張 敏，崔福義，劉冬梅，張 鑫，王 偉，邵純紅

(1.黑龍江工程學院土木與建筑工程學院，哈爾濱150050;2.哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院，哈爾濱150090)

近10年，隨著水體富營養(yǎng)化日益加劇，劍水蚤在我國江河[1]、湖泊[2]和大中型水庫[3]中大量孳生，具有持續(xù)性和普遍性，已成為一種典型的季節(jié)性高發(fā)的飲用水水源污染問題.

劍水蚤具有抗藥性和較強游動性，可以穿透濾池.在我國北方哈爾濱[4]、天津、石家莊、大慶及吉林舒蘭[5]等大城市中的清水池或用戶家中都曾發(fā)現(xiàn).在深圳等南方大城市水廠水源水中也開始大量出現(xiàn)[6].劍水蚤在飲用水中的出現(xiàn)違反了《生活飲用水衛(wèi)生標準》中對感官性狀指標的規(guī)定，具有一定的不良感官影響，這會引起用戶對水質(zhì)的懷疑與恐慌.更為嚴重的是，劍水蚤是諸如血吸蟲、線蟲、裂頭蚴等水中致病生物的中間宿主，是傳播疾病的一個重要媒介[6－7].

水廠常規(guī)處理工藝無法徹底去除劍水蚤，我國現(xiàn)多采用高投量氧化劑在預氧化階段完全滅活劍水蚤的辦法，但會浪費藥劑增加經(jīng)濟負荷，產(chǎn)生多種副產(chǎn)物造成水質(zhì)安全問題，而且后續(xù)處理工藝僅起到單純截留劍水蚤死體的作用，未發(fā)揮出對低活性劍水蚤的強除蚤能力.目前有大量研究成果表明，當劍水蚤的活性降低到某一程度時，預氧化后的存活蚤不具備穿透濾池的能力，完全可被當做雜質(zhì)顆粒去除，然后采用與各種水處理工藝相結合控制劍水蚤污染[8－10].本文從劍水蚤滅活效果和降活效果入手，分析預氧化劑對劍水蚤活性影響的程度，篩選優(yōu)化出較好的預氧化方案，指導后續(xù)除蚤工藝的工作.同時通過原水與蒸餾水試驗結果對比考察原水中有機物質(zhì)對滅活效果的影響.

1 材料與方法

1.1 原水條件

試驗分別以蒸餾水和天然原水為水樣，劍水蚤密度為10個/L，水溫20℃.原水水質(zhì)情況見表1.

表1 試驗用水水質(zhì)條件

1.2 劍水蚤活性分類

原水中同一時刻的劍水蚤活性存在很大差別.按劍水蚤活動范圍、游動頻率和活性強弱程度，把劍水蚤在1 L原水中的活性分為5個級別，具體見表2.

表2 劍水蚤活性分類

1.3 試驗方法

在水廠取水口取水樣1 L，同時準備1 L蒸餾水.按試驗要求投加不同種類氧化劑，用玻璃棒適當攪拌至與水樣充分混合，測定不同條件下的滅活效果和降活效果.試驗結果列于圖1～6和表3.

投加的四種氧化劑分別為液氯、氯胺、臭氧和PPC，選取的投量范圍在我國大多數(shù)水廠的常規(guī)投量范圍之內(nèi).其中，利用次氯酸鈉溶液配制液氯;采用次氯酸鈉溶液和氨水溶液配制氯胺;臭氧在試驗前進行現(xiàn)場制備;PPC為提前配置好的穩(wěn)定溶液.

2 結果與討論

2.1 滅活效果與降活效果分析

由圖1～6所示，液氯、氯胺、臭氧和PPC四種預氧化劑的滅活效果隨投量和接觸時間的增加而增長.但因藥劑本身氧化特性不同，降活效果規(guī)律與滅活效果不一致[11－12].

在液氯原水試驗中，當投量和接觸時間增加時，劍水蚤滅活率隨之上升，存活的水蚤活性降低程度不顯著.當原水液氯從1.0 mg/L增加到3.0 mg/L時，劍水蚤去除率提高了80%，非常顯著.但存活水蚤的活性降低幅度不大，液氯1.0 mg/L時，存活水蚤屬于B級，液氯3.0 mg/L時存活水蚤大多屬于B級和C級，變化不顯著.

在臭氧原水試驗中，臭氧對劍水蚤的滅活效果相對液氯要差，2.0 mg/L投量時滅活70%，存活蚤數(shù)量較多，存活蚤活性與相比之下無明顯變化，歸為B級;投加1.0 mg/L時，由于臭氧的氧化刺激作用，水蚤活性高于B級.

由圖3可知，PPC的滅活效果不如液氯和臭氧，但是存活蚤的活性大多有所降低，且降低幅度比臭氧要明顯，存活蚤可歸B級和C級之間.當增加PPC投量后，存活水蚤活性能明顯降低，但色度會明顯增加.

由圖4～6所示，氯胺的滅蚤效果較好，可明顯降低存活水蚤的活性.在3.0 mg/L氯胺(氨氯比例1∶4)時滅活率效果一般(達75%)，但存活水蚤活性很低，屬于D級，對后續(xù)除蚤工作非常有利.另外，劍水蚤活性隨接觸氧化時間增加會明顯降低.如在氯胺2.0 mg/L(氨氯比例1∶3)時，在初始實驗20 min內(nèi)存活劍水蚤活性(B級)變化不明顯，進行到30 min時活性明顯降低，大部分可達C級，余下為D級.

2.2 原水試驗與蒸餾水試驗比較

對比圖1～6可知，相同投量和接觸時間條件下，蒸餾水試驗結果高于原水，且滅活效果隨投量和接觸時間的增加而增長，但增長幅度因藥劑氧化能力不同而差異較大.

由圖1知，液氯每增加1.0 mg/L，滅活率會提高5%～30%.液氯在蒸餾水中的滅活率一般比同條件下原水試驗要高6～%14%.這種差距會隨液氯量增加而變小，當投加1.0、2.5、3.0 mg/L 時，原水實驗滅活率比蒸餾水的分別低30%、15%、5%.原因在于原水中含有的天然還原類有機物，先與部分液氯反應，使得實際液氯質(zhì)量濃度降低，導致滅活率低于蒸餾水試驗.當液氯量增加后，液氯可把這少量有機物氧化完全氧化，余下大部分液氯與水蚤反應使滅活率增長，兩種水質(zhì)下滅活效果差距則逐漸縮小.

圖1 液氯滅蚤試驗結果

投加臭氧時，原水中滅活率明顯低于蒸餾水，臭氧2.0 mg/L時兩者相差了25%，差值明顯大于液氯.這是因為原水中有機物等的氧化消耗和分解消耗所致.

氯胺滅蚤實驗中，投量每增加1.0 mg/L，滅活率可平均提高約30%.劍水蚤滅活率還會隨氨氯比例增加而上升，因為氨氯比例的改變導致了氯胺中物種成分的變化，且氨本身也有一定的滅蚤效果.

當氯胺量同時增加，原水試驗中的滅活率低于蒸餾水試驗，且差距不斷增加.1.5 mg/L氯胺(氨氯比例1∶4)時，原水試驗低了 12.5%;2.5 mg/L氯胺(氨氯比例 1∶1)時增加到 18.75%;至 3.0 mg/L(氨氯比例1∶1)時差值達25%.這說明與原水有機物質(zhì)反應會消耗氯胺，且隨著投量增加消耗量也增加，氧化作用于劍水蚤的量相應減少.故，氯胺預氧化時要根據(jù)水質(zhì)條件選擇適宜投量，投量過大會與原水中有機物質(zhì)反應消耗，投量過小則達不到預定滅活效果.

圖2 臭氧滅蚤試驗結果

圖3 高錳酸鉀滅蚤試驗結果

圖4 有效氯1.0 mg/L時氯胺滅蚤試驗結果

圖6 有效氯3.0 mg/L時氯胺滅蚤試驗結果

2.3 預氧化劑對劍水蚤活性影響分析

液氯、臭氧、氯胺和PPC四種預氧化劑中，液氯和氯胺對劍水蚤的滅活效果好于臭氧和PPC.從降活效果考慮，氯胺和PPC的效果好于液氯和臭氧.

這是因為，一般情況下氯胺中 NH2Cl和以NHCl2同時存在.但氨氯比例變化會導致氯胺物種主要成分變化:氨氯比例在1∶1～1∶5內(nèi)，主要成分為 NH2Cl;當氨氯比例在1∶5 ～1∶7.6 之間，以氧化性強的NHCl2居多，但NHCl2本身不穩(wěn)定.氨氯比例在1∶1～1∶5時氯胺具有較好的滅活和降活試驗效果說明，雖然此時氯胺中NH2Cl占主要成分，其氧化作用能持續(xù)幾個小時甚至更長時間[11]，即使劍水蚤的堅硬厚實外壁對氧化劑具有較強抵抗能力，但在30 min接觸時間下NH2Cl氧化作用也持續(xù)充分發(fā)揮出來.此外，氨對劍水蚤也有一定的滅活效果.

液氯是一種強氧化劑，主要靠HOCl氧化破壞細胞膜進入體內(nèi)進行破壞.但是劍水蚤本身具有堅硬的外殼，抗氧化性較強.液氯的氧化持續(xù)能力不足以支持其完成破壞作用.相比之下，氯胺雖然氧化能力稍弱，但是氧化持續(xù)能力大大超過液氯.

臭氧對劍水蚤的降活效果不理想是因為臭氧氧化能力不穩(wěn)定且持續(xù)能力差.一方面，臭氧在原水中自我分解.原水中大量天然有機物、細菌和藻類等微生物等與臭氧可在約20 min內(nèi)反應結束，且原水中某些物質(zhì)還可加速臭氧的反應速度，使臭氧質(zhì)量濃度快速降低.另一方面，劍水蚤有堅硬外殼，需30 min以上才可能產(chǎn)生破壞作用，而臭氧有效作用時間相對要短，所以臭氧滅蚤效果不顯著.

PPC雖然在降活效果方面較好，但由于投量較低對劍水蚤滅活效果較差.可以考慮與其他預氧化劑聯(lián)用進行除蚤.

2.4 去除劍水蚤預氧化劑的比較選擇

當預氧化后的存活水蚤活性低到一定程度(C級及C級以下)，就可以被后續(xù)處理工藝當作雜質(zhì)顆粒完全去除，不必必須采用高投量的徹底殺滅方法.因此從活性和經(jīng)濟性兩方考慮，選取一種理想的預氧化劑，達到低投量、高滅活、高降活、利安全的效果即可.從表3的試驗結果中可知，液氯雖然滅活效果顯著但是降活效果一般;臭氧的降活和滅活效果均不理想，而且需要現(xiàn)場制備，成本較高;PPC由于投量較低滅活效果不佳;氯胺(2.0 mg/L，氨氮比例1∶3～1∶4)投量不高，滅活和降活效果相對較好，是一種比較理想的氧化劑.

表3 存活劍水蚤活性試驗結果表(原水試驗)

3 結論

通過對四種氧化劑的在蒸餾水和原水中的除蚤試驗研究，可以得到以下結論:

1)采用預氧化氧化后，存活蚤活性可以低到C級和D級，活動能力較低.

2)氯胺和PPC對劍水蚤的降活效果好于臭氧和液氯.2.0 mg/L氯胺和1.0 mg/L PPC可使活性分別降至C+D級和B+C級.

3)四種氧化劑的滅活效果強弱順序為:液氯、氯胺、臭氧、PPC.原水中的有機物質(zhì)等對劍水蚤的滅活效果有顯著影響.

4)氯胺(2.0 mg/L，氨氮比例 1∶3 ～1∶4)具有較好的氧化能力和較強的持續(xù)接觸能力，對劍水蚤的滅活和降活效果相對較好，是一種比較理想的氧化劑.

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