唐友堯，王桂榮
（華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢，430074）

　　摘要：漢江是長(zhǎng)江的最大支流，是陜西、湖北兩省沿岸居民生活用水和工業(yè)用水的重要水源。隨著沿岸人口的增加，工業(yè)的發(fā)展，排污量不斷增加，使?jié)h江水質(zhì)逐年下降，于近幾年多次出現(xiàn)水華。本文在調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)漢江水華成因進(jìn)行了分析并提出了防治措施，供有關(guān)部門參考。
　　關(guān)鍵詞：水華 ； 成因分析 ； 防治

Han-JIANG River “algae bloom”Cause Analysis and Prevention
Wang GuiRong
(Institute of Environmental Science and Engineering, HUAZHONG University of Science and Technology, WUHAN， 430074)

　　Abstract: Han-JIANG river is the largest branch of Yangtze river and important water resource of people living and industry production in SAN-XI province and HU-BEI province. With people increasing and industry developing, sewage is increasing constantly, so that water quality of Han-JIANG gets worse year by year. In recent server years, Han-JIANG breaks out "algae bloom" many times. Based on investigation, the paper makes analysis on cause of Han-JIANG" algae bloom" and put forward prevention measure as reference to some departments.
　　Key Words: algae bloom cause analysis prevention

前言：

　　漢江是長(zhǎng)江的最大支流，全長(zhǎng)1532km，年徑流總量為591億立方米。流域面積15.1萬(wàn)平方米。漢江是陜西、湖北省沿岸居民生活用水和工業(yè)用水的重要水源。早在70年代，漢江的水質(zhì)一直符合地面水二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但自90年代以來(lái)，隨著人口的增加，工業(yè)的發(fā)展，污水大量排入漢江。據(jù)98年調(diào)查統(tǒng)計(jì)，沿途接納工業(yè)廢水和生活污水7億m3/年，在漢江干流形成大小不等的污染帶20多條，總長(zhǎng)度達(dá)10km，使?jié)h江水質(zhì)逐年下降，尤其是漢江中下游湖北境內(nèi)的水域的水質(zhì)有逐漸惡化的趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為水中藻類逐年增加（見(jiàn)下表），特別是1992年、1998年和2000年的初春先后多次發(fā)生水華，即硅藻大量繁殖，水色發(fā)褐，并伴有腥味，使?jié)h江中下游水廠凈化處理發(fā)生嚴(yán)重困難，用水水質(zhì)急劇下降。漢江水華的頻繁發(fā)生是漢江水質(zhì)惡化的標(biāo)志，給沿岸人民的健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)極大的損失，已引起政府和有關(guān)部門的高度關(guān)注。

90年代漢江藻類總數(shù) 年份 藻類總數(shù)（個(gè)／升） 備注 1992年 1.57×10⁷ 水體發(fā)褐 1996年 0.15×10⁷ 1997年 1.0×10⁷ 1998年 1.70×10⁷ 水體發(fā)褐 2000年 3.62×10⁷ 水體發(fā)褐

1.漢江“水華”成因分析

　　據(jù)有關(guān)硅藻大量增殖的室內(nèi)研究表明，硅藻的大量繁殖與營(yíng)養(yǎng)濃度的高低關(guān)系密切，硅藻細(xì)胞的增長(zhǎng)率隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)濃度的減少而降低，培養(yǎng)液中的主要營(yíng)養(yǎng)元素，尤其是氮和硅則隨藻類細(xì)胞的增長(zhǎng)而降低。磷的含量雖也隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)逐步下降，但變化幅度不大。當(dāng)在培養(yǎng)液中氮濃度下降至最低點(diǎn)時(shí)補(bǔ)充氮源，幾乎停止增長(zhǎng)的硅藻細(xì)胞又可繼續(xù)增長(zhǎng)。
　　光強(qiáng)和溫度對(duì)硅藻的生長(zhǎng)也有影響，在一定的光強(qiáng)范圍內(nèi)，硅藻的生長(zhǎng)隨光強(qiáng)的增加而加快：當(dāng)光強(qiáng)低于2000lux時(shí)，硅藻細(xì)胞仍可正常繁殖，2000-5000lux時(shí)，生長(zhǎng)最佳，但當(dāng)光強(qiáng)提高到8000lux時(shí)，生長(zhǎng)速度明顯減慢，10000lux時(shí)細(xì)胞變白，生長(zhǎng)完全停止。硅藻適宜的溫度相對(duì)低一些，在初春或初冬生長(zhǎng)最好。
　　據(jù)此認(rèn)為，近幾年漢江下游幾次發(fā)生硅藻細(xì)胞量猛增，出現(xiàn)硅藻水華和水質(zhì)惡化的“突發(fā)”性現(xiàn)象，主要是以下原因引起的：
　　1.1大量的污水排入漢江，特別是氮肥廠、磷肥廠的污水，為硅藻的繁殖提供了營(yíng)養(yǎng)元素。
　　1.2充足的陽(yáng)光、適宜的溫度為硅藻的繁殖創(chuàng)造了良好的氣候條件。近幾年漢江水華均發(fā)生在2月，天氣較暖，陽(yáng)光充足，水溫一般在7～10℃,適宜于硅藻生長(zhǎng)。
　　1.3 漢江水華發(fā)生時(shí)正處于枯水期，水的自凈能力大大降低。加之長(zhǎng)江汛期比漢江早，對(duì)漢江產(chǎn)“頂托”，使?jié)h江水流速度更加緩慢，呈現(xiàn)湖泊水狀態(tài)，為硅藻生長(zhǎng)繁殖提供了“溫床”。

2.藻類處理及防治

　　原水中的藻類會(huì)嚴(yán)重影響常規(guī)處理效果。由于藻類形成的濁度其ζ電位較高，且具有較高的穩(wěn)定性，因此混凝劑對(duì)含藻懸浮顆粒脫穩(wěn)效果較差，形成的絮體強(qiáng)度較弱、體形較小、易穿透濾層。藻類和其他微生物滅活后的殘骸形成腐殖質(zhì)產(chǎn)生臭味物質(zhì)，或氯與藻類代謝化合產(chǎn)生臭味物質(zhì)，這些物質(zhì)進(jìn)入管網(wǎng)送至用戶，而使自來(lái)水中帶“腥味”，影響居民身心健康。常規(guī)處理工藝很難去除水中的藻類和臭味。目前除藻方法有以下幾種：
2.1 化學(xué)預(yù)氧化法
　　化學(xué)預(yù)氧化法是通過(guò)氧化劑來(lái)氧化破壞水中的藻類和有機(jī)物。目前采用的氧化劑主要有臭氧、二氧化氯、過(guò)氧化氫等。
2.1.1 臭氧
　　傳統(tǒng)的預(yù)加氯預(yù)氧化和消毒，雖能部分去除藻類，但是預(yù)加氯過(guò)程中氯與源水中較高濃度的有機(jī)物作用會(huì)生成對(duì)人體有害的鹵代有機(jī)物，如三鹵甲烷等致癌物質(zhì)。近年來(lái)，毆美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家采用臭氧預(yù)氧化除藻。臭氧是一種很強(qiáng)的氧化劑，投入水中后，可氧化難于被生物分解的大分子有機(jī)物為易于被生物降解的中小分子有機(jī)物；還可去除鐵、錳。藻類被氧化劑氧化后，會(huì)釋放出有機(jī)碳、土腥臭代謝物，這些產(chǎn)物會(huì)被臭氧立即氧化掉，而其他氧化劑對(duì)消除這些代謝物的味與臭不起作用，這是臭氧的優(yōu)勢(shì)。臭氧化技術(shù)雖然效果好但設(shè)備投資大，運(yùn)行操作管理技能要求嚴(yán)，運(yùn)行費(fèi)用較高。
2.1.2 二氧化氯
　　近年來(lái)，應(yīng)用二氧化氯為飲用水處理的消毒劑和氧化劑已受到國(guó)內(nèi)普遍關(guān)注。二氧化氯應(yīng)用于水處理有如下優(yōu)點(diǎn)：①與有機(jī)物反應(yīng)不會(huì)生成三鹵甲烷等致癌物質(zhì)；②氧化鐵、錳能力比氯強(qiáng)；③降低出廠水的嗅閾值；④有較強(qiáng)殺菌能力，其殺生力優(yōu)于氯；⑤不會(huì)與氨氮反應(yīng)生成氯胺。目前在美國(guó)有四百多家水廠，在歐洲有數(shù)千家水廠在應(yīng)用二氧化氯。與臭氧相比，二氧化氯工藝投資少，產(chǎn)率高。但二氧化氯工藝也存在以下缺點(diǎn)：一是制取二氧化氯不盡如人意，不論以亞氯酸鈉、氯酸鈉為原料的化學(xué)法還是已食鹽為原料的電解法來(lái)制取二氧化氯，要么原料價(jià)格很高，要么裝置復(fù)雜。鑒于以上問(wèn)題，作者認(rèn)為目前存在幾個(gè)問(wèn)題急需解決：一是解決亞氯酸鈉原料的生產(chǎn)供貨途徑，呼吁化工行業(yè)組織批量生產(chǎn)，以降低其價(jià)格；二是面對(duì)廣大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，加速研制出高產(chǎn)率的二氧化氯發(fā)生器，提高純度，降低成本，這樣可為二氧化氯廣泛應(yīng)用開(kāi)辟?gòu)V闊的前途。
2.1.3 過(guò)氧化氫（H₂O₂）
　　過(guò)氧化氫（H₂O₂）預(yù)氧化對(duì)水中有機(jī)物染物和氨氮都具有相當(dāng)高的去除率。過(guò)氧化氫的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位高于KMnO4、CLO2，能直接氧化水中有機(jī)物染物和構(gòu)成微生物的有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)，其本身只含氫和氧兩種元素，分解后成為水和氧氣，使用中不會(huì)引入任何雜質(zhì)。在飲用水處理中過(guò)氧化氫分解速度很慢，可保證較長(zhǎng)時(shí)間的殘留消毒作用，又可作為脫氫劑，不會(huì)產(chǎn)生有機(jī)鹵代物，故過(guò)氧化氫是較為理想的飲用水預(yù)氧化劑和消毒劑。但過(guò)氧化氫預(yù)氧化對(duì)藻類的抑制有待在生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)中考查。
2.2 化學(xué)藥劑法
　　在室內(nèi)條件下測(cè)試了兩種無(wú)機(jī)絮凝劑即聚硫酸鐵(P-Fe)和聚合氯化鋁(PAC)的除藻作用。在5個(gè)1000ml的燒杯中各裝800ml人工培養(yǎng)的混合藻液并分別加入不同劑量的上述絮凝劑，先快速(260r/min)攪拌1min，再慢速(45r/min)攪拌4min，然后靜置20min，逐一測(cè)定上層清夜的藻類細(xì)胞密度，并求出每一燒杯的除藻率。當(dāng)PAC的用量為20mg/l時(shí)，除藻率可達(dá)70%以上。可見(jiàn)，絮凝劑不失為一種有效的除藻手段，但絮凝劑有可能對(duì)水體產(chǎn)生二次污染。
2.3 超聲輻射
　　超聲輻射化學(xué)反應(yīng)在1927年由美國(guó)學(xué)者Richards和Loomis首次報(bào)道。八十年代以來(lái)，英、法、美、德等歐美國(guó)家以及亞洲的日本、韓國(guó)、印度等紛紛致力于超聲空化降解有機(jī)物研究。近年來(lái)我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)和大陸的一些大學(xué)也開(kāi)始了這方面的研究。同濟(jì)大學(xué)研究了超聲輻射對(duì)三鹵甲烷、四鹵化碳的降解效果和機(jī)理以及超聲殺菌效果。目前超聲空化降解有機(jī)物技術(shù)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始受到越來(lái)越多的關(guān)注和研究。頻率在16khz以上的超聲波輻射會(huì)引起許多化學(xué)變化，稱為超聲空化。它是液體中的一種復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象，液體中的微小泡核在超聲波作用下被液化，表現(xiàn)為泡核的震蕩、生長(zhǎng)、收縮及崩潰等動(dòng)力學(xué)過(guò)程。其降解有機(jī)物的機(jī)理為：超聲空化在溶液中形成局部高溫高壓區(qū)，生成高濃度氧化性物質(zhì)如 oOH和H₂O₂，以及形成超臨界水。這樣超聲空化通過(guò)三種途徑來(lái)氧化有機(jī)物：（1）自由基氧化；（2）高溫?zé)峤猓唬?）超臨界水氧化。經(jīng)有關(guān)專家研究，超聲對(duì)降解濃度在50-350mg/l的鹵代烴（氯甲烷、氯仿、四氯化碳）的降解率為72-99.9%。對(duì)于除藻有待于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。
　　超聲空化技術(shù)利用聲解將水體中的有機(jī)物降解為小分子的無(wú)機(jī)物，將有毒有害物質(zhì)降解為無(wú)毒或毒性小的物質(zhì)，具有操作方便、高效、無(wú)污染或少污染的特點(diǎn)，是一項(xiàng)很有應(yīng)用前景的水處理新技術(shù)。
　　對(duì)于水中藻類的去除除了上述方法外，還可以采用激光、等離子等手段，但必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)證明。
　　要保護(hù)漢江各江段及支流的水質(zhì)，防止藻類過(guò)量繁殖和形成藻類水華，一方面積極研究一些新的除藻藥劑以及對(duì)傳統(tǒng)工藝作一些改進(jìn)，另一方面必須制定切實(shí)可行的環(huán)保措施，嚴(yán)格控制沿岸污染帶及污染負(fù)荷，盡量限制高濃度污水排入漢江。

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