，但应用近紫外线波长段制O，3 然后将O通入水中杀藻，紫外线制O的优点不会产生NO化合物，不必投资压33 缩干燥空气设备。目前应用于水体的缺点是体积庞大、产O含量低、设备3尚有缺点、价格高、大规格的尚在实验室中，若不克服以上缺点，难以应用于河 道灭、抑藻工程。 （5）超声波——凡软物质均能吸收较多的超声波能量。但物质及生物分子结 构中，不同的部位吸收波段不同，若要使某部位分子结构断裂（坏死），必须在 该部位以吸收最高峰的波段，加大能量至一定的值引起共振断裂为止。因此利用 超声波杀藻能耗极大，但利用超声波空化效应消除和破碎吸附物，耗能就相当低。 因吸附物是物理力，与化学键力不同，二者的拉力成不同的正债比例关系，单物 质越小平均所耗破坏能量越多。 根据以上五类不同的方式，目前杀、灭方式选择还应以前沿、安全、成熟可 靠的O为主，而且O不易引起生物DNA突变。高压电离、高压脉冲、交变强33 磁场、紫外线均是以电磁场为基础，其中作用均以电荷为主，在元素中除F外， 电位最强的应是O，在水处理中O的氧化能力比CI强，但CI的致变突变间接3 因素被公开怀疑。现代工作必须从长远的方式看问题，使今天的应用在一定时间 内不应被淘汰，为CS建立采用O十超声波的方式进行杀藻较为合理。同时研3 究磁场及高压脉冲成本可行性、工艺成熟性及安全性，以备后用。毕竟低等生物 的异突变容易产生，若无合适的新、新方法备用，将会被动。 3 在发现氯进行水处理可能产生的三卤甲烷，对人体具有潜在的致命危害以 后，臭氧在水处理中受到普通关注，特别是生活水平提高，技术水平提高，臭氧 制取成本下降，开始在应用上越来越广。臭氧氧化能力比氯强，且能广泛地分解 氧化水中大部分有机物，但臭氧也与其他物质一样不可能完全分解有机物，特别 是与臭氧分解生成的中间产物会阻止臭氧的进一步氧化。为提高臭氧的利用率和 氧化能力，在水处理中应用臭氧/过氧化氢，臭氧/超声波，臭氧/过氧化氢/超声波， 复合技术因此获得了广泛的应用。 。 臭氧/超声波——臭氧水中的溶解度比氧约大13倍，19C时在水中的溶解 度为：0.021g/L。臭氧由于只有较高的负电位（-2.07V）与生物表面阴离子存在一定的电位差，因而易于与生物表面吸附结合，并分解出氧化能力极强的新生态 氧，使细胞壁（膜）变性坏死，失去阻隔外源强电位的物质进入细胞体内使蛋白 质变性坏死。臭氧与蛋白质的结合，主要是新生态氧将蛋白质脱氨生成氨和a--- 酮酸。同时臭氧也与蛋白金属结合变性，由于臭氧分子量小、电位高、选择性结 合差，而是以电位差为主的结合占主导地位，因而在水体中杂质多，消耗就多。 除此臭氧反应机理同时存在了分解成羟基自由基而引发的链反应。但这些理论推 导研究，有相当部分须在微观实验中求证，而水处理臭氧杀藻则依赖于宏观现实。 臭氧杀、抑藻类的作用可大于氯，但臭氧的电位强，分子小，选择性结合差， 所以在水体中杂质多，消耗臭氧量就大。在藻类盛发期间，看起来水体中就除了 藻类杂质很少，其实较多的杂质是吸附在藻类的表面，当臭氧与藻类发生反应时， 首先必须与藻类表面阴阳离子性质物质反应抵消一部分，然后在消除藻类外表 后，再消耗臭氧，这样臭氧的使用量就大。为此利用超声波振动，既可以使藻与 吸附物质分离，又可使藻的组织结构松弛，达到减少臭氧的用量，使用超声波最 大的优点可利用超声波空化效应，破坏原聚合体表面自然吸附的封闭结构，使外 源物质更容易进入。 通过臭氧与超声波的互补作用，比臭氧单独杀藻或用超声波单独杀藻成本要 低，效果更好。特别是经臭氧分解后生成的中间产物，臭氧无法进一步氧化，但 通过超声波配合可提高臭氧的氧化能力。 由于臭氧氧化能力强，能分解水中洗涤剂、农药残留、氰化物、除臭、除味、 除色、杀菌、杀藻。经臭氧处理过的水质标准较高。某些臭氧无法分解的物质， 4 通过超声波将吸附物剥离之后，物质重新聚合，水体中生物胶原质、乳化剂已经 臭氧氧化，失去乳化悬浮能力，聚合物即很快沉降。达到了“一治双达标”。 臭氧/过氧化氢/超声波——该复合工艺主要通过过氧化氢的强氧化性补充部 分臭氧的氧化性能。若制取设备是以空气为原料的，那空气中的水分子必定要被 电离成羟基自由基，而两个羟基自由基的合成，即可成为过氧化氢。但目前制臭 氧设备的企业及研究人员，尚未有较大的研究与开发。这涉及多学科的领域的研 究。 目前臭氧发生器有工频工频、中频、高频及紫外线四类。通规格发生器的体 积以中频、高频最小，产出效率最高。 中频、高频臭氧发生器目前已采用模块式振荡电路，臭氧发生管分为圆管及 平板式，从体积上讲，平板式体积最小，但平板式因无法用玻璃做，只能采用陶 瓷。目前国内使用陶瓷制作平板发生器的企业，自我介绍在玻璃与陶瓷之间采用 玻璃时介质原料为空气效果优于陶瓷，在以氧气为原料时则二者相等。为此考虑 空气与氧气的通用选用玻璃。 由于空气中含有水分，在制臭氧过程中，有能量消耗，臭氧产出率低，同时 将有羟基产生，但臭氧发生指的是臭氧产出，为此臭氧发生器的指标均以干燥空 气及氧气为产出标准，而且认为潮湿空气易损坏设备，不推荐使用。 在干燥空气及氧气的使用中，一般设备需压缩干燥空气设备加制氧机或压缩 干燥空气设备。但从气体流量产出率计算，压缩空气产出臭氧量比例高于纯氧， 但纯氧制臭氧不会产生氮氧化合物，干燥空气制臭氧易产生氮氧化合物，在湖泊 治理上可不必考虑氮氧化物生成，因氮氧化合物不会被人马上摄入。而且自然的 的净化也能够在水体中将小分子的化合物分解。为此湖泊的治理工程为节约运行 成本和投入应采用干燥空气制臭氧即可。在饮用水工程则完全采用标准纯氧方 案，免去不必要的口舌，因氮氧化合物产生量在采用干燥空气制臭氧，尚未见到 检测数据、资料。 根据以上情况，在湖泊治理杀藻工程上则采用空气制臭氧，省却部分设备， 同时进行干燥空气及潮湿（记录不同湿度效果）空气同电流、同电压、同气体流 -量的杀藻对比及气体O、OH、HO的检测、评定处理质量与成本，考虑是否322 5 省却压缩干燥空气设备。初期的试用推广则考虑纯氧及干燥空气。 目前国内以纯氧计算250克以上的臭氧发生器尚未有企业制造。但国际上大 规模的臭氧发生器也都采用并联组合以增大产出量。而且为增大放电面积及减少 体积均限于圆管式为主。 紫外线制臭氧今后是重点发展方向，尚有待于臭氧频率振荡发生器的改进及 nm段波长照射有效距离的最高产出试验等。 6