饮用水中藻和藻毒素控制.pptx

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1、产生藻毒素的藻的种类淡水水体中藻毒素主要由蓝藻门的微囊藻(主要有铜绿微囊藻、绿色微囊藻、惠氏微囊藻等)、楔形藻、念珠藻、顶胞藻、结球藻、水华束丝藻、颤藻、鱼腥藻等一些品系或种产生。此外，在绿藻、硅藻及双鞭毛藻的个别种中也发现有藻毒素产生。其中以对微囊藻毒素(MCYST)LR、YR、RR的研究最多，是一种在蓝藻水华污染中出现频率最高、产生量最大和造成危害最严重的藻毒素种类。第1页/共53页MCYST的迁移及转化MCYST主要存在于藻细胞内部，但在不同的生长阶段，细胞内外环境中的毒素分布是变化的。研究发现，MCYST在藻类的对数生长期明显增加，毒素主要集中于细胞内部，在对数生长末期达最大含量；停止

2、生长后随着藻细胞的死亡解体，胞内的水溶性毒素不断释放进入水体。MCYST在水中的行为与环境因子有关，光照强度、温度、水中的有机物、溶解氧、色素及其他水生生物等因素都会对MCYST的产生及其迁移转化产生影响.第2页/共53页微囊藻毒素的理化性质Adda是表达MCYST活性的必需基团，其结构改变或被去除，毒素的毒性就会降低。MCYST性质稳定，能溶于水，在水体中的稳定时间与水体的特征有关，在去离子水中可在较长一段时间内保持稳定。MCYST能够被紫外线光解或通过异构化作用丧失毒性，在波长240 nm处具有一个强烈的吸收峰，当紫外线波长接近其吸收光谱的最大吸收波长时，降解速度大大增加。此外，MCYST

3、具有热稳定性，加热煮沸（水浴100 OC，30 min)不致丧失毒性。第3页/共53页淡水蓝藻产生的毒素与毒理第4页/共53页常规工艺去除藻和藻毒素的局限性传统净水工艺不能有效去除水中藻毒素。Himberg等研究了传统净水工艺中混凝剂对不同藻毒素的去除效果，去除率为032%。朱光灿等发现，混凝沉淀通过去除藻类而去除细胞内藻毒素,但对细胞外的溶解性藻毒素无去除作用。过滤与氯消毒可去除部分细胞外藻毒素，对细胞内藻毒素的去除作用较弱。他们认为，传统制水工艺不能保证出水藻毒素达标,必须采取预处理或深度处理措施。传统制水工艺蓝藻暴发期间，在自来水厂出水中往往能检测出藻毒素。穆丽娜等于19992000年在

4、无锡的梅园、小湾里、充山水厂出水中都曾检测出藻毒素，最高达0.64 g/L；吴静等在某市两个水厂出水中检测到0.071.09 g/L的MicrocystinRR。第5页/共53页中国南方地区水源水和饮用水中藻毒素浓度第6页/共53页饮用水中澡毒素的危害水体的富营养化导致水体中藻类的过度繁殖,特别是引起浮游藻类(主要是蓝藻属)的爆发而形成水华。它不但影响水体景观效果，而且还会产生藻毒素,给水生态系统、公共卫生安全带来严重威胁。在美国、日本、澳大利亚、巴西等国皆有报道因藻毒素引起鱼类、家畜及人中毒死亡的事件发生。在我国的滇池、太湖、巢湖、洱海等水体中,检测出藻毒素最大浓度值为世界卫生组织规定饮用水

5、藻毒素含量(不超过1g/L)的千倍以上。我国江苏海门、启东和广西扶绥的原肝癌发病率相当高与当地居民长期饮用含MC的池塘或河流水有关,浙江海宁地区大肠癌的高发病率也与饮用的河滨水、池塘水的MC含量存在正相关关系。第7页/共53页强化混凝除藻常规的混凝沉淀法除藻效率低，需对其加以强化,以提高除藻效率.强化混凝不但可以使除藻率提高到90%以上，同时也可去除水中各类有机物。但国外研究指出,强化混凝沉淀法只能有效提高藻类在滤池中的去除率，并不能有效提高其在沉淀池中的去除率，易堵塞滤池。第8页/共53页去除藻和藻毒素的技术物理法化学法生物法组合技术第9页/共53页第1部分 物理法控制澡类和藻毒素第10页/

6、共53页控制藻和藻毒素的物理方法 常用的物理除藻方法有：溶气气浮法吸附法膜过滤超生波微滤机法直接过滤法第11页/共53页气浮法机理气浮法净水是当前国际上新的水处理方法之一，昆明、武汉和无锡等地的水厂采用了气浮池。它的工作原理是在压力状况下，将大量空气溶于水中，形成溶气水，作为工作介质，通过释放器骤然减压快速释放，产生大量微细气泡。微细气泡与混凝反应水中的凝聚物粘附在一起，使絮体比重小于1而浮于水面，从而使污染物从水中分离出去，达到净水的目的。微气泡和絮体的粘附作用的形成机理主要是由以下4种因素综合作用的结果:(1)微气泡与絮体颗粒的碰撞粘附作用;(2)絮体颗粒的网捕、包卷和架桥作用;(3)微气

7、泡在絮体颗粒表面析出、长大,同时形成泡絮结合体;(4)表面活性剂的参与作用。第12页/共53页气浮法的分类气浮净水技术根据气泡产生的不同,可分为分散空气气浮、电解凝聚气浮、生物及化学气浮和溶解空气气浮。其中,根据气泡析出时所处压力的不同，溶气气浮又可分为加压溶气气浮和溶气真空气浮两种类型。给水处理厂一般均采用压力溶气气浮,该工艺可稳定产生(10100)m的微气泡,能很好的满足气浮要求。第13页/共53页发展历程1溶气气浮工艺发展到目前为止大致经历了三个阶段。第一代溶气气浮池既长又窄而且很浅,水力负荷一般为23 m3/(m2h)。池中水流以层流形式水平流动,流速较小。在水表面下只有一层很薄的微气

8、泡层,而且多数情况下,池末端没有微气泡层，这说明池的末端未得到有效利用。第二代溶气气浮池更宽更深,而长度显著减小,水力负荷为515 m3/(m2h)。池中水流方向与水平成3050角,流态为层流。微气泡层的厚度在池进水端处为3050 cm,并且沿池长呈线性下降,在池末端处只有1020 cm。大部分水流通过微气泡层,因此微气泡层有很明显的过滤作用,提高了气泡与絮体的附着率。在第二代中有一个很重要的池型浮滤池(将气浮和过滤两工艺组合在一个单元池中)，该池于20世纪60年代末期出现于瑞典。在浮滤池中,如果滤床上面的气浮空间足够大则水力负荷可以达到1015 m3/(m2h),这时微气泡在去除杂质的过程中

9、起着主导作用。第14页/共53页发展历程 2第三代溶气气浮池出现于20世纪90年代末,其结构类似于浮滤池，但水流流态为紊流,而且池底的滤床被布满圆孔的薄硬板所代替,因此水力负荷得到很大提高,一般为2540 m3/(m2h),最高时可以达到60 m3/(m2h)。由于流速较大,因此该池的气浮空间应很大,深度一般为2.53.5 m,并且整个池的池深对应为3.04.0 m。微气泡层的厚度为1.52.5 m,它一方面能促进气泡与絮体的粘附，另一方面还可截留悬浮杂质。第15页/共53页气浮处理工艺流程图第16页/共53页适用原水的条件适用于溶气气浮工艺的原水包括:腐殖质含量较高或天然色度较高、富营养化、

10、藻含量较高、浊度较低甚至是低温低浊原水。Mally等认为,浊度100 NTU的原水不适合溶气气浮。Tambo等认为,当原水中悬浮固体含量为50 mg/L时,溶气气浮工艺和沉淀工艺有几乎相似的效果,而在悬浮固体浓度更高时采用沉淀工艺较合适。Valade等的试验显示，原水温度和浊度分别为2.13.0和0.791.27 NTU时,采用溶气气浮工艺进行处理,滤后水的浊度均可达到0.010.07 NTU。溶气气浮工艺对于原水中隐孢子虫卵囊的去除特别有效。Hall等的试验表明,当原水中隐孢子虫卵囊浓度为500个/L时,利用DAF工艺处理后其浓度0.5个/L。第17页/共53页溶气气浮法的优点水力负荷高，池

11、体紧凑;截留悬浮固体的效率高,尤其是细小絮体(去除率为80%90%)；高水力负荷下除藻能力强；出水的化学和生物性质优良且稳定性高；药剂消耗较少,而且经常不需要助凝剂；启动迅速,承受周期性中断运行的能力强；对原水水质和水力负荷的变化有较强的抗冲击能力；产生的污泥含固率较高,相应的污泥处置费用较省。第18页/共53页溶气气浮法的缺点工艺复杂,控制参数很多运营成本较高，电能消耗较大对工艺管理人员的要求较高溶气气浮池必须覆盖。第19页/共53页澡类的监测指标藻类具有叶绿体，含有叶绿素a、b、c、d，各类胡萝卜素及叶黄素等，能够进行光合作用。叶绿素a包含在所有的藻类之中，约占藻体有机物干重的1%2%。在

12、光合作用过程中，叶绿素b、c、d所吸收的光能都要传递给叶绿素a，因而一般认为叶绿素a是间接衡量藻类生物量的较理想指标。水样在处理前后，藻类监测通常采用显微计数和叶绿素a两种方法 第20页/共53页气浮法去除澡类和藻毒素 1Ballinrees水厂用逆流溶气气浮过滤一体化工艺处理低浊、高藻、高色度原水的试验就是一个很好的证明:当原水浊度为1.03.0 NTU、色度为70200倍、藻含量为9 000个/mL时，滤后水浊度0.1 NTU，对藻的去除率一般为98%h。刘洋等采用溶气气浮工艺处理密云水库水时发现，藻总数去除率达92.6%。田利等采用气浮工艺引滦济津的滦河水时发现，藻总数去除率达80%。第

13、21页/共53页气浮法去除澡类和藻毒素 2气浮工艺可在不破坏藻细胞的情况下对藻类和微囊藻毒素具有很好的去除效果。贾瑞宝等发现，该工艺对藻毒素和叶绿素a的去除分别达到64%和74%。第22页/共53页影响气浮法运行的主要因素混凝种类和投加量絮凝颗粒大小反应搅拌强度絮凝池停留时间微气泡大小接触区接触时间第23页/共53页其它物理除藻法第24页/共53页膜过滤法对MC去除有良好效果的膜过滤技术有超滤、反渗透和纳滤。超滤对MC的去除效果达98%,反渗透达99.6%,纳滤可完全去除水中的MC。膜技术可以去除绝大部分的MC分子,但成本太高;再者,原水中的有机物会污染或堵塞膜,限制了膜技术的应用。因此膜过滤

14、不适合直接处理高藻水。第25页/共53页吸附法活性炭吸附是研究最多的去除MC的工艺之一,并且颗粒活性炭的效果比粉末活性炭要好。低剂量的粉末活性炭(PAC)对MC的作用效果甚微,但剂量提高可以去除MC。贾瑞宝等在水库水中投加活性炭(ZJ-15),当投量增加至40mg/L时,水样中已测不到MC了。活性炭对MC的吸附效果与其主孔径的分布状况直接相关,并且还会吸附部分耗氧量,且价格相对较高,在实际应用中并不广泛。Linda等发现，活性炭滤床在截留藻细胞的同时,可以去除30%60%的胞外溶解性毒素。Lambert等将活性炭滤池与常规净水单元组合,可以去除80%以上的MC,出水残留毒素质量浓度控制在0.1

15、0.5g/L。赵亮等发现,氧化硅对MC-LR和MC-LA具有良好的吸附作用,当氧化硅达到23g/L左右时,溶液中的MC-LA浓度为零,而氧化硅达到25 g/L时,MC-LR浓度才降低为零。他们还发现,氧化硅含量的增加将会导致其吸附MC能力的减弱。Yan等用碳纳米管来吸附MC,当MC-RR和MC-LR初始质量浓度分别为21.0、9.5 mg/L时,两者的吸附量分别为14.8、6.7 mg/g。第26页/共53页超生波处理Song等采用640 kHz的超声波发生器,对MC-LR的去除进行研究,试验中初始浓度为2.7mol/L纯的MC-LR在反应器中3 min后浓度降为原来的一半,6 min后仅剩下

16、0.4mol/L。Zhang等就不同频率超声波处理藻类进行研究,结果表明,超声波对藻类均按一级反应动力学进行，且有较好的去除效果,高频率能够加快藻类去除的反应速度。王波等发现，超声波处理作用20 min后藻毒素的降解率可达到70%以上。第27页/共53页微滤机法除藻微滤机除藻是较早用来除藻的一种方法。法国处理塞纳河水时,藻类的平均去除率为55%。上海自来水公司进行的一项试验表明，滤网对藻类的去除效果优于混凝沉淀,但微滤机对浊度、色度、CODMn的去除率都很低,远不及混凝沉淀。第28页/共53页直接过滤法直接过滤法适用于浊度不高(一般5mg/L)的原水，而且过滤条件不同,除藻效率大不一样.我国中

17、南设计院进行了直接过滤除藻的试验研究,结果表明除藻效率只有31.5%。余国忠等进行的以丙纶丝为滤料的直接过滤试验,其除藻率达92%。第29页/共53页第2部分 化学法控制澡类和藻毒素第30页/共53页化学氧化法种类预氯氧化法预臭氧氧化法预二氧化氯氧化法预高铁酸盐氧化法光催化氧化法第31页/共53页预氯氧化法目前国内大多数水厂采用预加氯的方法杀藻。Nicholson等发现在pH8的水样中通氯30 min,残余氯质量浓度不小于0.5 mg/L时,MC浓度明显降低。加拿大某水处理厂的实验也表明,对MC-LR进行氯化作用，能达到82%的处理效果。朱光灿等通过加氯消毒无锡某水厂的水样,对细胞外MC的去除

18、率为31.0%45.3%，对总MC的去除率为30.8%51.7%。戎文磊等在清水中加氯，溶解性MC去除率平均能达到37.4%,最高可达到68.1%。预氯氧化破坏藻体,使藻毒素释放出来，也可能引起水中藻毒素含量的增加。尽管氯可以降解藻毒素,但高剂量的氯可能使饮用水产生较重的氯味,更严重的是氯与水中有机物反应会生成具有三致作用的消毒副产物。第32页/共53页预二氧化氯氧化法预二氧化氯氧化法除藻的同时要充分考虑微囊藻毒素等胞内污染物的释放与去除。二氧化氯虽然对灭杀藻类有良好效果,但去除藻毒素的能力有限,且投量要严格掌握。二氧化氯预氧化除藻时,但其相当一部分被转化成对人体有害的副产物亚氯酸根,特别是在

19、氧化过程中,有机物浓度较高时,消耗的二氧化氯量较大,难以推广使用。第33页/共53页预臭氧氧化法藻体细胞的细胞壁结构与藻类的杀灭有很大关系。蓝藻等类似于细菌的藻类容易被杀灭，而细胞壁结构比较坚固的藻类如绿藻、硅藻则不容易被杀灭。贾瑞宝等发现，臭氧均能有效灭杀藻类、破坏藻体,使藻毒素释放出来，臭氧对藻毒素有很强的去除能力,投加2.3 mg/L的臭氧时对藻毒素的去除率为67%,当臭氧的投量增至4.6 mg/L时则藻毒素被全部去除。Bruchet等发现，在含500g/L的Microcystin-LR与LA的无机水溶液中投加0.2 mg/L的臭氧并接触30 s后，可去除99%的藻毒素;当水中臭氧浓度为

20、0.05mg/L时，88g/L的节球藻毒素水溶液与臭氧接触15 s后毒素去除率超过99%；剩余臭氧为0.11 mg/L时，24g/L的神经毒素-a的超纯水溶液与臭氧接触60 s后,有92%的毒素被破坏。臭氧能破坏神经毒素-a及麻痹贝毒素(PSPS),而Cl2无效。对含藻毒素的源水进行臭氧化预处理可有效降解藻毒素。第34页/共53页预高铁酸盐氧化法 采用高铁酸盐预氧化、絮凝可显著提高对湖泊、水库水的藻类去除率,并且可节省混凝剂用量、消除腐殖酸对混凝的影响,除藻效果明显优于传统的预氯化工艺。第35页/共53页光催化氧化法 1微囊藻毒素侧链Adda基团具有对紫外光敏感的共轭双键结构,可以通过紫外光的

21、照射破坏Adda基团而脱毒,去除率与光强及时间有关。Feiutz分别以紫外灯和日光照射铜绿微囊藻的水提取液,发现藻毒素浓度均没有变化,只有在日光照射并加入光催化剂TiO2后，Microcystins才会显著降解，使80g/L的初始浓度降低50%需515 min。光催化氧化对Microcystin-LR的矿化度低于10%。Welker等发现自然水体中MC-LR、MC-RR、MC-YR与腐殖质共存时,经太阳光照射后浓度显著降低,而在纯水中则保持恒定,但腐殖质浓度对降解效率没有影响。目前的研究表明,使用紫外线照射是一种去除源水中MC的有效方法。第36页/共53页光催化氧化法 2Shephard等用紫

22、外光照射含TiO2(05 g/L)催化剂的MC水溶液时,发现水中的MC受到紫外光照射后,就会发生毒素破坏的反应，并且在自然水体中同样适用。Lee等把TiO2负载在活性炭表面上,在光的照射下，TiO2表面的MC-LR迅速降解为无毒物质和CO2。陈晓国等把TiO2制成多孔膜，用太阳光照射加入了多孔TiO2膜的MC-RR溶液720min，MC-RR去除率达98.4%。自然源水中的腐殖酸、叶绿素等有机质是半导体TiO2的光敏剂,可以促进藻毒素在太阳光照条件下的光催化降解。第37页/共53页光催化氧化法 3朱光灿等研究了紫外微臭氧工艺降解微囊藻毒素(MC)的动力学过程与特性，发现MC-RR,MC-YR和

23、MC-LR三种MC在紫外微臭氧反应器中的降解过程为一级动力学反应,半降解时间分别为745,322和242min;降解速率不受初始藻毒素浓度的影响。光催化生成的羟自由基OH和紫外光具有强烈的抑止藻类生长和杀菌消毒的能力。第38页/共53页第3部分 生物法控制澡类和藻毒素第39页/共53页生物法除藻的机理 一般认为，生物处理除藻可能依赖于以下几种作用：生物膜的吸附、附着，微生物的氧化分解，颗粒填料间的生物絮凝与机械截留，原生动物等的捕食作用，脱落生物膜对藻的生物絮凝、沉淀等，但以何种作用机理为主，至今尚未有明确的结论。第40页/共53页生物除藻的效果周建平等利用YDT弹性立体填料对无锡市充山水厂进

24、行了除藻试验，除藻率可达60%70%.清华大学于1995年开始针对绍兴市青甸湖富营养化水源水对陶粒与YDT弹性立体填料进行对比研究,认为陶粒在除藻效果上优于弹性立体填料。吴为中等生物陶粒滤池试验研究表明,具有较为稳定的除藻效果,平均去除率为60.7%84.3%。胡文容等研究的以海绵和木屑为载体,由活性污泥驯化得到的生物系统对藻类的去除率可分别达到90%和80%以上。季民等采用生物陶粒滤池对天津引滦水进行预处理时发现，叶绿素的去除率为40%。但施东文等处理澡类较低的原水时发现，生物陶粒滤池对澡类的去除率仅有2035%。第41页/共53页生物法去除藻毒素的机理MC不易被真核生物和细菌肽酶分解,但由

25、于其分子的Adda基团有不饱和双键,易被天然水体中某些特殊细菌降解而降低毒性。Jones等分离出一种水生菌种(sphingomonas),它能使环状MC转变为线型MC的中间体,后者的毒性比前者小近200倍。Yan等把MC和微生物吸附在碳纳米管,随之MC被微生物降解。第42页/共53页生物处理对藻毒素的处理效果 第43页/共53页溶藻细菌控藻 1研究利用溶藻细菌防治水华和赤潮成为一个新的方向,已经引起世界各国越来越多学者的关注。国外已报道的溶藻细菌主要有交替假单胞菌Alteromonassp.、黄杆菌属(Flavobacteriumsp.),弧菌属(Vibriosp.),嗜胞菌属Cytophag

26、asp.,腐生螺旋体属Saprospirasp.,粘细菌属Myxobacter.sp.和鞘氨醇单胞菌属(Pseudoalteromonassp.)等。彭超等分离获得3株溶藻细菌,生理生化鉴定为葡萄球菌属(Staphylococcussp.)、芽孢杆菌属(Bacillussp.)和节杆菌(Arthrobactersp)。第44页/共53页溶藻细菌控藻 2裴海燕等从对藻类及藻毒素有良好去除作用的海绵固定化微生物系统中分离到一株溶藻细菌P07。该菌株不但对铜绿微囊藻具有良好的溶解效果,而且对淡水中常见的栅藻及小球藻也具有良好的去除作用.初始菌浓度越大,溶藻效果越明显,达到最佳溶藻效果的时间越短.当菌

27、浓度为24107个mL-1时,3 d后铜绿微囊藻的去除率可达到8167%.该菌溶藻无需菌体与藻细胞直接接触,是通过分泌某种非蛋白质类物质溶藻。吴为中等从富营养化湖泊分离获得的1株菌(B5),具有明显的溶藻效果。通过凝聚、细胞裂解和生物降解作用能有效去除鱼腥藻细胞。第45页/共53页第4部分 组合技术法控制澡类和藻毒素第46页/共53页臭氧、气浮在除藻中的联合应用臭氧化气浮法联用新工艺原理：使用臭氧化空气或臭氧化氧气代替空气在特殊构造的气浮池中对含藻水进行气浮处理，是含藻水处理的一种新思路。优点：在于把臭氧氧化的化学现象和气浮净水技术的物理现象有机地结合在一起.臭氧,作为强氧化剂和有力的消毒剂,

28、可以化学灭活藻类,阻止其在水中的生存和繁殖;灭活的藻类,其密度小于水的密度,因此,气浮法是去除藻类的理想方法。第47页/共53页臭氧气浮池构造图第48页/共53页臭氧化气浮法联用新工艺的应用臭氧化气浮法联用新工艺即是首先在法国开发并进行了各种不同规模的研究。在法国奥顿水厂,进行了规模为110 m3/h的半生产性验,结果表明,臭氧气浮新工艺能有效的去除原水中的所有肠菌和链球菌,去除色度的30%50%,去除浊度的90%,有机物浓度降低20%,去除80%的鞭毛裸藻类或40%的丝状硅藻,还能使水中叶绿素浓度降低40%80%。目前,在法国已采用臭氧气浮新工艺的大规模的净水厂为里昂市Pape备用水厂，处理

29、规模为15万m3/d.第49页/共53页其它组合技术除藻 贾瑞宝等研究气浮/微絮凝/臭氧/活性炭工艺可有效处理受藻类污染的水库水时发现，该组合工艺对有机物的去除非常有效，尤其是能对叶绿素a和藻毒素几乎完全去除,耗氧量去除率为76%,UV254去除率为91%。任秉雄等采用预氧化)微滤组合工艺对三家店微污染水库水的实验研究表明：组合工艺对叶绿素a的去除率达到97%。施东文等采用中试规模的陶粒滤池生物预处理、常规处理及臭氧活性炭深度处理组合工艺 处理经两次沉砂处理 的黄河水时发现，组合工艺各单元都能有效地去除藻类和Chla，而组合工艺对藻类和Chla的总去除率的平均值分别是76.9%和91.7%。魏宏斌等发现，生物接触氧化+气浮的组合工艺对水源水中藻类和Chla的去除率分别为73.62%89.71%、58.75%68.53%，其去除效果高于生物滤池+沉淀的组合工艺。第50页/共53页讨论专题 1.结合实例讲述气浮除藻工艺特点、设计参数、处理效果。2.结合实例讲述氧化除藻工艺特点、设计参数、处理效果。3 讲述某种控藻新工艺或新方法的国内外研究进展。第51页/共53页Thanks for your attention!第52页/共53页感谢您的观看！第53页/共53页