二氧化氯灭藻效果研究

二氧化氯灭藻效果研究

山东山大华特科技股份有限公司  济南市自来水公司

〔摘要〕对不同藻种，采用不同二氧化氯浓度、不同的接触时间、不同的酸度值检测藻类叶绿素a（Chla）去除率，试验结果表明：二氧化氯具有良好的杀灭效果。
〔关键词〕富营养化；藻类；叶绿素a（Chla）；去除率
水作为一项重要的自然资源在国民经济中占有重要地位。但是，近年来由于只重视抓经济建设，忽视了对生态环境的影响，造成了土壤、大气、水体的污染，特别是由于含有氮、磷等物质的污水排放到湖泊、河流、水库中，造成了氮、磷等营养物质的富集，在条件适宜时，藻类及其他浮游生物迅速繁殖，使水中溶解氧减少，水质恶化，严重的甚至引起鱼类死亡。
藻类在繁殖代谢过程中，产生具有臭味的物质使水体难以饮用；产生的毒素在水体中有致畸、致突变作用；藻类自身会阻塞滤池、管网，因此，改善水质，去除藻类十分关键。
本研究采用二氧化氯作为预氧化方式，实验室模拟结合部分现场实验研究二氧化氯对藻类的杀灭作用，并与其他常见杀藻剂作简单的比较。
一、实验室部分
1、设备与材料
藻类来源：从中科院武汉水生所购买纯藻种（蓝藻、绿藻和硅藻），按照《中国淡水藻类》提供的培养基配方进行培养，经镜检达到一定藻密度后，进行藻类杀灭实验研究。
设备：7530G紫外可见分光光度计，显微镜，叶绿素a测试系统等。
2、方法与条件
实验室模拟：采用华特二氧化氯发生器的吸收液。
二、结果与讨论
1、不同浓度下，反应时间与藻类去除率的关系

去除率% 接触时间（min）
5        10      15    20        30
处理浓度（mg/L）
 2.6 50.5 59 60 61 62
 3.1 70.5 72 75 77 78
 3.5 82.5 82.5 83 83 83.5
 4.4 90 91 92.5 93 93

可以看出：
⑴随ClO2投加量的升高，藻类叶绿素a（Chla）去除率显著升高，在反应时间为5分钟，ClO2投加量从2.6 mg/L增加到4.4 mg/L时，叶绿素a（Chla）去除率从50.5%提高到90%；
⑵在同一投加量下，叶绿素a（Chla）去除率随反应时间延长而提高，但增加幅度在不同时间段有所不同；当反应时间从5分钟延长到10分钟时，去除率增加幅度较大，反应时间超过10分钟，去除率随反应时间延长增加幅度不明显。因投加量增加到4.4 mg/L时，叶绿素a（Chla）去除率已增加到91%，即在10分钟的反应时间里，水样中藻类大部分已被去除，故延长反应时间，去除效率提高幅度不大。
2、二氧化氯对不同藻种的杀灭实验
藻类根据其各种特性分为10门：蓝藻门、绿藻门、硅藻门、裸藻门、轮藻门、金藻门、黄藻门、甲藻门、褐藻门、红藻门。一般污染水源中比较常见的是蓝藻、绿藻、硅藻。故只取此三种藻做杀灭实验。绿藻有明显的细胞核，绝大多数具细胞壁，细胞壁含有的物质以纤维素为主，叶绿素和其他一些色素均在叶绿体中，运动细胞具等长的鞭毛。蓝藻又名蓝绿细菌，细胞结构简单，只具有原始核，没有核膜和核仁，没有叶绿体及其他细胞器，在细胞壁外常有一层果胶质衣鞘。硅藻为单细胞藻类，形体象小核，由上壳和下壳组成，细胞壁由硅质和果胶构成，硅质在外层，因而其细胞壁厚且坚硬。

 
A：蓝藻门某藻属              B：蓝藻门某藻属     
C：绿藻门某藻属              D：硅藻门某藻属
由上图可以看出：受试藻种中，蓝藻对二氧化氯最为敏感，3mg/L时达到接近100%的去除率；其次是绿藻，最不敏感的是硅藻，二氧化氯达到5mg/L时，才达到60%的去除率。这与三种藻类的细胞结构紧密相关的，一般认为二氧化氯的灭菌机理是：二氧化氯对细胞壁有较好的吸附和穿透性能，可氧化细胞内含巯基的酶并可快速控制蛋白质合成。因绿藻和蓝藻属真核细胞，其细胞壁主要由纤维素或硅质组成，结构比较坚固，与氧化剂接触后抗氧化能力较强，在显微镜下观察：二氧化氯处理10分钟后，蓝藻大部分消失；丝状藻细胞被破坏，形成片段，内部物质丢失呈透明状，可见框架结构；硅藻剩余胞壁壳体。蓝藻在杀灭初期及可被除去，而绿藻和蓝藻的去除则比蓝藻的去除缓慢，所需的剂量也比蓝藻多。

3、pH对ClO2杀藻效果的影响
采用4mg/L的ClO2，接触时间为10分钟，不同PH值藻类叶绿素a（Chla）去除率见下表：
项目 PH值
5 6 7 8 9
藻类叶绿素a（Chla）去除率%
89 84   81       75  71
由此可见，ClO2杀藻效果随pH值的升高而下降，但在pH=9时仍有较好的杀藻效果，叶绿素去除率仍可达71%。可由二氧化氯的电极反应及电极电位分析：
       ClO2+4H++5e==Cl-+2H2O
Φ（v）=1.511-0.0473pH+0.0118LogCClO2/CCl-
  溶液的酸性越强，二氧化氯的氧化能力越强。

4、与其他杀藻剂的比较
  选择高锰酸钾溶液、过氧化氢溶液和二氧化氯溶液进行杀灭效果的比较，数据见下表：
不同药剂对铜绿微囊藻的杀灭效果
      作用药剂作用浓度 不同药剂作用下的杀灭率（%）
二氧化氯溶液ClO2 过氧化氢溶液H2O2 高锰酸钾溶液KMnO4
1.0 mg/L 10.67 0 0
2.0 mg/L 62.11 0 --
3.0 mg/L 95.47 19.55 4.03
4.0 mg/L 98.02 -- --
5.0 mg/L 98.32 19.55 11.40
所有受试量为100mL，搅拌5分钟，静置5分钟。

以上实验显示：低剂量的高锰酸钾溶液、过氧化氢溶液对受试藻种几乎没有明显的杀灭效果，投加量为5.0 mg/L时杀灭率分别只有11.4%和19.55%。二氧化氯的灭藻效果比较明显，三者相比二氧化氯是最佳的灭藻剂。
三、现场应用实验
现场实验：在德州一自来水厂采用华特二氧化氯发生器现场发生二氧化氯，通过平流池加氯系统向其中一平流池直接投加，采取用平流池出水余氯的含量控制二氧化氯投加量的方式进行投加，另一平流池投加氯气作参比。
项目 第一组(运行36h后)          第二组
      加Cl2 加ClO2                                加Cl2    加ClO2
氨氮（mg/L） 0.18 0.08 0.13 0.09
亚硝酸盐氮（mg/L） 0.05 0.05 0.05 0.04
色度 0.9 1 2 0.7
pH 48 25 27 25
浊度（NTU） 4.68 4.98 3.33 3.81
CODCr（mg/L） 15 14 17 12
叶绿素a（ug/L） 5.59 0.75 6.78 0.99
藻类计数（个mL） 4.0E+3 1.5E+3 1.5E+3 3.5E+3
备注 运行36h后                   运行60h后

可以看出，二氧化氯的灭藻作用非常显著。镜检结果优势藻种为硅藻门中的紫心辐节藻。