[发明专利]一种强化凝聚除藻并控制胞内物质释放的方法

说明书

技术领域

本发明属于饮用水处理技术领域，特别涉及高藻水处理过程中通过强化凝聚除藻并控制胞内物质释放的方法。

背景技术

湖泊、水库等是常用地表水源。例如，我国北京、上海、哈尔滨、环太湖城市群、黄河沿线城市等均以湖泊或水库水作为地表水源。但是，由于氮、磷等营养源的排放，导致许多具备饮用水源地功能的湖泊、水库等呈现不同程度的富营养化趋势，并可能在环境条件适宜的条件下导致藻类爆发，成为影响水厂处理工艺过程和饮用水质安全的重要隐患。近年来，我国发生多起饮用水源地藻类爆发的现象，给城市正常供水带来负面影响。

含藻水或高藻水对饮用水处理工艺、饮用水质安全的不利影响主要表现为：1)藻细胞为电负性，不易于通过混凝脱稳，尤其对于存活藻细胞，更是难以通过混凝、沉淀单元去除，可能导致藻细胞在反应池、沉淀池、滤池等构筑物中繁殖，并可能穿透滤池进入输配水管网；2)穿透滤池的藻细胞可能在管网配水管、入户管、二次供水设施等繁殖生长，这将消耗管网末端余氯，并导致微生物繁殖和感官下降等不利影响；3)预氧化工艺将藻细胞灭活，这对于混凝过程是有利的，但是预氧化或消毒工艺也可能将细胞壁结构破坏，并导致胞内物质释放，可能产生更大的水质风险。研究显示，藻细胞内部的藻毒素、致嗅物质等物质的浓度远远高于胞外的情况；此外，胞内物质往往具有很高的消毒副产物(DBPs)生成势，并在氯化过程中生成DBPs。因此，对于含藻水的处理而言，如何在不破坏藻细胞结构的前提下强化除藻并控制胞内代谢物释放，这成为饮用水厂面临的技术难题之一。

国内外关于强化除藻的方法报导较多，主要有：1)采用氯、臭氧、高铁酸钾、高锰酸钾等进行预氧化；2)提高混凝剂投量或投加高分子助凝剂；3)投加粘土矿物等强化藻的沉降；4)采用混凝/气浮工艺或混凝/气浮-沉淀工艺；5)采用超滤膜过滤技术截留藻细胞等。其中，氯、臭氧、高铁酸钾均可能导致藻细胞破裂和胞内物质大量释放，且臭氧、高铁酸钾成本很高；高锰酸钾具有一定灭活和抑制藻细胞活动的能力且氧化破坏藻细胞壁能力较弱，此外其还原产物二氧化锰能沉积在藻细胞表面而加速其沉降，但由高锰酸钾有颜色，投量不宜过高，且二氧化锰为电负性细小颗粒也需要一并去除。提高混凝剂投量能够提高藻细胞去除，但往往投量需要提高数倍以上，且污泥含量显著增加。投加粘土矿物往往也需要很高投量，且粘土本身为胶体，将大幅提高混凝剂投量。气浮或浮沉池工艺是最佳的除藻工艺，但绝大多数水厂都不具备相关构筑物，而要进行工程改造，则需要花费大量投资。采用膜分离技术则不仅需要大量投资，且运行成本更高。因此，如何以现有工艺为基础，在不进行或难以及时进行大规模工艺改造的条件下，解决高藻水处理难题或有效应对突发性藻类爆发导致的水质问题，具有重要应用价值。

本发明围绕预氧化、混凝等两个关键过程，提出一种适度氧化并提高藻细胞表面电性的方法以强化提高藻细胞去除效率并控制藻细胞胞内物质释放。本发明主要应用于饮用水厂净化，也可应用于以景观水体回用为目标的景观水处理以及富营养化水源藻细胞生长抑制等。

发明内容

本发明目的是针对以高藻水为水源且混凝除藻效果欠佳的饮用水厂，提供一种经济、有效、易于在工程中应用的方法，以有效改善除藻效果并控制胞内代谢物释放，进而降低后续消毒过程中因胞内物质释放导致的消毒副产物升高的问题。

本发明的技术原理在于，在水厂混凝单元之前投加高锰酸钾和三氯化铁的混合溶液与藻细胞进行反应。高锰酸钾具有一定的灭活和抑制藻细胞活动的能力，且高锰酸钾的氧化破坏藻细胞壁的能力较弱，不会显著导致藻类胞内物质释放；此外，高锰酸钾还原反应原位生成In situ MnO₂可沉积在藻细胞表面并提高其沉降性能。铁盐可直接通过电中和作用提高藻细胞表面电位，且铁盐水解反应原位生成的In situFe(OH)₃也可在藻细胞表面沉积提高表面电位及沉降性能。经上述处理，藻细胞经适度氧化且提高表面电位，混凝单元对藻细胞去除效果将显著提高。

本发明采取的技术方案如下：

1、将高锰酸钾与铁盐在充分搅拌下溶解，形成由高锰酸钾与铁盐组成的混合溶液。其中高锰酸钾与絮凝剂的摩尔比为5∶1～1∶10。所述的铁盐可选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硝酸铁等中的一种或大于一种以上的混合盐。