论文部分内容阅读
[摘 要]通过对藻类生长繁殖的研究，阐述了水中嗅味的主要来源及其分类，着重探讨了藻类生长繁殖对水体嗅味的影响因素，从水源和净水厂两方面分析了去除藻类的方法及其可行性。
[关键词]藻类，生长繁殖，嗅味，去除方法，可行性研究
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0229-01
随着经济的发展，人们越来越注重生活质量，对于饮用水的质量也是十分关注，特别是在2007年5月爆发的太湖水危机事件中，自来水中的浓重的不良嗅味影响了无锡市几十万人的正常饮水。郑州大学新校区有莘莘学子数以万计，然而近期我们发现，各园区供给的日常饮用水出现了不同程度的嗅味。根据相关查阅的相关资料结合我们的走访调查推测出热水中的嗅味是由水源地的藻类过度生长繁殖产生的，由此我们进行了以下一系列的探讨研究。
1、水中嗅味的来源
水中的嗅味（flavor）包括嗅（气味，odors）、味（味道，tastes）和口感（mouth feel）三个，其中嗅成为最主要的问题，从饮用水的生产过程来看，饮用水中产生的嗅味可能主要来源于以下的三个过程：一是原水中含有的致嗅物质。二是原水通过水厂以及在水厂进行处理时，此过程中投加的药剂量致嗅与投入的药剂与原水中物质反应产生的致嗅物，例如，氯味、臭氧味等。三是水从水厂出来通过配水管网运输到用户途中由于管网系统不干净引入的致嗅物。
根据来源，原水中的藻类微生物的生长与繁殖常常会产生致嗅物质，导致水源的污染。例如，放射菌所释放的极少量的分泌物可以导致很浓的异嗅和异味。
2、藻类产生的嗅味的分类
藻类产生的嗅味大致可分为几种：（1）鱼腥味：鱼腥味是由有色鞭毛和硅藻产生的，实践证明，当鱼腥味明显存在时，往往意味着有机物的大量存在。（2）霉味和泥土味：产生泥土气味的有两种化合物，甲基-异冰片和土臭素这两种化合物，即使浓度很低，只有几纳克每升也能闻到。它们的抗化学氧化性很强，氯气和高锰酸钾都不能消除这些气味。（3）青草味：由绿藻产生的最常见的嗅味，特别是在有机物大量存在是，能够明显地闻到青草味。（4）芳香味：芳香味包括水果、蔬菜、调料气味和令人讨厌的味道，如大蒜味等。这些嗅味主要是由有色鞭毛藻和硅藻产生的。
3、藻类生长繁殖对水体嗅味的影响
3.1 藻类繁殖对水体的影响
水源水体中藻类的过量繁殖，特别是在盛夏的藻类暴发季节。藻类暴发不仅产生对水生生物及人类健康构成威胁的藻毒素，其代谢产生的挥发性嗅味物质也是重要污染之一。嗅味释放到水体中，引发水体异味问题，使水体与以此为水源的饮用水产生难闻刺鼻的气味，对供水饮水安全造成威胁。
藻类及放线菌代谢物引起的嗅味，藻类分泌物往往带有鱼腥味、土腥味等异味，而藻类死亡又能通过两个途径引起嗅味，死藻细胞因破裂释放胞内物质或腐烂分解造成水体嗅味，同时死藻可以作为放线菌等细菌的食物，而这些细菌在代谢过程中又会向水体释放嗅味。
3.2 水体水质与藻类生长繁殖的关系
水质与藻类生长关系分析表明，水温对藻类的生长繁殖影响较大，水中藻细胞密度随水温上升、下降而变化，从春季水温回升开始，藻细胞便开始复苏和繁殖，夏季高温环境则促使藻类大量生长，并维持在较高浓度水平直至秋末冬初。水中氮、磷元素的存在有助于藻类繁殖，但氮、磷元素的浓度变化与藻细胞密度增长不一定同步，可能是因为藻细胞增长存在滞后或者藻类生物的生长繁殖受其它水质因素的综合作用。嗅味的產生与水中藻类生长有较大相关性，藻类的生长繁殖，同时也伴随着其次生嗅味污染的发生或稍有滞后。
4、水中藻类的现有去除方法及其可行性分析
水中藻类的去除方法可分从水源直接去除和通过净水厂净化去除。
4.1 水源头除藻方法
物理法，包括机械捞藻法、过滤法、曝气法、超声波灭藻；化学法和生物法。
物理法：在大规模除藻行动的开始阶段或除藻前的准备阶段，适当捞藻清理水面。滤网除藻效果显著，但长时间使用滤网过滤，不仅耗费人力，还极易把机器损坏，减少机器使用寿命。对于曝气法，实践显示，平均水深超过10m的，此方法控制藻类繁殖和嗅味有良好效果，平均水深5～10m，只能控制部分藻类，平均水深<5m没有控制效果。此方法投资及成本相当低，但只对小水体比较有效。
生物法：饲养一定的鱼类和水草或者应用其他生物也可以控制藻类。生物法具有综合效益，可高效、广泛的生物技术仍有待于开发。目前尚不能将有效的噬藻病毒、菌类等成功应用于水体，放养大型菌类和水生植物。由于采收和后续处理困难，推广存在难度。
化学法：在藻类繁殖季节投加化学药剂，目前市场上流行的化学方法主要以次氯酸钠、硫酸铜等方法为主。此方法可以在藻类繁殖季节有效抑制藻类繁殖，应用较为广泛。
超声波除藻：其抑藻杀藻机理：破坏细胞壁、破坏气胞、破坏活性酶。该方法具有操作方便、高效、无污染或减少污染的特点。然而其作用范围小，作用半径≤300m，作用时间长，对于爆发性藻类污染除藻效果不明显。
4.2 净水厂现有净化除藻方法：
传统的除藻法、二氧化氯除藻法、臭氧和活性炭处理、慢滤池过滤与微涟机过滤、生物滤池
对含藻水处理的传统方法是用硫酸铜、预氯化杀藻，用气浮法除藻。气浮除藻，效果较佳。藻类不易沉淀，则利用气浮工艺使其上浮而去除。二氧化氯除藻的机理是，二氧化氯和藻类的反应极快，能够有效地控制霉味、鱼腥味等。
5、水体嗅味处理示例及其应用分析
结合现有的除藻方法及其特点，一些地区采取了适当的嗅味水处理工艺并取得了良好的效果。
以色列某一的生物滤池用麦杆作为基质（一个立方米的PvC池，装有5kg麦杆），可去除75%的藻生物量。生物滤池是生物除藻的一种。生物除藻主要利用生物膜上的微生物对藻类的絮凝和吸附作用，把藻类从水中分离出来。藻类一部分被沉降，一部分被微生物氧化，还有的被原生动物所吞噬。
北京田村山水厂水源来自密云、怀柔及官厅水库，经常规处理后，出水水质达不到要求。当增加了臭氧一活性炭深度处理后，获得了满意的处理效果。向反应沉淀池的适当位置投加粉末活性炭（PAC），作为助凝剂，可以强化反应沉淀池对藻类的去除，特别是在藻类繁殖的季节，用此方法可以作为一个应急的措施。活性炭去除泥土气味特别有效，且最常用的是APC。
郑州大学新校区位于高新技术开发区，学生较多，用水量较大。在藻类爆发季节，学校水房的用水嗅味明显增加。结合郑州大学区域和用水群体的特点，现建议在学校引水口加一个反应沉淀池，向适当位置投加粉末活性炭，效仿田村水厂，但考虑到学校小范围的供水，可利用蓄水池进行水量调节。
参考文献
[1] 李勇，张晓健等.我国饮用水中嗅味问题及其研究进展.环境科学.2009，30（2）：583-588.
[2] 沈兆祥.对原水中藻类及嗅味的去除.城镇供水. 2008， 3
[3] 陈晨.高藻原水藻类次生嗅味污染特征及光氧化控制技术研究，浙江工业大学硕士学位论文2012.5.
[4] 张延风，王志勇等.饮用水中藻类去除技术研究现状与展望.城镇供水 2014.5.
[5] 张伟勤.水中藻类污染物去除方法研究进展.工程建设与设计，2008.9.
[6] 王学云，高乃云.水中藻类的嗅味及去除方法.净水技术 1999.2.
[7] 彭海清，谭章荣等.给水处理中藻类的去除 2006.3.
[8] 北京市自来水集团 因地制宜采取措施，缓解藻类繁殖引起的水质问题.
[9] 唐友尧等.汉江“水华”成因分析及防治.
[10] 陈伟.超声辐射降解水中有机污染物的研究.同济大学博士学位论文 2000.
[关键词]藻类，生长繁殖，嗅味，去除方法，可行性研究
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0229-01
随着经济的发展，人们越来越注重生活质量，对于饮用水的质量也是十分关注，特别是在2007年5月爆发的太湖水危机事件中，自来水中的浓重的不良嗅味影响了无锡市几十万人的正常饮水。郑州大学新校区有莘莘学子数以万计，然而近期我们发现，各园区供给的日常饮用水出现了不同程度的嗅味。根据相关查阅的相关资料结合我们的走访调查推测出热水中的嗅味是由水源地的藻类过度生长繁殖产生的，由此我们进行了以下一系列的探讨研究。
1、水中嗅味的来源
水中的嗅味（flavor）包括嗅（气味，odors）、味（味道，tastes）和口感（mouth feel）三个，其中嗅成为最主要的问题，从饮用水的生产过程来看，饮用水中产生的嗅味可能主要来源于以下的三个过程：一是原水中含有的致嗅物质。二是原水通过水厂以及在水厂进行处理时，此过程中投加的药剂量致嗅与投入的药剂与原水中物质反应产生的致嗅物，例如，氯味、臭氧味等。三是水从水厂出来通过配水管网运输到用户途中由于管网系统不干净引入的致嗅物。
根据来源，原水中的藻类微生物的生长与繁殖常常会产生致嗅物质，导致水源的污染。例如，放射菌所释放的极少量的分泌物可以导致很浓的异嗅和异味。
2、藻类产生的嗅味的分类
藻类产生的嗅味大致可分为几种：（1）鱼腥味：鱼腥味是由有色鞭毛和硅藻产生的，实践证明，当鱼腥味明显存在时，往往意味着有机物的大量存在。（2）霉味和泥土味：产生泥土气味的有两种化合物，甲基-异冰片和土臭素这两种化合物，即使浓度很低，只有几纳克每升也能闻到。它们的抗化学氧化性很强，氯气和高锰酸钾都不能消除这些气味。（3）青草味：由绿藻产生的最常见的嗅味，特别是在有机物大量存在是，能够明显地闻到青草味。（4）芳香味：芳香味包括水果、蔬菜、调料气味和令人讨厌的味道，如大蒜味等。这些嗅味主要是由有色鞭毛藻和硅藻产生的。
3、藻类生长繁殖对水体嗅味的影响
3.1 藻类繁殖对水体的影响
水源水体中藻类的过量繁殖，特别是在盛夏的藻类暴发季节。藻类暴发不仅产生对水生生物及人类健康构成威胁的藻毒素，其代谢产生的挥发性嗅味物质也是重要污染之一。嗅味释放到水体中，引发水体异味问题，使水体与以此为水源的饮用水产生难闻刺鼻的气味，对供水饮水安全造成威胁。
藻类及放线菌代谢物引起的嗅味，藻类分泌物往往带有鱼腥味、土腥味等异味，而藻类死亡又能通过两个途径引起嗅味，死藻细胞因破裂释放胞内物质或腐烂分解造成水体嗅味，同时死藻可以作为放线菌等细菌的食物，而这些细菌在代谢过程中又会向水体释放嗅味。
3.2 水体水质与藻类生长繁殖的关系
水质与藻类生长关系分析表明，水温对藻类的生长繁殖影响较大，水中藻细胞密度随水温上升、下降而变化，从春季水温回升开始，藻细胞便开始复苏和繁殖，夏季高温环境则促使藻类大量生长，并维持在较高浓度水平直至秋末冬初。水中氮、磷元素的存在有助于藻类繁殖，但氮、磷元素的浓度变化与藻细胞密度增长不一定同步，可能是因为藻细胞增长存在滞后或者藻类生物的生长繁殖受其它水质因素的综合作用。嗅味的產生与水中藻类生长有较大相关性，藻类的生长繁殖，同时也伴随着其次生嗅味污染的发生或稍有滞后。
4、水中藻类的现有去除方法及其可行性分析
水中藻类的去除方法可分从水源直接去除和通过净水厂净化去除。
4.1 水源头除藻方法
物理法，包括机械捞藻法、过滤法、曝气法、超声波灭藻；化学法和生物法。
物理法：在大规模除藻行动的开始阶段或除藻前的准备阶段，适当捞藻清理水面。滤网除藻效果显著，但长时间使用滤网过滤，不仅耗费人力，还极易把机器损坏，减少机器使用寿命。对于曝气法，实践显示，平均水深超过10m的，此方法控制藻类繁殖和嗅味有良好效果，平均水深5～10m，只能控制部分藻类，平均水深<5m没有控制效果。此方法投资及成本相当低，但只对小水体比较有效。
生物法：饲养一定的鱼类和水草或者应用其他生物也可以控制藻类。生物法具有综合效益，可高效、广泛的生物技术仍有待于开发。目前尚不能将有效的噬藻病毒、菌类等成功应用于水体，放养大型菌类和水生植物。由于采收和后续处理困难，推广存在难度。
化学法：在藻类繁殖季节投加化学药剂，目前市场上流行的化学方法主要以次氯酸钠、硫酸铜等方法为主。此方法可以在藻类繁殖季节有效抑制藻类繁殖，应用较为广泛。
超声波除藻：其抑藻杀藻机理：破坏细胞壁、破坏气胞、破坏活性酶。该方法具有操作方便、高效、无污染或减少污染的特点。然而其作用范围小，作用半径≤300m，作用时间长，对于爆发性藻类污染除藻效果不明显。
4.2 净水厂现有净化除藻方法：
传统的除藻法、二氧化氯除藻法、臭氧和活性炭处理、慢滤池过滤与微涟机过滤、生物滤池
对含藻水处理的传统方法是用硫酸铜、预氯化杀藻，用气浮法除藻。气浮除藻，效果较佳。藻类不易沉淀，则利用气浮工艺使其上浮而去除。二氧化氯除藻的机理是，二氧化氯和藻类的反应极快，能够有效地控制霉味、鱼腥味等。
5、水体嗅味处理示例及其应用分析
结合现有的除藻方法及其特点，一些地区采取了适当的嗅味水处理工艺并取得了良好的效果。
以色列某一的生物滤池用麦杆作为基质（一个立方米的PvC池，装有5kg麦杆），可去除75%的藻生物量。生物滤池是生物除藻的一种。生物除藻主要利用生物膜上的微生物对藻类的絮凝和吸附作用，把藻类从水中分离出来。藻类一部分被沉降，一部分被微生物氧化，还有的被原生动物所吞噬。
北京田村山水厂水源来自密云、怀柔及官厅水库，经常规处理后，出水水质达不到要求。当增加了臭氧一活性炭深度处理后，获得了满意的处理效果。向反应沉淀池的适当位置投加粉末活性炭（PAC），作为助凝剂，可以强化反应沉淀池对藻类的去除，特别是在藻类繁殖的季节，用此方法可以作为一个应急的措施。活性炭去除泥土气味特别有效，且最常用的是APC。
郑州大学新校区位于高新技术开发区，学生较多，用水量较大。在藻类爆发季节，学校水房的用水嗅味明显增加。结合郑州大学区域和用水群体的特点，现建议在学校引水口加一个反应沉淀池，向适当位置投加粉末活性炭，效仿田村水厂，但考虑到学校小范围的供水，可利用蓄水池进行水量调节。
参考文献
[1] 李勇，张晓健等.我国饮用水中嗅味问题及其研究进展.环境科学.2009，30（2）：583-588.
[2] 沈兆祥.对原水中藻类及嗅味的去除.城镇供水. 2008， 3
[3] 陈晨.高藻原水藻类次生嗅味污染特征及光氧化控制技术研究，浙江工业大学硕士学位论文2012.5.
[4] 张延风，王志勇等.饮用水中藻类去除技术研究现状与展望.城镇供水 2014.5.
[5] 张伟勤.水中藻类污染物去除方法研究进展.工程建设与设计，2008.9.
[6] 王学云，高乃云.水中藻类的嗅味及去除方法.净水技术 1999.2.
[7] 彭海清，谭章荣等.给水处理中藻类的去除 2006.3.
[8] 北京市自来水集团 因地制宜采取措施，缓解藻类繁殖引起的水质问题.
[9] 唐友尧等.汉江“水华”成因分析及防治.
[10] 陈伟.超声辐射降解水中有机污染物的研究.同济大学博士学位论文 2000.