摘要：采用改性(xing)石英(ying)砂濾料(liao)強化過濾處理含藻(zao)(zao)水的(de)(de)試驗結果表明，與(yu)石英(ying)砂濾料(liao)相比，改性(xing)石英(ying)砂濾料(liao)對含藻(zao)(zao)水具有(you)優良(liang)的(de)(de)處理效果；經(jing)混凝沉淀后水中(zhong)的(de)(de)余鋁對藻(zao)(zao)類的(de)(de)去除有(you)促進作用。

藻(zao)類的(de)代謝產物(wu)會產生各種嗅(xiu)味和對(dui)人體有害(hai)的(de)藻(zao)毒素，同時(shi)也會顯著地增(zeng)加給水處理難度，嚴重時(shi)可(ke)堵塞取水口、輸水管道和濾(lv)(lv)(lv)池(chi)，影響產水量。對(dui)含藻(zao)水的(de)處理包括傳統的(de)常規處理、氣(qi)浮過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)、直接過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)、微(wei)濾(lv)(lv)(lv)機過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)以及預投氧化劑殺藻(zao)等方法，除微(wei)濾(lv)(lv)(lv)機過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)外，其(qi)他方法都包含濾(lv)(lv)(lv)床過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)，即(ji)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)是強(qiang)(qiang)化除藻(zao)的(de)關鍵環節，因此強(qiang)(qiang)化濾(lv)(lv)(lv)床過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)效能對(dui)含藻(zao)水的(de)處理有著重要(yao)作用(yong)。

藻(zao)類由于其自身(shen)分(fen)泌的有(you)機物包(bao)裹在細胞膜外，一般表面(mian)帶有(you)負電荷，而(er)且具有(you)一層(ceng)水(shui)(shui)化(hua)膜，這些(xie)性(xing)(xing)質使(shi)藻(zao)細胞顆粒很難沉積、粘附在濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)表面(mian)，故(gu)常有(you)一些(xie)藻(zao)類顆粒穿透濾(lv)(lv)(lv)池而(er)影響出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質。研究(jiu)結果表明，將石(shi)英(ying)砂(sha)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)表面(mian)涂覆一層(ceng)金屬氧化(hua)物能夠顯(xian)著提(ti)高過濾(lv)(lv)(lv)效(xiao)果，故(gu)采用某(mou)種化(hua)學(xue)方法將石(shi)英(ying)砂(sha)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)表面(mian)改性(xing)(xing)，并就改性(xing)(xing)石(shi)英(ying)砂(sha)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)對含(han)藻(zao)水(shui)(shui)強化(hua)過濾(lv)(lv)(lv)效(xiao)果進行了試驗。

1  試驗材料和(he)方(fang)法

1.1 藻類的培(pei)養和(he)計量

試驗用含藻(zao)水(shui)由實驗室(shi)所培(pei)(pei)(pei)養的(de)藻(zao)類配(pei)制(zhi)而成(cheng)。將取自城(cheng)市人工河的(de)藻(zao)種加入盛有純無(wu)機培(pei)(pei)(pei)養基的(de)透(tou)明容器(qi)中(zhong)進行培(pei)(pei)(pei)養（水(shui)溫為(wei)259，用60W的(de)白熾燈(deng)連續照射(she)約(yue)一(yi)個月后，培(pei)(pei)(pei)養基呈現很濃的(de)綠色，經鏡檢觀(guan)察主要為(wei)小球藻(zao)和少量顫藻(zao)，藻(zao)類在水(shui)中(zhong)穩定(ding)懸浮不沉淀(dian)，故可用來配(pei)制(zhi)含藻(zao)水(shui)。

藻類的(de)(de)計(ji)量通(tong)常(chang)采用顯(xian)微計(ji)數法(fa)，但誤差較大。因各種藻類都含(han)有葉(xie)綠(lv)(lv)素a且含(han)量較高，故(gu)通(tong)過(guo)測定葉(xie)綠(lv)(lv)素a的(de)(de)含(han)量來表(biao)征水中藻類的(de)(de)含(han)量（葉(xie)綠(lv)(lv)素a的(de)(de)測定采用Lorenzen提出的(de)(de)單色光(guang)分光(guang)光(guang)度法(fa)）。

 分(fen)析混凝沉淀前后藻類顆粒的(de)性質時，先用光學顯(xian)微鏡觀(guan)測(ce)藻類顆粒的(de)大(da)小，再用顯(xian)微電泳儀測(ce)定藻類顆粒的(de)Zeta電位。

1.2 過濾試驗

試驗用(yong)濾(lv)(lv)柱為(wei)底部帶有多孔托板的(de)(de)玻璃柱，內徑為(wei)28mmm，柱內裝有250mm高的(de)(de)濾(lv)(lv)料(liao)。石英砂(sha)和改(gai)性砂(sha)濾(lv)(lv)柱的(de)(de)過濾(lv)(lv)試驗平行(xing)進(jin)行(xing)。石英砂(sha)粒徑為(wei)0.5~1mm，改(gai)性濾(lv)(lv)料(liao)由(you)相同粒徑的(de)(de)石英砂(sha)制(zhi)得。從(cong)培養(yang)基中(zhong)取一定量的(de)(de)濃含藻(zao)水(shui)(shui)，加入到放(fang)置一段時間后(hou)的(de)(de)自來水(shui)(shui)中(zhong)，混合(he)靜置2h待用(yong)。將配制(zhi)的(de)(de)含藻(zao)水(shui)(shui)加入一定量的(de)(de)硫酸鋁進(jin)行(xing)混凝沉淀，取出沉后(hou)水(shui)(shui)用(yong)于過濾(lv)(lv)。待濾(lv)(lv)水(shui)(shui)通過高位(wei)水(shui)(shui)箱流入濾(lv)(lv)柱中(zhong)，保持(chi)濾(lv)(lv)速約(yue)為(wei)3m/h。

1.3 余(yu)鋁的測定

部分水樣需測定(ding)(ding)余鋁含量，采用鉻天青S-乳化劑OP分光(guang)光(guang)度法測定(ding)(ding)。

2 結果與分析

2.1 直接(jie)過濾效果對比

對含藻水進行直(zhi)接過(guo)濾后(hou)的藻類含量(liang)見圖1。

由(you)圖1可見，改性砂(sha)(sha)對含藻(zao)水(shui)的(de)直(zhi)接過(guo)濾(lv)(lv)(lv)效果(guo)略好于石(shi)英(ying)砂(sha)(sha)。部分濾(lv)(lv)(lv)后(hou)(hou)水(shui)樣含藻(zao)量高于原(yuan)水(shui)的(de)原(yuan)因可能(neng)是(shi)(shi)由(you)于濾(lv)(lv)(lv)速(su)發生變化使(shi)濾(lv)(lv)(lv)料上附(fu)著的(de)部分藻(zao)類被沖(chong)刷脫落下(xia)來進入濾(lv)(lv)(lv)后(hou)(hou)水(shui)。過(guo)濾(lv)(lv)(lv)10h后(hou)(hou)兩種濾(lv)(lv)(lv)料對藻(zao)類的(de)去除率相(xiang)近，可能(neng)是(shi)(shi)由(you)于在(zai)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)的(de)前10h截留的(de)藻(zao)類覆(fu)蓋在(zai)濾(lv)(lv)(lv)料表面使(shi)兩種濾(lv)(lv)(lv)料的(de)表面性質(zhi)差(cha)異變得很小所致。

兩種濾(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)粒徑相同，改(gai)(gai)性砂(sha)(sha)對含藻水的(de)(de)(de)直接(jie)(jie)過濾(lv)效果(guo)優于石(shi)英砂(sha)(sha)應歸結于二者表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)性質的(de)(de)(de)差異(yi)(yi)。改(gai)(gai)性砂(sha)(sha)濾(lv)料(liao)(liao)比(bi)石(shi)英砂(sha)(sha)濾(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)比(bi)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)積大，表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)更加(jia)粗(cu)糙(cao)，在水中的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)電位(wei)也更接(jie)(jie)近(jin)于中性，這些因(yin)素都(dou)有(you)(you)利于水中的(de)(de)(de)藻類顆粒接(jie)(jie)近(jin)并沉積、粘附在濾(lv)料(liao)(liao)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)；另一方面(mian)(mian)(mian)(mian)，改(gai)(gai)性砂(sha)(sha)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)帶有(you)(you)更多的(de)(de)(de)弱酸(suan)性官能團，可與藻類細胞的(de)(de)(de)胞外(wai)有(you)(you)機(ji)物絡合，使藻類顆粒結合得更加(jia)緊(jin)密而不易(yi)脫(tuo)落。隨著過濾(lv)過程的(de)(de)(de)延續，濾(lv)料(liao)(liao)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)粘附一層藻類之后(hou)，其表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)性質的(de)(de)(de)差異(yi)(yi)變小，因(yin)此在含藻水直接(jie)(jie)過濾(lv)10h后(hou)，石(shi)英砂(sha)(sha)和改(gai)(gai)性砂(sha)(sha)對藻類的(de)(de)(de)去(qu)除率(lv)差別很小。

2.2 混(hun)凝沉淀后過濾效果的對比

圖(tu)2.3是含藻水經(jing)混凝(ning)沉(chen)淀(dian)、過濾后的藻類含量對比，兩種濾料對藻類的去除(chu)率見表1。

 表(biao)1 兩(liang)種濾料(liao)對(dui)藻類(lei)的去除率對(dui)比%

處理方式	對藻類的去除率
	改性砂	石英砂
直接過濾（濾前水葉綠素a含量57.5mg/L）	28.5	21.7
混凝沉淀后過濾（濾前水葉綠素a含量147.73mg/L）	60.9	30.3
混凝沉淀后過濾（濾前水葉綠素a含量49.14mg/L）	65.3	43.8

由圖2.3和表(biao)1可(ke)見(jian)，經混(hun)(hun)凝沉淀后(hou)再過濾(lv)(lv)(lv)對(dui)藻類(lei)的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率(lv)要高(gao)(gao)于(yu)(yu)含(han)藻水直(zhi)接過濾(lv)(lv)(lv)，而改(gai)性砂(sha)(sha)(sha)對(dui)藻類(lei)的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)效率(lv)優(you)于(yu)(yu)石(shi)英(ying)(ying)砂(sha)(sha)(sha)。混(hun)(hun)凝沉淀后(hou)水中含(han)藻量(liang)降(jiang)(jiang)低時對(dui)藻類(lei)的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率(lv)上(shang)升，而沉后(hou)水中藻類(lei)含(han)量(liang)較高(gao)(gao)時兩種濾(lv)(lv)(lv)料對(dui)藻類(lei)的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率(lv)差(cha)別較大。在混(hun)(hun)凝沉淀后(hou)藻類(lei)的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率(lv)隨過濾(lv)(lv)(lv)時間的(de)(de)(de)延長而降(jiang)(jiang)低，個別石(shi)英(ying)(ying)砂(sha)(sha)(sha)濾(lv)(lv)(lv)柱的(de)(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)后(hou)水樣中葉綠素(su)a含(han)量(liang)高(gao)(gao)于(yu)(yu)濾(lv)(lv)(lv)前水，而改(gai)性砂(sha)(sha)(sha)在過濾(lv)(lv)(lv)16h后(hou)仍(reng)保(bao)持著較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率(lv)，可(ke)見(jian)改(gai)性砂(sha)(sha)(sha)對(dui)藻類(lei)的(de)(de)(de)過濾(lv)(lv)(lv)截留(liu)容量(liang)遠高(gao)(gao)于(yu)(yu)石(shi)英(ying)(ying)砂(sha)(sha)(sha)。

兩種濾(lv)(lv)(lv)料對混凝(ning)沉淀后(hou)含(han)藻(zao)水(shui)的(de)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)效果都(dou)要好于(yu)(yu)直接過(guo)濾(lv)(lv)(lv)，這包含(han)幾(ji)方(fang)面(mian)的(de)原因：混凝(ning)沉淀后(hou)水(shui)中殘存(cun)的(de)藻(zao)類顆(ke)粒在混凝(ning)過(guo)程中有了一(yi)定的(de)凝(ning)聚，粒徑(jing)有所(suo)增加大，使(shi)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)效果更佳；鏡(jing)檢結果表明(ming)，水(shui)中藻(zao)類顆(ke)粒平均粒徑(jing)約為4~5μm，混凝(ning)沉淀后(hou)剩余(yu)藻(zao)類顆(ke)粒不僅(jin)聚集在一(yi)起（有相當一(yi)部(bu)分(fen)粒徑(jing)>10μm），而且使(shi)部(bu)分(fen)表面(mian)電(dian)荷被中和(he)，減小了靜電(dian)排斥作用，更有利于(yu)(yu)藻(zao)類顆(ke)粒在濾(lv)(lv)(lv)料表面(mian)的(de)粘附。

2.3 Zeta電位的對(dui)比(bi)

圖4是石英砂和(he)改性砂的Zeta電位對比。可(ke)以看(kan)出，改性砂表(biao)面(mian)的零電點pH值(zhi)約為5，而石英砂表(biao)面(mian)pH值(zhi)約為3。在水(shui)樣(yang)pH值(zhi)為6.8的試驗條件下，改性砂表(biao)面(mian)的Zeta電位為—14.5mV，石英砂表(biao)面(mian)為—34.8 mV，未經混凝沉(chen)(chen)淀的含(han)藻水(shui)中藻類顆(ke)粒的Zeta電位為—24.7mV，混凝沉(chen)(chen)淀后(hou)Zeta電位為—14.7mV。

由(you)此可見，在該(gai)試(shi)驗條件(jian)下(xia)改性砂(sha)的(de)Zeta電(dian)位遠高(gao)于石英砂(sha)，故與藻類顆(ke)(ke)粒的(de)靜電(dian)排斥作(zuo)(zuo)用更小(xiao)，使藻類顆(ke)(ke)粒更易(yi)于靠(kao)近濾料(liao)(liao)表面，從而(er)提高(gao)對(dui)藻類顆(ke)(ke)粒的(de)去(qu)除率(lv)。同樣(yang)，混凝(ning)沉(chen)淀后(hou)水中(zhong)剩余的(de)藻類顆(ke)(ke)粒由(you)于負電(dian)性減(jian)弱，與濾料(liao)(liao)的(de)靜電(dian)排斥作(zuo)(zuo)用降低，也有利于去(qu)除率(lv)的(de)提高(gao)。

2.4 余鋁含量(liang)

分別測(ce)定混凝沉淀后及濾(lv)后含(han)藻水(shui)的(de)鋁含(han)量(liang)（含(han)藻水(shui)經0.8μm的(de)改(gai)性石英砂濾(lv)膜(mo)過(guo)濾(lv)后測(ce)定濾(lv)液的(de)鋁含(han)量(liang)），結(jie)果見表2。

表2 混凝沉淀(dian)后(hou)及(ji)濾后(hou)含(han)藻水(shui)的(de)鋁含(han)量

項目	改性砂		石英砂
	截留	穿透	截留	穿透
混凝沉淀后鋁含量（mg/L）	0.7	0.8	1.5	0.8
過濾后鋁含量（mg/L）	0.19	0.26	0.95	0.73
過濾去除率（%）	73	64	37	8.8
注：含藻水葉綠素a含量為49.14mg/L。

由表2可(ke)以看(kan)出，水中(zhong)(zhong)剩(sheng)余的(de)(de)(de)鋁(lv)(lv)一部(bu)分被(bei)微孔(kong)濾(lv)膜(mo)(mo)截留，一部(bu)分溶(rong)解在水中(zhong)(zhong)。孔(kong)徑(jing)為0.8μm的(de)(de)(de)改(gai)性石(shi)英(ying)砂(sha)濾(lv)膜(mo)(mo)可(ke)將水中(zhong)(zhong)絕大部(bu)分的(de)(de)(de)藻(zao)(zao)類截留但不能截留溶(rong)解于(yu)水中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鋁(lv)(lv)，可(ke)以認為被(bei)濾(lv)膜(mo)(mo)截留的(de)(de)(de)鋁(lv)(lv)都(dou)是附(fu)(fu)(fu)著于(yu)藻(zao)(zao)類顆(ke)粒(li)(li)上的(de)(de)(de)。改(gai)性砂(sha)對附(fu)(fu)(fu)著于(yu)藻(zao)(zao)類上的(de)(de)(de)和其(qi)他形(xing)態鋁(lv)(lv)的(de)(de)(de)去(qu)除率都(dou)要遠高于(yu)石(shi)英(ying)砂(sha)，兩種濾(lv)料對吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)于(yu)藻(zao)(zao)類顆(ke)粒(li)(li)上鋁(lv)(lv)的(de)(de)(de)去(qu)除率略高于(yu)對藻(zao)(zao)類顆(ke)粒(li)(li)的(de)(de)(de)去(qu)除率，這說明吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)了較多鋁(lv)(lv)的(de)(de)(de)藻(zao)(zao)類顆(ke)粒(li)(li)相對于(yu)未吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)或(huo)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)較少鋁(lv)(lv)的(de)(de)(de)藻(zao)(zao)類顆(ke)粒(li)(li)能夠(gou)被(bei)優(you)先過濾(lv)去(qu)除，可(ke)見殘余鋁(lv)(lv)對藻(zao)(zao)類的(de)(de)(de)過濾(lv)去(qu)除起(qi)到了一定的(de)(de)(de)促進作用。

3 結論

① 改性石英砂(sha)濾料對含藻水(shui)的直接過濾效果(guo)略(lve)好(hao)于石英砂(sha)。

② 改性石(shi)英(ying)砂濾料(liao)對(dui)混(hun)凝(ning)沉淀后(hou)含藻(zao)水(shui)的過濾效(xiao)果明顯優于石(shi)英(ying)砂，尤其是過濾截留容量遠遠大于石(shi)英(ying)砂。

③ 混凝沉淀后含藻水(shui)中的殘余鋁對藻類顆粒的去除有促(cu)進作用。