景觀水滅藻處理的研究方法效果
隨著我國(guó)城市的建設(shè)和發(fā)展，水景觀日益增多。城市景觀水體多為靜止或流動(dòng)性差的封閉緩流水體，一般具有水域面積小、易污染、水環(huán)境容量小、水體自凈能力低等特點(diǎn)。城市景觀水體的污染特征一般為藻類繁殖、特殊異味、濁度上升。為了研究、開(kāi)發(fā)適合于景觀水污染控制的技術(shù)，提高城市環(huán)境質(zhì)量，筆者于2003-2004年，采用銅電解及其組合技術(shù)工藝，進(jìn)行了景觀水體滅藻的研究。
1，材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)室滅藻
1.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和條件 將儲(chǔ)水箱和水泵連接成閉路循環(huán)（圖1）。水泵流量為6L/min，儲(chǔ)水箱容積為60L,水質(zhì)為純凈水，水溫為22℃。
1.1.2 試驗(yàn)方法 取在BG11培養(yǎng)液中生長(zhǎng)達(dá)到穩(wěn)恒期的集胞藻（PCC6803）10ml，加入盛有60L純凈水的儲(chǔ)水箱中，分別進(jìn)行加硫酸銅和銅電解滅藻處理。在處理的第0、0.5、1、2、3小時(shí)，分別取加硫酸銅組、銅電解組和空白對(duì)照組（未進(jìn)行滅藻處理）約1ml水樣，置于BG11培養(yǎng)基，在30℃、30μE（平方米.s）光照強(qiáng)度的條件下培養(yǎng)7d，并統(tǒng)計(jì)其藻細(xì)胞數(shù)。
1.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
1.2.1 試驗(yàn)裝置和流程 試驗(yàn)在某景觀水體進(jìn)行。該景觀水池面積為126平方米，平均深度1.3m，周邊為瓷磚砌成。銅電解組合工藝裝置按銅電解滅藻裝置、鋁板絮凝電解裝置、濾罐過(guò)濾裝置和水射曝氣裝置的順序組成，通過(guò)管道與景觀水池連接成閉路循環(huán)（圖2）。
1.2.2 工藝參數(shù) 銅電解裝置：電極電流密度為1-3.2mA/平方厘米，釋放銅離子濃度控制在0.3-0.4mg/L。鋁板絮凝電解裝置：采用電解的原理產(chǎn)生鋁離子，起到絮凝作用。濾罐：濾料用陶粒，濾速為28-35m/h，用壓力控制濾料的反沖洗。
1.2.3 方法 采樣點(diǎn)位于景觀水體對(duì)角線的中央，水面下15cm處。分別采用單純銅電解技術(shù)工藝和銅電解組合技術(shù)工藝對(duì)景觀水體進(jìn)行滅藻處理。在處理的第1、3、5、7、9、12天采集水樣，濃縮處理后，在顯微鏡下采用計(jì)數(shù)框法對(duì)藻細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，渾濁度、嗅閾值、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、溶解氧、銅離子濃度、pH值按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（2002）進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)期間，景觀水體水溫為22-28℃，平均水溫26℃。
2 結(jié)果
2.1 實(shí)驗(yàn)室滅藻效果
由表1可見(jiàn)，當(dāng)銅離子濃度在0.3mg/L時(shí)，銅電解組在作用0.5h，加硫酸銅組在3h時(shí)，培養(yǎng)皿上無(wú)藻細(xì)胞生長(zhǎng)；未處理組在3h時(shí)，培養(yǎng)皿上藻落數(shù)增加。
表1 不同滅藻方式處理不同時(shí)間后水樣的藻細(xì)胞數(shù)
2.2 單純銅電解對(duì)景觀水的滅藻效果
由表2可見(jiàn)，隨著時(shí)間的推移，景觀水中藻濃度逐漸降低。處理第12天，除藻率為68.84%，除嗅閾值外，其他指標(biāo)無(wú)明顯改善。
2.3 銅電解組合技術(shù)工藝對(duì)景觀水的滅藻效果
由表3可見(jiàn)，處理第12天，除藻率為80.75%，渾濁度、嗅閾值、COD、氨氮分別下降了57.14%，50.00%，48.44%，溶解氧增加了66.67%。
3 討論
銅電解滅藻是在控制條件下，用電解的方法釋放定量的銅離子，強(qiáng)化其滅藻的功能，達(dá)到滅藻的目的。由表1可見(jiàn)，當(dāng)銅離子濃度在0.3mg/L時(shí)，銅電解組在作用0.5h以后，培養(yǎng)皿上午藻細(xì)胞生長(zhǎng)，而硫酸銅藥劑離解的銅離子的滅藻作用，沒(méi)有銅電解的效果強(qiáng)。
這可能是由于電解的銅離子的“活性”較強(qiáng)的緣故，其深層次機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
由表2、3可見(jiàn)，銅電解組合技術(shù)工藝的滅藻效果優(yōu)于單純銅電解技術(shù)工藝，這是由于銅離子殺死藻細(xì)胞后，藻細(xì)胞變輕，懸浮在水中，而藻計(jì)數(shù)法不能鑒別藻細(xì)胞帶負(fù)電荷，在后續(xù)處理單元通過(guò)電絮凝和過(guò)濾作用截留在濾罐內(nèi)，從而提高了景觀水的除藻效果；由于藻類及其代謝產(chǎn)物既是水中有機(jī)物的重要來(lái)源，也是主要的致臭物質(zhì)，故隨著藻含量大幅度降低，嗅閾值也顯著下降。
采取銅電解組合工藝使水中COD降低，其原因是：（1）電絮凝直接過(guò)濾工藝，通過(guò)絮凝過(guò)濾作用清除懸浮物時(shí)，連帶減少了部分COD；（2）曝氣作用使水中保持了一定含量的溶解氧，氧與水中有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，起到了降解作用；（3）由于景觀水池較淺，加之水體的循環(huán)作用使得水體接受了較充分的太陽(yáng)光照，由此產(chǎn)生的光化學(xué)反應(yīng)和水中微生物聯(lián)合作用，有效地降低了耗氧量。有研究表明，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氮、磷的過(guò)度積累引起藻類的大量繁殖，水體溶解氧被大量消耗，導(dǎo)致水體缺氧并滋生出大量的厭氧微生物，造成水體發(fā)黑、發(fā)臭。藻類白天通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣，晚上通過(guò)呼吸作用消耗氧氣，因此，組合技術(shù)工藝的曝氣作用，一方面可以抑制厭氧生物的生長(zhǎng)；另一方面，可提高水體中溶解氧的濃度使好氧微生物通過(guò)自身的新陳代謝作用，把水中有機(jī)污染物分解成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，以達(dá)到水體凈化的目的。
當(dāng)水環(huán)境中磷濃度超過(guò)0.015mg/L，氮濃度超過(guò)0.3mg/L時(shí)，藻類就出現(xiàn)惡性繁殖，藻類的繁殖量與外界輸入的磷、氮濃度成正比。藍(lán)藻、綠藻具有固氮能力，能夠把大氣中的氮轉(zhuǎn)化為能被水生植物吸收和利用的硝酸鹽，因而，即使向水體排放的污水中的氮受到了控制，這些藻類扔可以從大氣中攝入氮，以此繼續(xù)滿足自身合成的需要。因此，景觀水體極易出現(xiàn)藻類繁殖。目前，控制景觀水體藻類繁殖的方法，一般采用投加臭氧和化學(xué)藥劑，但這些方法不同程度地存在投資運(yùn)行成本高、殺藻不徹底、無(wú)持續(xù)滅藻作用和易產(chǎn)生二次污染等諸多問(wèn)題。滅藻不徹底和無(wú)持續(xù)抑藻能力反而會(huì)促進(jìn)某些優(yōu)勢(shì)藻類的生長(zhǎng)繁殖。一般認(rèn)為，銅離子的滅藻功能是由于帶正電的銅離子和帶負(fù)電的藻細(xì)胞結(jié)合，并穿透細(xì)胞壁與細(xì)胞內(nèi)特定部位的DNA及RNA結(jié)合，破壞其內(nèi)部的葉綠素等酶系統(tǒng)，致使藻細(xì)胞溶解和死亡。銅離子無(wú)色、無(wú)味、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，幾乎不受陽(yáng)光和時(shí)間的影響，可提供長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的殘留濃度并維持其滅藻效果，并且不產(chǎn)生毒副產(chǎn)物。
對(duì)于銅電解組合工藝而言，銅電解的后續(xù)處理單元是混凝過(guò)濾和水射曝氣。由于藻類被銅離子殺死后，仍是一種親水性帶負(fù)電荷的有機(jī)體，在水中處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，因洗，和許多無(wú)機(jī)顆粒一樣，可以通過(guò)吸附電中和與消除水化殼以及吸附架橋作用，發(fā)生微絮作用，可過(guò)濾去除。由于藻類被過(guò)濾截留在濾罐中，為保證處理效果，可加大反沖洗次數(shù)。
基于景觀水的污染和水體特點(diǎn)，結(jié)合銅電解組合工藝技術(shù)原理，依據(jù)本次實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，參照有關(guān)文獻(xiàn)，同時(shí)考慮到避免二次污染和節(jié)能，在景觀水處理控制中，銅離子含量宜控制在0.3-0.4mg/L，電流密度控制在1-2mA/平方厘米的條件下。采取銅電解與后續(xù)處理單元交替間歇方式工作，即在銅電解滅藻裝置運(yùn)行，使水體中的銅離子含量達(dá)到0.3-0.4mg/L時(shí)停機(jī)，隔1h后，再讓后續(xù)處理單元運(yùn)行，以延長(zhǎng)電極使用壽命和節(jié)能