全 文 ：给水排水　Vol.36　No.7　2010 7　
·城镇给排水·
净水厂回用水中的四角角星鼓藻繁殖原因与控制方法探讨
刘志泉1 　崔福义1 　马　华1 　何文杰2 　阴沛军2
(1 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室 ,哈尔滨　150090;
2 天津自来水集团有限公司 ,天津　300040)
　　摘要　为研究夏季净水厂回用水中藻类繁殖问题 ,对天津某水厂各水处理单元内藻类含量变化
进行调查 ,结果表明净水厂废水回用有可能导致四角角星鼓藻繁殖 ,构成新的污染源 ,原水与回用水
混合后经预氯化 —混凝沉淀—过滤工艺处理 ,沿程四角角星鼓藻可占藻类总量的 16%～ 60%,是各
单元处理后水中残留的主要藻类之一 ,并且少量四角角星鼓藻可穿透滤池 ,影响供水安全 。对该藻
繁殖原因分析研究表明 ,铁浓度 0.6 ～ 2 mg/L 时四角角星鼓藻具有较快生长速率 ,混凝剂投加造成
生产废水中铁残留量较高是四角角星鼓藻在回流池获得竞争优势的主要原因。
关键词　废水回用　藻类繁殖　铁　四角角星鼓藻
Reasons for the square-pointed star desmids reproduction in the
water treatment plant reclaimed water and its control
Liu Zhiquan1 , Cui Fuyi1 , Ma Hua1 , He Wenjie2 , Yin Peijun2
(1 .S tate K ey Laboratory o f Urban Water Resource and Env ironment , Harbin Insti tute of Technolog y ,
Harbin 150090 , China;2 .Tianj ing Water Group Co., Ltd., Tinj ing 300040 , China)
Abstract:Taking the squa re-pointed star desmids as case study , this paper studied the alg ae
reproduction in the reclaimed w ate r of w ater t reatment plant.The variance of algae in w ater
pro cessing units of a w ater t reatment plant in T ianjing w ere studied and the resul ts show ed:the
reclaimed w ater in w ater treatment plant might be the cause of the square-pointed star desmids
reproduction and produce the new pollution;if the m ix ture o f raw w ater and reclaimed w ater w as
t reated by the combinat ion of prechlorination-coagulation and sedimentation-filt ration , the
propo rtion of square-pointed star desmids in all alg ae could be 16% to 60% and be the main
remaining alg ae in processing units;small quantity of square-pointed star desmids could penet rate
the f ilte r and do harm to the wa ter quali ty.Analy sis of the reproduction of this kind o f alg ae
show ed that the square-pointed star desmids could reproduce rapidly w hen the i ron content w as
between 0.6 ～ 2 mg/L , and the high content of remaining i ron in production w astew ater caused by
coagulant w as the main reason for the advantag e of square-pointed star desmids in the competi tion.
Keywords:Reclaimed w ater;Algae reproduction;Iron;Square-pointed star desmids
　　在净水厂生产过程中 ,沉淀池排泥及滤池反冲
国家自然科学基金(50778048);国家自然科学基金创新研究群
体(50821002);广西重点实验室研究基金(桂科能 0804K014)。
洗会产生大量生产废水。随着水资源日益匮乏 ,为
了提高原水及混凝剂利用效率 ,人们对净水厂生产
废水合理回用问题越来越关注 ,并对废水回用方式 、
方法以及效果进行大量研究[ 1 ～ 3] 。与此同时 ,废水
DOI :10.13789/j.cnki.wwe1964.2010.07.013
8　 给水排水　Vol.36　No.7　2010
回用可能带来的安全问题也日益受到重视 ,但是以
往的研究主要集中于回用水中有机物[ 4 ～ 6] 、金属元
素以及微生物[ 7 ～ 9] 等方面 ,对于废水回用所带来的
藻类增加问题鲜见报道 。实践中发现 ,被水处理去
除的藻类随回用水再次进入原水并且可能在回用途
径中发生异常增殖 ,干扰水处理系统的正常运行。
藻类在回用水的循环中自身积累 ,使问题愈演愈烈 ,
在夏季高藻期时尤为突出 。本文针对在天津某水厂
生产中发现的废水回用过程中四角角星鼓藻大量繁
殖的实际问题 ,分析该现象发生原因 ,对回用水中藻
类积累以及繁殖与控制等问题进行了初步探讨。
1　材料与方法
1.1　水厂净水工艺
该厂以引滦水为原水 ,处理水量 12 000 m3/d ,
处理流程如图 1所示 ,各工艺单元水力停留时间见
表 1 ,研究期间原水水质见表 2。
图 1　水厂工艺流程示意
表 1　构筑物水力停留时间
构筑物名称 水力停留时间 构筑物名称 水力停留时间
预沉池 72 h 滤池 10 min
吸水井 20 min 回流池 12 h
沉淀池 25 min
表 2　原水水质参数范围
项目 数值
藻含量/ 104 个/ L 230～ 6 600
水温/ ℃ 22～ 29
pH 7.7～ 8.4
浊度/NT U 5～ 19
碱度(以C aCO 3 计)/mg/ L 95～ 135
高锰酸盐指数/m g/ L 3.3～ 4.35
氨氮/mg/ L 0.021～ 0.56
总磷/mg/ L 0.044～ 0.057
总铁/mg/ L 0.11～ 0.18
1.2　取样点与水质数据分析阶段划分
取样点沿水处理流程设置 ,分别在原水进口①、
回流水进入预沉池混合处②、预沉池出口③、吸水井
进口④、沉淀池出口⑤、滤池出口⑥取样(见图 1)。
本研究于 2007年 7月至 8月间进行 ,在各取样
点每天取样检测。研究期间原水藻类含量由低至
高 ,藻类组成由绿藻占优逐步转变为蓝藻占优 ,依据
原水藻类变化情况 ,对检测结果分三阶段(7月 1 ～ 4
日 ,7月 21 ～ 25日 ,8月 11 ～ 15日)取算数平均值作
图分析。其中第一阶段原水中以绿藻为主 ,藻类含
量较低;第二阶段原水中蓝藻所占比例增加 ,藻类含
量上升明显;第三阶段原水中以蓝藻为主 ,藻类含量
较高 ,并且总量相对稳定 。
1.3　藻类培养方法
藻种取自回流池出水(四角角星鼓藻含量 3 070×
104 个/L ,相对含量 97.01%),用蒸馏水稀释至 375×
10
4个/L 后 ,于玻璃水箱中培养。营养液按照 Knop
改良培养液中各营养盐比例稀释至标准浓度的 5%
(铁单独投加)。
1.4　检测方法
藻类检测采用显微镜计数法 ,采集水样 1 L ,加
鲁哥氏碘液固定。从该水样中取 500 mL ,用醋酸纤
维膜(孔径 0.65 μm)过滤。然后将带有浮游植物的
滤膜放入 50 mL 烧杯中 ,加高纯水定容至 30 mL 。
将该盛有滤膜的烧杯放入超声波清洗器中(CBL ,
C5860A型)振荡 10 min后取出。用微量移液器吸
取 0.1 mL 样品注入 0.1 mL藻类计数框(中科院武
汉水生所定制),在显微镜(OLYMPUS , BX41 型)
10×40倍镜下分类计数 ,其中 ,对群体水华微囊藻
也按细胞计数 。镜检 50个视野 ,分别对各门藻类计
数 ,再折算出 1 L 水样中的藻类数量。
其他指标按照《水和废水监测分析方法》(第四
版)进行检测 。
2　结果与分析
2.1　常规工艺流程中四角角星鼓藻的含量变化
各阶段藻类含量变化如图 2 ～图 4所示。
图 2　第一阶段藻类含量沿工艺变化
给水排水　Vol.36　No.7　2010 9　
图 3　第二阶段藻类含量沿工艺变化
图 4　第三阶段藻类含量沿工艺变化
从图 2 ～ 图 4 可知 ,原水(取样点①)藻类总含
量各阶段变化幅度较大 ,由 260×104 个/L 上升至
5 300×104 个/L ,但四角角星鼓藻含量一直保持在
极低水平 ,试验期间平均含量不足 10×104个/ L ,最
高仅为 12×104 个/L ,相对含量最高不超过藻类总
量的 3%;当原水与回流池出水混合后(取样点②)
四角角星鼓藻含量突然增加 , 可占藻类总含量的
28%～ 42%,可见四角角星鼓藻主要来自于回流池。
混合后水流至预沉池出口时(取样点③)四角角星鼓
藻含量有所降低 ,在藻类中所占比例也有所下降 ,经
过预氯化(取样点④)—混凝沉淀(取样点⑤)—过滤
(取样点⑥)后 ,藻类整体得到有效去除 ,沿程藻类总
含量以及四角角星鼓藻含量均有较大幅度降低 ,但
四角角星鼓藻一直在藻类总体中占有较高比例 ,相
对含量多在 20%～ 40%,最高可达 60%,是水处理
后残留藻类的主要藻种之一 ,特别是四角角星鼓藻
可穿透滤池 ,研究期间滤后水中均有四角角星鼓藻
存在 ,影响供水水质 。
试验期间 ,原水中藻类含量变化幅度较大 ,各阶
段藻类整体去除规律也有所不同 ,但是四角角星鼓
藻含量变化并未受明显影响 ,一直在较小范围内变
动。四角角星鼓藻在原水中是一种常见但并不占优
势地位的藻类 ,而在各水处理构筑物内却成为优势
藻类之一 ,当原水与回流池出水混合后 ,该藻含量稳定
在500×104 ～ 650×104 个/L 范围内 ,随水处理过程进
行 ,含量逐步降低 ,预氧化后约为 300×104 个/ L ,混
凝沉淀后约为 140×104 个/L ,过滤后为 2×104 ～
12×104 个/L ,三个水质阶段变化趋势相同 ,并且各
阶段四角角星鼓藻含量差距较小(见图 2 ～ 图 4)。
四角角星鼓藻去除规律不受原水藻类变化影响 ,但
在原水与回流池出水混合后该藻含量突然增加 ,证
明回流池是该藻的主要增殖地。这一现象说明四角
角星鼓藻在回流池中有着自身独特的增殖规律。
考虑到四角角星鼓藻在原水中含量极低 ,而随
废水回用在水处理过程内部得到积累 ,并对水处理
工艺正常运行造成不利影响 ,四角角星鼓藻在水处
理过程中的增殖问题尤为值得重视。
2.2　回流池中四角角星鼓藻的增殖情况
预沉池中段原水与回流池出水混合后四角角星
鼓藻含量突然增加 ,表明回流池出水中该藻含量较
多 ,对回流池进出水中藻类进行检测 , 其结果如
图 5 、图 6所示。
图 5　回流池中藻类含量变化
图 6　回流池中四角角星鼓藻相对含量变化
从图5知 ,回流池进口处藻类总量约为1 000×104
个/L ,四角角星鼓藻含量不超过 700×104 个/L ,而在
出口处藻类总量显著增加 ,主要表现为四角角星鼓藻
含量急剧增加 ,不同阶段检测结果均超过 3 000×104
个/L ,最高可达 4 280×104 个/ L ,是入口处的 5 倍以
上 ,其他藻类含量较少 ,甚至低于回流池进口含量 。
四角角星鼓藻在回流池大量生长繁殖 ,具有明显的竞
争优势 ,不仅表现在数量上快速增长 ,而且该藻在藻
10　 给水排水　Vol.36　No.7　2010
类总体中所占比例同样显著增加 ,从进口的60%左右
增加到出口的93%以上 ,最高可达 97%(见图 6)。
在回流池快速繁殖的四角角星鼓藻随回用水与
原水混合 ,经水处理工艺后其中部分四角角星鼓藻
又随生产废水排放再次回到回流池 ,并在回流池继
续繁殖 ,形成在水处理流程内部的循环过程 ,这一过
程中四角角星鼓藻的危害因其在回流池中快速繁殖
的特性而得到放大 ,藻类含量不断积累 ,持续地对水
处理工艺运行以及供水水质安全造成威胁。
2.3　四角角星鼓藻增殖原因分析
2.3.1　回流池适合藻类生长的一般条件
该水厂出于节水目的将排泥水及反冲洗水进行
回用 ,并设置回流池利用自然沉淀去除回流水中部
分杂质。为充分发挥沉淀作用 ,回流水在池中停留
时间长达 12 h(见表 1),为藻类生长提供了充足的
时间 ,值得注意的是由于池体较宽 ,部分回流水在池
中存在滞留 ,实际停留时间高于12 h ,使藻类可能在
局部出现大量生长。此外 ,回流池露天设置 ,日照充
足 ,为藻类繁殖提供了必要的光照条件 。反冲洗水
以及排泥水中含有大量被水处理所去除的有机以及
无机物质 ,这些杂质在回流池中通过沉淀作用沉积 ,
为藻类生长提供了必要的营养物质。综合以上因
素 ,该水厂回流池可提供藻类生长所必备的物质条
件 ,使藻类在池内大量繁殖成为可能。
2.3.2　四角角星鼓藻在回流池具有竞争优势的特
殊条件
考虑到原水中四角角星鼓藻含量极低 ,而在回
流池中该藻又成为绝对优势藻种 ,在回流池出水处
相对含量甚至接近 100%,可见回流池中必然存在
某种原水中所不具备的条件使该藻具备竞争优势 ,
从而成为回流水中主要藻种。将原水与回流池出水
常规水质参数进行对比发现 ,回流水中铁含量可达
0.58 mg/ L ,约为原水铁浓度(0.14 mg/ L)的 4 倍 ,
而其他参数变化不大(见表 3),因此水中铁元素含
量变化有可能是四角角星鼓藻在回流池大量繁殖的
主要原因 。
取回流池出水进行藻类培养试验 ,以柠檬酸铁
铵调节铁浓度 ,结果如图 7。
从图 7中可知 ,当铁浓度 0.1 mg/L 时 ,该藻生
长缓慢 ,而在铁浓度0.6～ 2 mg/L 时具有较快生长速
表 3　原水与回流池出水水质对比
项目 原水 回流池出水
水温/ ℃ 27.7 27.8
pH 7.90 8.12
浊度/NT U 13.02 5.98
碱度(以 CaCO 3 计)/mg/ L 103.65 99.45
高锰酸盐指数/mg/ L 3.75 4.13
氨氮/mg/ L 0.032 0.033
总磷/mg/ L 0.050 0.052
总铁/mg/ L 0.14 0.58
图 7　不同铁浓度下四角角星鼓藻的生长曲线
率 ,并且最大含量也较高 ,其中铁浓度为 0.6 mg/ L
时 ,四角角星鼓藻生长状况最好 , 最大含量达到
2 415×104 个/ L ,当铁浓度继续升高 ,该藻生长逐
渐遭到抑制 ,生长速率较慢 ,但整体生长状况仍好于
铁浓度 0.1 mg/ L 时。该试验证明铁对四角角星鼓
藻生长具有重要作用 ,铁浓度无论过低还是过高 ,对
于四角角星鼓藻繁殖均造成不利影响 ,特别在低浓
度铁条件下该藻几乎无法生长。该结论恰好与实际
情况吻合 ,原水中铁浓度较低 ,研究期间平均值为
0.14 mg/ L ,此条件下铁对四角角星鼓藻生长起限
制作用 ,因此 ,该藻在原水中含量极低;由于水厂使
用三氯化铁作为混凝剂 ,大量含铁污泥以及被滤池
截留杂质随排泥水 、反冲洗水进入回流池 ,部分铁元
素通过溶解-沉淀平衡重新释放到水中 ,使回流池中
铁浓度升高 ,试验期间回流池出水铁浓度平均达到
0.58 mg/ L ,处于四角角星鼓藻生长所需最佳铁浓
度范围内 ,在此条件下四角角星鼓藻得以大量繁殖 ,
并且通过对营养物质竞争达到对其他藻类生长的限
制作用 ,最终成为回流池绝对优势藻种 。
3　控制回用水中藻类增殖方法的讨论
四角角星鼓藻细胞外有胶质包被 ,对细胞形成保
给水排水　Vol.36　No.7　2010 11　
护作用 ,并且该藻顶角明显倾斜向上形成四个突起部
分 ,可能会阻碍氧化剂与其接触 ,表现出耐氧化性 。
因此 ,水处理工艺中预氧化难以有效灭活 ,也使后续
混凝沉淀同样难以取得良好效果。四角角星鼓藻具
有浮游特性 ,能够有限调整自身在水中的停留位置 ,
也为混凝沉淀工艺 、气浮工艺去除该藻增添了难度 。
四角角星鼓藻由于表面顶角外伸 ,当与滤料接触时互
相结合较为紧密 ,使反冲洗时难以被有效洗脱 ,容易
在滤料中积累 ,增加过滤水头损失 ,缩短过滤周期以
及滤料使用时间。同时 ,由于该藻细胞体部较小 ,使
其在滤层中有可能逐渐向下层转移 ,最终穿透滤
料[ 11] 。因此回用水中四角角星鼓藻大量繁殖并与原
水混合后重新进入水处理流程 ,对水处理单元正常运
行造成不利影响 ,需要选择合适手段进行控制。
由 2.3分析可知回流池提供了藻类生长所需的
一般条件以及四角角星鼓藻具备竞争优势的特殊条
件 ,是该藻在回用途径中繁殖的主要场所 。为控制
回用水中四角角星鼓藻繁殖 ,需要对回流池以及回
用方式进行合理改造 。不同铁浓度下四角角星鼓藻
生长试验表明铁对该藻繁殖具有重要影响 ,过低或
过高浓度铁对四角角星鼓藻生长繁殖起抑制作用 ,
适当浓度铁则对增殖起促进作用。试验所在水厂使
用三氯化铁作为混凝剂 ,废水回用过程中又缺乏必
要的除铁措施 ,使回流水中铁含量较高是该藻在回
流池成为优势藻类的主要原因 。因此 ,通过更换铝
盐混凝剂或者对回用水进行除铁处理 ,降低回用水
中铁浓度可以消除四角角星鼓藻在回流池中的竞争
优势 ,从而达到控制该藻繁殖的目的。然而 ,当四角
角星鼓藻繁殖被控制后 ,回流池仍能提供藻类生长所
需的必要条件 ,其他藻类有可能继续在池中生长繁
殖。为彻底解决水回用中藻类繁殖问题 ,可采取两方
面手段。①切断回用水中藻类循环途径。由图 5可
知 ,回流池进水处藻类含量约为 1 000×104 个/L ,
大量藻类随水回用进入回流池 ,如果在回流池前增
设回用水处理设施 ,对回用水进行除藻处理或者对
藻类进行灭活 ,能达到控制藻类繁殖的目的;②破坏
回流池中有利藻类繁殖的条件。由 2.3.1 分析可
知 ,回流池可为藻类繁殖提供必要的水力停留时间 、
光照以及营养盐条件 ,如果采用增加回流池中流速 ,
缩短水力停留时间 ,增设遮光设施等手段 ,同样能达
到控制藻类繁殖的目的 。
4　结论
(1)净水厂废水回用有可能导致四角角星鼓藻
在回用过程中繁殖 ,构成新的污染源。原水与回用
水混合后经预氯化 —混凝沉淀 —过滤工艺处理 ,沿
程四角角星鼓藻一般占藻类总量的20%～ 40%,最高
60%,是各单元处理后水中残留的主要藻类之一 ,并
且少量四角角星鼓藻可穿透滤池 ,影响供水水质 。
(2)回流池是该藻繁殖的主要场所 ,四角角星
鼓藻含量可由回流池进口的不足 700×104 个/L 增
加至出口的 4 000 ×104 个/L 以上 ,相对含量由
60%左右增加至 93%以上 。
(3)铁对于四角角星鼓藻生长繁殖有着重要影
响 ,铁浓度 0.6 ～ 2 mg/L 时该藻具有较快生长速
率 ,过高或过低铁浓度均对其生长造成不利影响 ,使
用铁盐混凝剂是四角角星鼓藻在回流池大量繁殖并
占据优势地位的主要原因 ,更换混凝剂或降低回流
池中铁浓度可以达到控制该藻繁殖的目的 。
(4)切断回用水中藻类循环途径或者破坏回流
池中有利藻类繁殖的条件可以达到控制回用水中藻
类繁殖的目的 。
参考文献
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12　 给水排水　Vol.36　No.7　2010
城市雨水资源化及其策略探讨——以上海市为例
王　珏
(华东建筑设计研究院有限公司 , 上海　200002)
　　摘要　阐述了城市雨水资源化的涵义和作用 ,介绍了国内外城市雨水资源化的实践和经验 ,通
过对上海地区特征 、水资源和水环境条件 、排水系统现状等具体情况的分析 ,提出上海市的雨水资源
化应将市政雨水的综合管理和建筑小区雨水的控制和综合利用相结合 ,提高城市防汛能力 ,加强径
流污染控制 ,合理利用雨水资源。
关键词　城市　建筑与小区　雨水资源化　综合管理　雨水控制　综合利用
　　水是城市发展的命脉 。作为城市发展高度依赖
的基础资源环境条件 ,上海的水资源和水环境条件
并不容乐观 ,与其城市发展地位 、经济发展实力要求
也不相协调。上海的水资源主要分为本地水资源和
过境水资源两大部分 。其中 ,本地水资源量(包括地
下水量在内)不到过境水资源量的 0.3%。如按本
地水资源量计算 , 上海人均年水资源量不足 200
m3 ,还不及目前用水量的 1/4 ,远远不能满足用水要
求;如加上过境水资源量 ,上海的人均年水资源量则
可达 56 550 m3[ 1] 。可见 ,上海市水资源总量巨大 ,
但本地水资源数量十分有限 ,主要依托长江 、太湖等
提供的丰富的过境水资源 。另据历年上海市水资源
公报对全市主要骨干河道的评价结果显示 ,优于 Ⅲ
类水质的水体比例一般在 5%～ 10%,内河河网水
质一般在Ⅴ类 ～ 劣Ⅴ类[ 1] 。因此 ,未来上海经济发
展和城市化水平提高对水资源和水环境的巨大压
力 ,将是上海可持续发展面临的重大挑战。
同时 ,在城市高速发展的过程中 ,上海也不可避
免地存在着城市化引发的雨水问题 。由于城市排水
系统的设计标准和建设跟不上城市化发展水平 ,汛
期降雨量大而集中时 ,一方面排水不及时容易发生
积水事件 ,给经济建设和居民生活带来不利影响;另
一方面 ,大量污染物随雨水冲洗进入河道 ,造成水体
污染 。雨水问题不仅是制约城市和经济发展的一个
重要因素 ,而且成为影响人民健康和生活环境的社
会问题。
另外 ,从应对全球气候变化带来的风险 、挖掘节
能减排潜力考虑 ,雨水资源化有利于增加地面透水
面积 ,优化城市微气候 ,降低城市热岛效应 ,直接减
少建筑空调能耗和碳排放量 ,也是节能减排的一项
重要而有实效的措施。
根据水资源环境现状和雨水资源的条件 ,对本
地优质水资源稀缺而雨水资源丰富的上海来说 ,实
现雨水资源化 ,进行雨水的综合管理 ,控制径流污
染 ,合理规划 、有效利用雨水资源 ,是缓解清洁水资
源紧张局面 、降低雨水径流污染 、减轻城市排水系统
压力 、维护城市良性水循环 、改善城市生态环境的重
要途径。雨水资源化对缓解节能减排压力和建设资
源节约型 、环境友好型社会 ,对上海的城市发展向低
碳生态城市转型具有重要意义。
7　Huck P M , Coffey B M.Effects of filt er operation on cryptosporidium
removal.JAWWA , 2002 , 94(6):97～ 110
8　吴灿东.给水厂生产废水回用对水质安全性的影响.给水排水,
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　　★通讯处:150090　哈尔滨工业大学二校区市政环境工
程学院　崔福义
E-mail:cuifuy i@hit.edu.cn
收稿日期:2010-04-06