藻类污染控制及藻毒素的去除

蓝藻污染控制及藻毒素去除 1研究背景 1.1蓝藻污染的现状 蓝藻是一种单细胞水生生物， 通常数百个蓝藻细胞聚在一起， 由 于细 胞中含有气泡核， 所以蓝藻能浮游在水面。 浮游在水面的蓝藻群 体增值到 一定程度便形成水化现象。大规模的蓝藻爆发，被称为“绿 潮”。据报道我 国近几年蓝藻污染事件频发， 导致大规模水体被污染。 其中，滇池、玄武 湖、太湖等淡水湖先后爆发蓝藻污染事件，引起各 界的广泛关注。 蓝藻的泛滥,会造成鱼虾死亡,导致水体污染,水道堵塞,对人类 的生 产和生活造成严重的影响,除此之外,蓝藻还会分泌产生藻毒素。 1.2藻毒素的危害 囊藻毒素是一类具有生物活性的七肽单环肝毒素， 会严重地危害 人类的健康.有数据表明,蓝藻毒素是诱发肝癌的重要原因之 一.我国 的医务人员曾对蓝藻毒素做过相关的研究,结果表明,蓝藻毒素与 乙 型肝炎、 黄曲霉素 三害联手 诱发肝癌的概率远大于单一因素或 双害因 素的致癌概率.实验表明,携带以上三种毒素的转基因鼠肝癌发 病率半年达 到了32 ,而一年后更是高达56以上.而且,蓝藻毒素 能引起学龄儿童的 肝损伤,从小埋下罹患肝癌的祸根. 1.3研究的目的和意义 综上所述， 蓝藻大范围的爆发会对水体造成严重影响。 首先富营 养化 会影响水体的水质， 会造成水的透明度降低， 使得阳光难以穿透 水层，从 而影响水中植物的光合作用， 可能造成溶解氧的过饱和状态。 溶解氧的过 饱和以及水中溶解氧少， 都对水生动物有害， 造成鱼类大 量死亡。同时， 因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为 优势种的大量水藻，形 成一层 “绿色浮渣 ”，致使底层堆积的有机物质 在厌氧条件分解产生的有 害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也 会伤害鱼类。 其次暴发的蓝藻多 数具有毒性， 其释放的藻毒素是强烈 的肝脏肿瘤促进剂， 会对人体及牲畜 的健康产生影响， 更有报道有动 物或人类饮用或接触含藻毒素水而中毒甚 至死亡。 所以，蓝藻污染控 制的技术及藻毒素的去除技术对保证安全用水 及人体身体健康具有 重要意义。 2蓝藻类污染物的控制技术 目前蓝藻污染控制单元技术可归结为物 理、 化学和生物方法等三 种。 2.1 物理法 2.1.1微滤机过滤法 对于低浊高藻的湖泊水可用微滤机除藻。微滤是一 种简单的物。 过滤方法，采用滤网以除去水中大于或等于滤网孔径的浮游动物和藻 类。 1980〜1981年，湖南大学与抚顺自来水公司对大伙房水库水行 微滤机除藻 试验【1351，使用国产II号网（径100，纬700），微滤机 产水量可达 30.7〜127.2 m3/m2h,藻类去除率平均为61，浮 游动物去除率可达 99．7％。虽然滤网对藻类的去除效果优于混凝沉 淀，但对浊度、色度、 CODM。的去除率都很低，远不及混凝沉淀。 2.1.2气浮法 藻类密度一般较小， 其絮体不易沉淀， 采用气浮法可克服这一不 利因素。武汉东湖水厂1975年改建的气浮池，除藻效率在60〜70, 1980年该厂又建造了一个4万m3/d气浮-移动罩滤池，除藻 效率达90％ 左右。溶解气浮fDIAF的除藻率达90％，溶气气浮DAF对18种藻类 的去除率达80以上。气浮法的主要问题是藻渣难以处 理,气浮池附近臭味 重,操作环境差。另外,藻类可依赖其浮沉调节 机制对气浮工艺造成影响。 故为达到较好的除藻效果, 气浮前需进行 预加氯,破坏藻细胞,由于水中有机 物含量高,预氯化过程易产生大 量THMs和TOX等,会降低饮水安全性。 同时气浮池对浊度的去除 效果较差,进水浊度高时,会影响后续工艺如滤池的 处理。 2.1.3磁分离技术 高梯度磁分离技术将磁场力与藻细胞表面的负电性结 合起来而 除藻。大梯度磁滤器占地省,对藻类及有机物的去除均优于砂滤器。 张朝升 的试验表明，含藻量1. 366X10 7个/L的原水直接通过磁滤 器磁场强度 0,201T，去除率可达55。6。 2.1.4直接过滤法 当湖泊水浊度较低时, 可采用直接过滤处理。 武汉工业大学进行 的辐 射流滤池直接过滤试验中, 原水在含藻量不超过40000万个／升 时,经加 矾、加助凝剂聚丙烯酰胺后,进入旋流反应池反应5min, 再经辐射流均粒滤 料过滤器减速过滤,除藻率可达70.5一89。 活性砂絮凝沉淀试验中，悬 砂浓度在12000mg/L,液面上升速度不 大于3mm／s，PAM与砂粒的投 量比为310000时，除藻率可达80％ 以上。工艺实质是流化床接触絮凝 澄清（过滤）试验，上升水流中的微 粒在微涡体运动场中， 依靠活性砂 表面吸附的高分子絮凝剂， 利用其 较大的表面和吸附力， 通过架桥和网捕 作用， 截流水中藻类和其他微 粒。 2.2 化学法 2.2.1除藻剂法 化学药剂可与构成微生物蛋白质的半觥氨酸的SH基反应使以SH基为 活性点的酶钝化，并可破坏某些藻类的细胞壁、细胞膜及细 胞内含物而使其 灭活甚至解体， 从而可杀灭活体藻细胞。 目前常用的 除藻剂有硫酸铜、 氯、二氧化氯等。另外合成和筛选出的杀藻剂还有 松香胺类、三连氨衍生 物、有机酸、醛、酮和季胺化合物， 高锰酸钾、 磷的沉淀剂等无机物。 应用最广泛的杀藻剂是硫酸铜， 多用于源水杀藻。 但控制藻类生 长的 硫酸铜浓度一般须大于0．1mg／L，这会导致水中铜盐浓度上升， 危害人 体健康。另外，在源水体中施用杀藻剂后，死藻仍留在水体中 营养物质不能 移出水体，必须连续或间歇加注，因此耗药量大。且费 时费力，应用并不是 十分普遍。同时有资料表明使用硫酸铜会破坏 藻细胞， 使细胞内大部分 藻毒素释放进入水体中。 为提高硫酸铜的功 效，减小硫酸铜的毒害作用， 尹澄清等经研究发现在围隔中用铁热、 铝盐作增效剂后，0.20.3m// L的 铜离子就可控制微囊藻水华的生 长。 2.2.2臭氧氧化法 臭氧在水处理中可起到脱色、除昧、消毒、助凝等多 种作用。 Sukenik等对比了氯、二氧化氯、臭氧对微小藻类混凝的影响，结果 表明 臭氧能起到很好的杀藻作用， 死亡的藻细胞易于在后续工艺中 去除。由于 臭氧可改变藻类分泌物的性质， 使藻类胞外分泌物分子量 变小，经臭氧处 理后的水所需混凝剂用量最低。 另外当臭氧的投加量 达到或超过4．0mg ／L时可使水的致突变性减小甚至消失，但水中 的AOC会大量增加。故臭 氧可作为预处理并需与传统水处理工艺结 合使用。 2.3生物法 生物处理工艺由于操作方便、易于管理、处理效率高、占地面积 小 成本低等优点近几年来已逐渐受到国内外研究者的重视， 但相关研究 还 不深入。 2.3.1有效微生物除藻试验 吕锡武等发现，水体中一些微小动物对藻类及 其有毒副产物的生物 降解起着十分重要的作用。 现己发现多种粘细菌、 蓝 藻嗜菌体和真菌 能裂解藻类营养细胞或破坏细胞的某一特定结构。 李雪梅 等人通过从 自然界筛选出各种以光合细菌、 放线菌、酵母菌和乳酸菌为主 的微生 物，用特定的方法混合培养形成有效微生物群进行降解研究并发现 当在水体中投加有效微生物群后，水表面和水下0.5m.水体中的Chl-a含量、 总氮、总磷和高锰酸钾指数都下降，而水中的溶解氧和水体透 明度相应的上 升。