全 文 ：Vol.26No.32007
有文献报导先投加高岭土,间隔一定时间后再
投加 PAC的联用处理技术对样水中的小球藻有良
好去除效果。也有研究表明,在标准实验条件下,联
用PAC和高岭土除藻的效果相当稳定。本文采用在
不同环境条件下培养小球藻,改变水质理化参数等
手段来研究 PAC和高岭土联用技术在生活饮用水
处理领域中的应用。
1 材料和实验方法
1.1 小球藻的培养和收集
普通小球藻藻种由中国科学院水生生物研究所
提供,采用 SE培养基。在恒温箱内培养,温度(22±
1)℃,光照强度20001x,光暗比L:D=14:10,曝气培养。
实验在小球藻进入对数生长末期稳定初期 (培
养8～10d)进行,离心收集藻细胞 (3500r/min,10
min)。收集到的藻细胞用新鲜培养基稀释,但不加入
土壤提取液和A5溶液。小球藻稀释液的OD值(722S
分光光度计测量,λ=665nm)控制在0.050±0.001,对
应的叶绿素α含量为146.41～158.99μg/L。
联用聚合氯化铝和高岭土去除小球藻的试验研究
施 周 1,王仕汇 1,罗岳平 1,2,李伶俐 1
(1.湖南大学土木工程学院,湖南长沙 4100082;2.湖南省环保监测中心站,湖南长沙 410082)
摘要 用混凝搅拌实验研究了各种生物和水质参数对联用 PAC和高岭土去除水样中小球藻的影响。结果表
明,小球藻的去除率随生长相变化,新陈代谢旺盛时难被去除;无光照和缺营养培养 1d后,小球藻的去除率略有提
高,此后持续下降;高水温和偏碱性水环境有利于联用 PAC和高岭土去除小球藻;洗涤表面疏松附着化合物后,小
球藻变得更易被除去。在实验的生物和水质条件下,虽然小球藻的去除率有波动,但最终剩余浊度都维持在相当理
想的水平,反映 PAC和高岭土联用技术对环境有很强的适应性,可在生活饮用水处理领域推广应用。用原水进行
的实验也证实,联用 PAC和高岭土可获得满意的除藻效果,具有实用价值。
关键词 供水 小球藻 聚合氯化铝 高岭土 混凝 水质参数
StudyonChlorelaVulgarisRemovalbyCombinedUsingPACandKaolin
ShiZhou,WangShihui,LuoYueping,LiLingli
(1.ColegeofCivilEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,China;
2.HunanMonitoringStationofEnvironmentalProtection,Changsha410082,China)
Abstract TheinfluenceofvariablebiologicalandaqueousenvironmentalcircumstanceontheC.vulgarisremoval
eficiencycombinedusingPACandKaolinwasstudiedbyjartestinthispaper.TheresultsindicatedthatC.vulgaris
removaleficiencychangedwithgrowthphase.Thelowestremovaleficiencyoccuredinactivephysicalstate.TheC.
vulgarisremovaleficiencyincreasedslightlyaftercelswereculturedindarkornutrient-deficiencyfor1d,butdecreased
continuouslyafterwards.HighwatertemperatureoralkalescentwatercircumstancepromotedC. vulgarisremovedby
combinedusingPACandKaolin. Nevertheless, C. vulgariswereremovedmoreeasilyafterthelooselyatached
extracelularsubstanceswerewashedofbycentrifugalefect.Despitethecelsremovaleficiencyfluctuatewithvariable
biologicalandwaterqualityparametersdesignedinthetests,theremainingturbidityaftersedimentationwerereasonable
low,whichindicatedthemethodofcombinedusingPACandKaolinwassuitablevariedwater,anditsapplicationcould
bepopularizedindrinkingwatertreatment.ThetestusingrawwateralsoverifiedthatC.vulgariswereremovedwith
optimisticallevelbycombinedusingPACandKaolin.
Keywords watersupply chlorelavulgaris PAC Kaolin coagulation waterqualityparameters
基金项目:国家自然科学基金 (50178029);教育部博士点基金
(20030537370);科技部国际合作基金(2003DFB00002)
净 水 技 术
WATERPURIFICATIONTECHNOLOGY
给水处理
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DOI:10.15890/j.cnki.jsjs.2007.03.010
净 水 技 术 Vol.26No.32007
1.2 搅拌实验
实验在TA6-2程控混凝实验搅拌仪(武汉恒岭
科技有限公司)上进行。用量筒量取配制好的小球藻
稀释液倒入烧杯中,药剂或粘土悬浊液通过加药小管
投加。50r/min搅拌2min,混匀小球藻再200r/min,
2min;然后絮凝搅拌,50r/min,10min;静置沉淀。
分别在静置沉淀 1min,3min,5min,15min,
30min后取样检测浊度。每次取样体积约25mL,剧
烈振荡混匀后测浊度值(TDT-2型浊度仪,武汉恒岭
科技有限公司)。
1.3 试剂和药剂
所有化学药剂均用双蒸水配制。PAC为岳阳市
石油化工总厂生产的饮用水一级产品,母液浓度5
g/L;高岭土为广东省台山市化工厂化学纯产品,母
液浓度5g/L。使用前摇匀,用移液管吸取。其他药剂
在实验当天配制。
1.4 实验方法
1.4.1 小球藻生长相的影响
分别在生长到第4d,8d,12d,16d和24d时离心
收集小球藻,稀释到相同浓度后进行实验。
1.4.2 连续无光照的影响
在小球藻生长到第8d后将之均分为6等份,其
中3等份密封后无光培养。分别在无光处理后的第
1d,2d和 3d各取一瓶正常和无光培养的藻液离心
收集,稀释到相同浓度后进行对比实验。
1.4.3 营养缺乏的影响
同样将生长到第 8d的小球藻均分为 6等份,
将其中3份离心收集后,分别用磷酸盐缓冲溶液稀
释(Na2HPO4-NaH2PO4,pH=7.0,0.2mol/L),连续饥饿
培养。在缺营养培养后的第1d,2d和3d各取一瓶正
常和缺营养培养的藻液离心收集,稀释到相同的浓
度后做对比实验。
1.4.4 温度的影响
分别在10℃,20℃和 30℃的水温环境里进行搅
拌实验,对比分析温度对除藻效果的影响。
1.4.5 pH值的影响
分别在pH5,6,7,8,9的条件下进行搅拌实验,
对比分析pH值对除藻效果的影响。
1.4.6 表面疏松附着细胞外化合物的影响
取两份藻液,一份经常规离心收集后稀释到实
验浓度,另一份按 Nakagawa[1]介绍的方法洗脱疏松
结合在藻细胞表面的细胞外化合物后稀释到实验浓
度,然后进行对比实验。
1.4.7 小球藻在原水中的去除效果
从长沙市某水厂一泵房出水管中取湘江水,经
0.45μm滤膜过滤后,用之稀释离心收集到的藻细
胞,与标准稀释液进行对比实验。
1.5 实验数据处理
所有实验均重复两次以上。虽然重复实验数据
并不相等,但表现出来的趋势完全一致。简单取平均
值,反而干扰对沉降特征的识别,因此只取有典型意
义的单次实验结果进行分析。
2 结果与分析
2.1 小球藻生理状态的影响
2.1.1 生长相的影响
处于生长初期和衰亡期的小球藻更容易被去除
(图1),其与高岭土所形成的絮凝体大,沉速快。相
反,处于新陈代谢旺盛期的小球藻能相对稳定地悬
浮在水中。在生长到12d,也就是代谢能力最强时,
小球藻的去除效果最差。但总体而言,联用PAC和
高岭土对各个生长期的小球藻都有较好的处理效
果,沉淀后水的浊度均下降到理想水平。
2.1.2 连续无光照培养的影响
无光照培养1d,小球藻的去除率略有提高,但
随着无光照时间延长,小球藻的去除率持续下降(表
1)。尽管如此,即使是无光照培养3d后,小球藻的
去除率仍维持在较高水平。
2.1.3 持续缺营养培养的影响
缺营养培养后,小球藻去除率的变化趋势与无
光照培养类似(表2)。在缺营养培养的第1d,去除
图1 小球藻生长相对去除率的影响
Fig.1 TheinfluenceofgrowthphaseontheC.vulgarisremoval
eficiency
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率略有提高,随后,小球藻变得更难被去除。特别是
到了第 3d,絮凝体变小,沉降速度慢,各检测点的
浊度明显高于对照。显而易见,缺营养培养时间越
长,越不利于联用PAC和高岭土去除小球藻。
2.1 水体环境的影响
2.1.1 水温的影响
不同水温条件下,联用PAC和高岭土去除小球
藻的效果差别显著(图2)。水温在10℃时,絮凝体的
沉降速度较慢,在最初相同的沉淀时间内,上清液中
残留的絮凝体明显比20℃和30℃时多。在实验温度
范围内,水温越高,浊度降低越快,最后剩余浊度也
越低。显而易见,高水温有利于联用PAC和高岭土
去除小球藻。
2.2.2 pH的影响
碱性水环境比酸性水环境更有利于联用 PAC
和高岭土去除小球藻(表3)。进入慢搅阶段,pH为
8和9的烧杯中就生成较大的絮凝体。静置沉淀前
5min,pH为 7,8和 9的烧杯中的粗大颗粒已基本
沉降到底部,而pH为5和6的烧杯中仍有少量粗
大颗粒处于悬浮状态。沉淀结束后,碱性水体上清液
的剩余浊度明显低于酸性水体,pH为8时的去除效
果最好。
2.2.4 洗除表面疏松附着胞外化合物的影响
用离心方法洗除表面疏松附着化合物后,小球
藻变得更容易被去除(图3)。洗涤过的小球藻与高岭
土形成的絮凝体较对照略大,沉降速度也要快,实验
结束后,上清液在感观上更清澈。
2.3 应用模拟
在过滤原水中,联用PAC和高岭土同样对小球
藻有很好的去除效果(图4)。沉降初期,在原水中形
成的矾花的沉降性能比人工配制水好,表现在浊度
降幅更大。但静置沉淀21min后,原水烧杯中已沉
降的絮凝体发生比较严重的再悬浮,大量气泡出现
在沉积物表面,底部中央的絮凝体被冲起并上升至
联用聚合氯化铝和高岭土去除小球藻的试验研究
无光照培养时间
静置沉淀后上清液的剩余浊度/NTU
1min 3min 5min 15min 30min
1d
正常培养 11.57 9.57 4.71 2.07 0.86
无光照培养 11.02 9.61 3.80 1.79 0.73
2d
正常培养 11.13 5.43 4.19 1.92 0.73
无光照培养 11.62 6.80 5.17 1.99 0.85
3d
正常培养 11.02 6.49 3.47 1.82 0.84
无光照培养 11.97 7.64 4.23 1.88 1.03
表1 小球藻经连续无光照培养后的去除率变化
Tab.1 ChangesoftheC.vulgarisremovaleficiencybymeans
ofcontinuousdarkculture
缺营养培养时间
静置沉淀后上清液的剩余浊度/NTU
1min 3min 5min 15min 30min
1d
正常培养 12.83 9.81 5.54 2.61 0.86
缺营养培养 11.96 8.92 4.43 1.72 0.59
2d
正常培养 11.89 8.88 5.67 1.63 0.86
缺营养培养 11.79 10.00 5.82 1.87 1.10
3d
正常培养 12.32 6.75 4.90 1.59 0.61
缺营养培养 11.60 9.53 6.35 2.05 1.09
表2 小球藻经连续缺营养培养后的去除率变化
Tab.2 ChangesoftheC.vulgarisremovaleficiencybymeans
ofcontinuousnutrient-deficiencyculture
图2 水温对联用PAC和高岭土去除小球藻的影响
Fig.2 TheinfluenceofwatertemperatureontheC.vulgarisremoval
eficiencyusingpacandKaolin
水体
pH值
静置沉淀后上清液的剩余浊度/NTU
1min 3min 5min 15min 30min
4.99 12.80 10.30 6.96 2.83 1.45
6.01 11.20 10.60 7.96 2.65 1.09
6.96 10.40 6.34 4.85 1.62 0.85
7.98 9.42 5.37 4.97 1.12 0.51
8.97 9.13 6.75 5.22 1.33 0.97
表3 pH对联用PAC和高岭土去除小球藻的影响
Tab.3 TheinfluenceofpHontheC.vulgarisremovaleficiency
usingPACandKaolin
图3 小球藻在洗涤前后的去除效果比较
Fig.3 TheC.vulgarisremovaleficiencybeforeandafterwashing
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净 水 技 术 Vol.26No.32007
水面,破碎、重构后又立即下沉,但一些重新释放出
来的藻残留在水表,成块漂浮。直到实验结束时,仍
有较多漂浮藻沿烧杯壁分布,但中间水体和对照没
有差别。
3 讨论
3.1 联用技术的广泛实用性
日本和韩国等国家已在投加粘土治理赤潮等有
害藻类方面进行了具体实践[2]。然而,有限的实验研
究表明,投加粘土虽然在一定程度上促进藻类凝聚
沉降,但发生作用的时间长,效率低[3]。同时投加低
浓度的PAC有助于提高粘土的助凝效果[4～5]。但对开
阔的天然水体,大范围洒投PAC必须考虑铝盐对被
处理水生态系统内各种动植物的危害。
PAC是生活饮用水处理最常用的药剂,沉淀物
经浓缩、固化等工艺后进行填埋处理,大量使用无不
良环境影响。先于PAC投加的高岭土系天然矿石精
制而成,也不会带来新的水质污染问题,因而将两者
联用对生活饮用水水质是安全的。
在生活饮用水处理过程中先于 PAC投加粘土
的出发点是增加水中密度较大且呈负电性颗粒,其
在PAC等絮凝剂的作用下,通过电性中和和吸附架
桥作用与同样呈负电性的藻细胞发生凝聚,形成密
度比水大的絮凝体后快速沉降。这种联用技术的可
行性在于各种粘土密度都比水大,只要能以适当的
方式与藻细胞嵌合,所形成的絮凝体的结构稳定,沉
降快。即使不能精确控制用量,也只是多消耗些絮凝
剂,粘土可在后续沉淀或过滤过程中被去除,不致于
造成出厂水水质下降。对任何含藻水体,粘土的助凝
机理都是一致的,因而与PAC联用具有广泛适用性。
3.2 联用技术效果的稳定性分析
在各种变化了的生物和水体环境条件下,联用
PAC和高岭土都能稳定而有效地去除水样中的小
球藻。生长相影响实验表明,小球藻在新陈代谢最旺
盛状态下最难去除,而受光照不充分、营养缺乏等不
利生长条件胁迫,小球藻表面电荷等特征发生改变,
同样难以被去除。
尽管藻细胞等微生物体与高岭土悬浮无机物是
两类性质完全不同的颗粒,但就以电性中和为主的
表面吸附而言,它们都是电荷物理供体,因而彼此间
的碰撞凝聚符合一般规律。温度越高,颗粒间碰撞越
频繁,凝聚沉降效果越好;水温下降后,碰撞效率降
低,同时,由于水的粘度增加,絮凝体沉降慢,因而在
30min的静置沉淀期内浊度的变化曲线明显较高
温时平缓,但是,即使水温只有10℃,小球藻的去除
效果仍相当理想。
水体 pH值对联用 PAC和高岭土去除小球藻
有较明显的影响。但与只投加高岭土,小球藻在较强
酸性或较强碱性水体中都有较好的去除效果不同[3],
联用PAC和高岭土只在pH为7～8范围内最有效。
究其原因,可能是 PAC在这个 pH范围内生成的水
解产物的正电荷位点多,分子链延展度高,有利于吸
附小球藻和粘土颗粒。自然条件下,藻类大量繁殖时,
水中CO2被消耗,水体pH值在一定程度上升高,变
得偏弱碱性,是有利于联用PAC和粘土除藻的。
由于机械摩擦,水流剪切力作用等原因,藻类表
面疏松附着化合物可能发生脱落,失去了表面被覆
的藻类更容易被去除。值得深入探讨的是进入水体
的藻类胞外化合物对凝聚过程有何影响,以及藻细
胞表面电荷主要来源、分布特征等,以此发展有针对
性的处理技术,进一步提高去除效率。
3.3 联用技术的实用价值
不管是改变小球藻生理状态,还是调控水质参
数,联用PAC和高岭土都具有良好的除藻效果。虽
然浊度变化曲线略有差异,但实验结束时上清液的
剩余浊度都降到了非常合理的水平,表明这种技术
对环境具有较强的适应性,可在生活饮用水处理领
域推广应用。
参考文献
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cyanobacteriumMicrocystisaeruginosak-3A[J].Agric.Biol.
Chem,1987,51(2):329～337
图4 人工配液与过滤原水的比较
Fig.4 Thecomparisonofartificialsolutionandfiltratedrawwater
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Vol.26No.32007
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3 罗岳平,邱振华,马剑敏等,小球藻与高岭土在实验室条件下的
凝聚沉降行为研究[J].环境科学学报,1998,18(3):278～284
4 李全生,俞志明,张 波等,用改性粘土去除赤潮生物的优化条
件研究[J].海洋与湖沼,1998,29(3):313～317
5 BeaulieuS.E.,SengcoM.R.,AndersonD.M.,Usingclayto
controlharmfulalgalblooms: depositionandresuspensionof
clay/algalflocs[J].Harmfulalgae,2005,4:123～138
收稿日期:2006-06-09
第一作者简介:施 周(1961-),男,教授,博士生导师,主要研究方向为持久性有机污染物在环境中的行为及其降解机理和方法,高效低能耗的
水质控制理论与技术;水环境系统的模拟与控制。013508473192,0731-8821441
聚硅酸硫酸铝是由聚硅酸和金属铝盐复合而
成的一种新型絮凝剂,具有吸附架桥和电中和等性
能,能适应不同的水质和气候条件,且可降低水中
残余的铝含量[1～4]。本文主要研究聚硅硫酸铝在处理
黄浦江原水的中试研究,解决了冬季低温时硫酸铝
混凝效果不佳的问题。
1 试验方法
1.1 中试工艺流程
流程(A)和流程(B)的设计和运行工艺参数相
同,混凝时间为15min,沉淀时间为45min,滤速为
9m/h,反冲洗周期12h。开始运行时流程(A)与流程
(B)均投加硫酸铝混凝剂,至两工艺流程沉淀池和
滤池出水浊度基本相同。流程(A)混凝剂改为聚硅
聚硅硫酸铝处理黄浦江原水中试研究
张 东,乐林生,朱文娜
(上海市自来水市北有限公司,上海 200086)
摘要 用聚硅硫酸铝处理黄浦江原水进行中试研究,以解决冬季低温时硫酸铝混凝效果不佳的问题,结果表
明:与硫酸铝相比,在相同投加量情况下,聚硅硫酸铝沉淀池出水浊度可降低 50%;在投加量为硫酸铝 1/2情况下,
聚硅硫酸铝沉淀池出水的浊度仍低于硫酸铝沉淀池出水;残留的铝含量降低,而残留硅的含量没有增加,但投加聚
硅硫酸铝会导致滤池水头损失增加。
关键词 聚硅硫酸铝 残余铝和硅 滤池水头损失
PilotStudyonAluminium SulphatePolysilicateforHuangpuRaw
WaterTreatment
ZhangDong,LeLingsheng,ZhuWenla
(ShanghaiWaterworksShibeiCo.Ltd.,Shanghai 200086,China)
Abstract PilotstudyonaluminiumsulphatepolysilicateforHuangpurawwatertreatmentisdiscussedhere.The
resultsshowsetledwaterturbidityforaluminiumsulphatepolysilicateis50% lower thanthatforaluminiumsulphate
atthesamedosage;dosageofaluminium sulphatepolysilicatecanbereduced50%incomparisonwithaluminium
sulphateatappropriatesetledwaterturbidity; applicationofaluminium sulphatepolysilicatecandecreaseresidual
aluminiumcontent.Butwaterheadlossoffilterforaluminiumsulphatepolysilicateapplicationwilgrowquickerthanthat
foraluminium sulphate.
Keywords aluminium sulphatepolysilicate residualaluminiumandsiliconwaterheadlossoffilter
净 水 技 术
WATERPURIFICATIONTECHNOLOGY
基金项目:上海市青年科技启明星计划(B类)资助(05QMB1419)
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