楊賢群等

【摘 要】隨著人類活動(dòng)對水域生態(tài)系統(tǒng)的影響日益加劇，富營養(yǎng)化已成為全球性的重大水環(huán)境問題。本文對國內(nèi)外藻類的去除技術(shù)進(jìn)行了論述，系統(tǒng)分析了目前各除藻技術(shù)的去除效果和局限性，并介紹了一種高級氧化（臭氧）——微納米氣泡聯(lián)合殺藻的技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】藍(lán)藻；去除；臭氧；微納米氣泡

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長和人口的增加，人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)加快了湖泊的富營養(yǎng)化進(jìn)程。從1986年南京玄武湖藍(lán)藻的第一次暴發(fā)，到2007年無錫太湖的藍(lán)藻事件；到去年8月江西九江由于連續(xù)高溫致使藍(lán)藻再次暴發(fā)。到目前為止我國有88.6%的湖泊呈富營養(yǎng)化狀態(tài)，大面積的藻類暴發(fā)，嚴(yán)重破壞了水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定，因此對含藻水的治理成為給水處理中最緊迫的任務(wù)之一[1]。

1.國內(nèi)外藻類去除技術(shù)的研究進(jìn)展

1.1生物除藻

生物除藻是利用水生生物吸收利用氮、磷元素進(jìn)行代謝活動(dòng)以去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的方法。利用水生植物凈化水體中的氮磷，具有成本低、對環(huán)境擾動(dòng)小、二次污染小等特點(diǎn)。

生物除藻是以大型水生植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，凈化污水。 經(jīng)過植物直接吸收、微生物轉(zhuǎn)化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和懸浮顆粒，同時(shí)對重金屬分子也有降解效果[2]。水生植物一般生長快，收割后經(jīng)處理可作為燃料、飼料，或經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。

由于目前需要進(jìn)行水體生態(tài)修復(fù)的水系條件一般介于V類和劣V類之間，富營養(yǎng)化程度較高，不適合植物生長，利用水生植物來恢復(fù)水體中氮磷相對來說仍然比較困難，但水生植物凈化水體中的氮磷依然是一種切實(shí)可行的富營養(yǎng)化治理方法，該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。

1.2化學(xué)除藻

化學(xué)藥劑法是一種工藝簡單、操作方便的有效殺藻方法。目前，常用的殺藻劑主要有 CuSO4、高錳酸鹽、液氯、ClO2、O3和 H2O2等。雖然CuSO4、高錳酸鹽、液氯、ClO2等化學(xué)殺藻劑是當(dāng)前化學(xué)控藻技術(shù)的主體，但在抑藻的同時(shí)也造成了二次污染，對其他水生生物也同樣存在毒性，即使在短期內(nèi)沒有不良反應(yīng)，也可能因在水生生物內(nèi)富集、殘留而存在長期危害，此外被殺死的藻類仍存留于水中，并未解決藻類生長的根源即氮、磷的循環(huán)問題[3]。因此，常規(guī)化學(xué)殺藻劑在大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用上存在許多局限性。

1.3物理除藻

物理除藻有直接過濾與活性炭吸附、氣浮除藻等方式。

對于低濁高藻的湖泊水可采直接過濾（微濾機(jī)）的方式，微濾機(jī)多采用孔眼為20～40m的濾網(wǎng)，它對藻類的去除率為40%～70%，對懸浮物的去除率可達(dá)97%～100%[4]。

活性炭吸附對藻類、藻毒素的去除效果很好，但水中的有機(jī)物會(huì)影響活性炭的吸附，且活性炭再生也較困難，這使處理成本大大提高[5]。

1.4物理化學(xué)法聯(lián)用

目前應(yīng)用較多的是臭氧和氣浮聯(lián)用技術(shù)。巴黎的Joinville水廠對含有2×107個(gè)/L綠藻的原水進(jìn)行中試試驗(yàn)，采用氣浮-預(yù)濾-慢濾-臭氧-GAC過濾-消毒工藝，獲得極佳的除藻效果，除藻效率可達(dá)95%～99%[6]。

2.高級氧化（臭氧）——微納米氣泡聯(lián)合殺藻

2.1臭氧在藻類滅活中的研究

臭氧的氧化還原電位僅次于氟，是一種氧化性極強(qiáng)的強(qiáng)氧化劑，容易與水中有機(jī)物的—C=C—雙鍵反應(yīng)，具有極強(qiáng)的殺滅藍(lán)藻等微生物的特性。臭氧殺藻機(jī)理通常是通過化學(xué)、物理以及生物等多方面多種途徑來綜合殺滅藻類，主要有以下幾方面：藻類細(xì)胞的細(xì)胞膜在臭氧氧化作用下通透性受到破壞，胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生外泄；臭氧氧化作用下細(xì)胞內(nèi)用于維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)的酶類變異，失去活性；破壞細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)，致使細(xì)胞正常的新陳代謝活動(dòng)受到不可逆的抑制，進(jìn)而使細(xì)胞死亡。

然而，在實(shí)際的水處理中臭氧的投加量一般只有幾個(gè)mg/L，只能部分氧化有機(jī)物，生成醛、酮、酸等中間物，利用率低，因而單獨(dú)使用臭氧發(fā)生器的去除效果不顯著。

2.2微納米氣泡

通常把直徑在幾十微米和數(shù)百納米的微小氣泡稱為微納米氣泡，其具有與普通氣泡不同的特性，微納米氣泡由于尺寸小，能表現(xiàn)出有別于普通氣泡的特性，如存在時(shí)間長、較高的界面ζ電位和傳質(zhì)效率高等特性[7]。由于微納米氣泡這些特性，使其在與界面科學(xué)相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。

存在時(shí)間長——普通氣泡由于尺寸較大在水中受到的浮力遠(yuǎn)大于自身重力，因而會(huì)迅速上升到水面而破裂。而微納米氣泡由于自身體積很小，在水中所受浮力相應(yīng)也很小，從而表現(xiàn)出上升緩慢的特性。

傳質(zhì)效率高——當(dāng)氣泡直徑較小時(shí)，微納米氣泡受到表面張力影響，使得氣泡內(nèi)部壓力遠(yuǎn)大于外界液體壓力，從而壓縮氣泡內(nèi)部氣體形成了自增壓效應(yīng)。當(dāng)氣泡內(nèi)部發(fā)生自增壓時(shí)，內(nèi)部壓力不斷增大，從而促進(jìn)了氣泡內(nèi)部氣體穿過氣液界面溶解到液相中[8]。

2.3高級氧化（臭氧）——微納米氣泡聯(lián)合殺藻

將微氣泡發(fā)生器與臭氧發(fā)生器相結(jié)合，可專門用于河湖應(yīng)急治理，處置各類可能發(fā)生突發(fā)性水污染狀況。利用微氣泡全水層擴(kuò)散等特性解決了臭氧殺藻過程中有效范圍小的問題。

臭氧發(fā)生器是用于制取臭氧的設(shè)備裝置，在微氣泡上加配臭氧發(fā)生器，利用臭氧作為氣源，臭氧隨微納氣泡在水中擴(kuò)散，臭氧化學(xué)性質(zhì)特別活潑且溢失率低，利用率高，在一定濃度下可破壞藻類細(xì)胞結(jié)構(gòu)，迅速殺滅水體中銅綠微囊藻，沒有任何有毒殘留，不會(huì)形成二次污染。

3.結(jié)論

在研究應(yīng)急處理突發(fā)性環(huán)境污染物方法時(shí)，應(yīng)遵循國際化學(xué)科學(xué)研究的前沿——綠色化學(xué)12條原則和國際環(huán)境科學(xué)研究前沿——高級氧化技術(shù)原則，力求實(shí)現(xiàn)零環(huán)境污染、零廢物排放。眾所周知，臭氧是具有極強(qiáng)氧化能力的氧化劑。它具有極強(qiáng)的殺滅藍(lán)藻等微生物的特性，同時(shí)又具有除臭、脫色的特性。

高級氧化（臭氧）——微納米氣泡聯(lián)合殺藻將微氣泡發(fā)生器與臭氧發(fā)生器相結(jié)合，利用微氣泡全水層擴(kuò)散等特性，使臭氧隨微納氣泡在水中擴(kuò)散，在一定濃度下可破壞藻類細(xì)胞結(jié)構(gòu)，迅速殺滅水體中銅綠微囊藻，沒有任何有毒殘留，不會(huì)形成二次污染。這種方法不但可以有效殺滅壓載水中生物，同時(shí)做到零污染、零殘留物，是一種切實(shí)可行的殺藻方法。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]錢凱先.國內(nèi)外湖泊富營養(yǎng)化研究及對策[J].環(huán)境科學(xué)，1988，9（2）：59-63，11.

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[8]Talahashi M，Chibak，LiP.Free-Radical Generation from Collapsing Microbubbles in the Absence of a Dynamic Stimulus[J].J Phys Chem B，2007，111（6）：1343-1347.