用过量投矾处理原水中的兰藻

随着城市发展和人口活动不断增加，环保设施未完全配套，漓江水富营养化问题日趋严重。桂林市瓦窑水厂位于城区漓江下游，其取水头部位于净瓶山下的河弯处，上游一公里以内有大的排污口三处。至枯水季节，河床外露，水流动性小，水质恶化。从96年至99年，每年冬春季节，兰藻均大量繁殖，尤其以1999年最为严重，给瓦窑水厂水处理带来极大困难。在公司生产部门的支持帮助下，瓦窑水厂逐步摸索出一些处理方法，尤其是过量投矾方式的采用，使瓦窑水厂渡过了1999年供水危机。

一  该厂处理原水中兰藻的一些渐进做法

　　瓦窑水厂冬春期原水浊度为3～6NTU，水温8～16℃，PH值6.9～7.2。兰藻在水体中呈胶体丝状，约4～20mm长，颜色白而略带浅黄。由于河水浊度低，水中悬浮颗粒的数目少，碰撞的机会与次数也少，再加上兰藻的丝状体重较小，低温水粘度较大，水中细小颗粒杂质与兰藻的丝状碰撞的机会更少，所以，凝聚效果很差。
1、采用加大一次氯与增加反冲洗时间
　　在兰藻出现初期，该厂处理原水的方式仅是增加滤池反冲洗时间（由原来的8分钟增加到15分钟）和加大一次氯的投氯量，将一次氯由2.0～2.5mg/L增加到3.5～4.0mg/L，因有机物含量高，此时一次氯只能测到总氯，将总氯控制由原来的0.6mg/L上升到0.8mg/L。此时我们发现，大部分兰藻被杀死或失去活力，死亡的兰藻由白黄色变成断丝状的微黄色絮体，随沉淀水流到滤池，这些絮体在滤池中与滤砂、污泥等迅速互相粘附，结成黄褐色泥毯。使滤池的工作效率很快降低，过滤周期缩短，即使延长滤池的反冲洗时间，但由于兰藻形成的网状泥毯粘附力较强，密度较大，反冲洗不易清理干净，因而又影响下一个过滤周期，滤池工作周期由24小时下降至8～10小时，从而使滤池的工作周期一次比一次短。该厂不得不多次组织人力人工铲除滤砂表面的泥毯，但只是短时间好转（1～2天内），无法解决原水中的兰藻问题。同时，兰藻穿透滤层现象时有发生，影响出厂水浊度（超过3NTU）和外观指标。（见表）
2、投加少量硫酸铝
　　针对出厂水出现的问题，在前述措施的基础上投入少量硫酸铝，一般投加3～5mg/L矾量，以降低出厂水浊度，从生产运行情况来看，反应池后部有极细小的矾花出现，兰藻与矾花有一定的松散粘附，出厂水浊度下降至2.5NT以下。同时，也不再出现兰藻穿透层现象，但滤池的负担却呈加重趋势，兰藻与矾花疏松颗粒进入滤池后，迅速与滤砂粘附形成泥球，比重较大，反冲水冲不起来，滤池周期由投矾前的8-10小时下降至4-8小时，自用水率大为增加，产水量下降，不得不多次降压供水，给用户带来不便（见表）
3、投加过量硫酸铝
　　仔细观察矾花，发现兰藻与矾花有一定的粘附作用，兰藻属微生物范畴，带负电的可能性较大。欲想利用增大矾量来观察处理兰藻的效果，将投矾量增大至10～15mg/L，这时可以观察到反应池中后部出现疏松的白色矾花大颗粒。同时，将兰藻吸附成团，兰藻由原来的丝状体变成团状，进入沉淀后，由于颗粒的密度因吸附兰藻而增大，在沉淀池内即可沉淀，进入滤池的兰藻大为减少，从而减轻了滤池负担，滤池工作周期恢复到13～18小时以上，反冲洗时间也由原来的15分钟恢复到10分钟。（见表）

几种方式处理原水的效果比较表原水情况处理方式滤池工作周期
(人时)滤池反冲洗时间
(分钟)自用水率
(%)出厂水浊度
(NTU)投矾量一次耗氯量无兰藻无2.0-2.5mg/L24-278-103-3.51.8-2.5有兰藻无3.5-4.0mg/L8-10157-92.6-4.53-5mg/L3.5-4.0mg/L4-815-2010.4-131.0--2.510-20mg/L3.5-4.0mg/L13-18104.9-5.71.0以下

二  采用过量投矾方式处理兰藻的理论论据

　　对硫酸铝等金属盐混剂来说，其混凝机理中同时具有吸附架桥和电性中和脱稳作用。当投量很多时，还具有卷扫作用。
　　硫酸铝Al₂（SO₄）₃.18H₂O溶于水后，立即离解出AL³⁺，水合高子水解时，配位水分子可以失去H⁺而形成单羟基单核配合物，反应如下：

　　[Al(H₂O)₆]³⁺+H₂O → [Al(OH)(H₂O₅]²⁺+H₃O⁺

　　单羟基单核配合物进一步分解
　　[Al(OH)(H₂O₅]²⁺+ H₂O → [Al(OH)₂（H₂O）₄]⁺+H₃O⁺

　　[Al(OH)₂(H₂O₎₄]²⁺ H₂O → [Al(OH)₃（H₂O）₃]⁺+H₃O⁺

　　这种水解过程中还存在许多中间过程，这是因为，初步水解产物中的羟基OH^-具有桥键性质。在由(H₂O)₆]³⁺最终趋于[Al(OH)₃（H₂O）₃]的中间过程中，羟基可把单核配合物通过桥键配合或缩聚成多核配合物或高聚物。据有关资料认为，可能存在Al₆(OH)₁₄]⁴⁺、[Al₆（OH)₁₅]³⁺、[Al₂（OH）₂₀]⁴⁺......等等。
　　当硫酸铝投加过量时，水体PH值降低，高电核低聚合度的多核配合离子或者离聚合度的氢氧化铝盐占主要地位，可以吸附卷带水中的胶粒或带负电藻类进行沉淀分离，这种现象称沉淀物的卷扫作用，对处理低浊度、高密度兰藻原水较为有效。

三  还必须注意的几个问题

　　1、应增大一次氯的投加量，因为未被氯气杀死的兰藻结合成的矾花，在日照下进行光合作用，很快产生氧气形成气泡附于矾花上，使其在沉淀内上浮而难于沉淀，极易重新随沉淀水流进滤池。另外，也避免兰藻在净水构筑物中繁殖。
　　2、定期将沉淀池积泥排净，避免兰藻尸体因在池底停留时间过长发臭而重新浮起。
　　3、处理原水时净水构筑物尽可能在满负荷以下，避免负荷过大使沉淀水上升速度加快将矾花藻体带入滤池。
　　4、应在沉淀池后部配水槽内安装格网，以拦截部分从沉淀池流出的兰藻，来进一步保护滤池。

四  成功实例

　　从1999年3月中旬开始，瓦窑水厂供水得到保证，期间从3月10月～4月20日，瓦窑水厂原水水质极度恶化，兰藻最多时在原水中如雪片一般，COD高达6.15mg/L，溶解氧最低降到0.39mg/L，原水出现腥臭味，但由于采取上述一系列措施，尤其是采用过量投矾方式，使滤池工作基本正常。同时，由于出厂水浊度降低（在1.0NTU以下），对原水中的有机物，异味的去除也有一定效果，出厂水均达到国家饮用水水质标准。
　　1999年11月1日，瓦窑水厂取水头部再次出现高密度兰藻，其它兄弟水厂也出现类似情况，供水受到影响，但瓦窑厂采用过量投矾方式，将投矾量加至12～18mg/L（原水水浊度4.6～5.2NTU），供水正常，滤池周期未受影响，出厂水水质合格。
　　值得欣慰的是，瓦窑水厂取水头部水质恶化问题已引起市人大、环保等部门重视，相信漓江水质有望得到改善。