原水水质微污染对水质的影响
一、水生植物对pH值的影响:
天然水体中的pH值主要取决于游离二氧化碳的含量及碳酸平衡。
CO2(溶解于水中)+H2O=HCO2- +H+=CO32-+2H+如果其它条件不变,CO2(溶解于水中)愈多,则pH值愈低。
水生生物对PH值亦有较大影响,水中微生物的呼吸作用可放出大量CO2,pH值降低。水生植物(包括藻类)的光合作用吸收CO2,则使pH值升高。在夜间光合作用停止,微生物及藻类进行呼吸时产生大量CO2,使pH值降低,由于藻、菌的作用,水体中的pH值不但出现昼夜变化,而且随季节变化和生物的垂直分布情况而变化。
二、湖泊 水库水体富营养污染的危害:
(1)、水质恶化:
污染使湖水固有的物理特征遭到破坏。
1)、在富营养水体中生长着以蓝藻、绿藻为优势种类的大量水藻。由于表层水体悬浮着密集的水藻,使水质变得浑浊,水体透明度明显降低,湖水感官性状大大下降。藻类死亡后沉入水底,在细菌作用下分解,使湖水中的悬浮物和有机物的浓度增加。
2)、由于表层有密集的藻类,使阳光难以透射进入湖泊深层;而且阳光在穿射过程中被藻类吸收而衰减,因而溶解氧的来源也就随之减少。另外,藻类死后不断地腐烂分解,消耗深层水体中大量的溶解氧,使水体中溶解氧降低。
3)、水的色度、臭味增加。现已知道,蓝藻门的束丝藻属和鱼腥藻属、腔球藻属、绿藻门的空球藻属、硅藻门的针杆藻属均散发恶臭。
4)、某些藻类能够分泌、释放有毒物质,有害人体健康,如蓝藻门的不定腔球藻、铜锈微囊藻等分泌的藻毒素,长期饮用受污染的湖水还能引起饮用者患各种急性或慢性的疾病。(如: 肝癌 )
5)、增加制水成本,降低制水效率。藻类胞体及胞外有机物会妨碍混凝过程。藻类的大量繁殖,会堵塞或穿透滤床滤层,易造成处理过程中的细菌重新生长。藻类有机物滞留在管网中,为细菌提供营养,造成细菌再繁殖,形成生物粘膜,引起管道腐蚀,使饮水水质下降。
6)、水藻产生的有机物是致突变物的前体物质,同时也可能是消毒副产物的前驱物。
(2)、水生生态系统破坏:
一旦水体出现富营养状态,水体正常的生态平衡被扰乱,生物种群量会显示出剧烈的波动,这种生物种类演替就会导致水生生物的稳定性和多样性的降低。
水体富营养化使水体失去原有功能,促使湖泊老化。
三、富营养化水体的治理:
当前一般采用的方法有:(1)清除湖底沉积物,将有机质丰富的底泥清除,防止底泥中的有机物分解溶出,再次污染水体。(2)在水体中养殖速水生植物,并及时收获,从而利用植物大量吸收水中氮、磷化合物降低水中营养水平,如不及时收获,腐烂后将严重影响水质。(3)通过养鱼或捕鱼也有一定功效。(4)大规模的水体更换。(5)在进水口处种植水生植物防止外来水污染。但以上方法都不能达到短期解决富营养化的要求。
四 、影响藻类代谢生长速度的主要环境因素:
(1)光—光是藻类生命活动能量的主要来源,没有光就没有光合作用,就不能产生构成细胞物质的有机物,所以对于藻类来说,光是特别重要的环境因子。影响藻类生命活动的光因子。影响藻类生命活动的光因子有光周期、光质和光照强度。(2)温度—对于多数藻类来说,其最适生长的温度为18℃—25℃。(3)营养—组成藻类细胞的各种元素都主要来自其环境中的无机物化合物。但多数情况下,藻类生长的限制性营养常为氮、磷无机营养。(4)毒物作用—毒物随废水或废物进入水体后对藻类生长产生毒性限制,造成生态平衡失调。(5)生作作用—在同一生态系统中的其它生物对藻类可产生多方面影响。
五、藻类对水处理的影响:
含藻原水进入净水厂后,会使水质发生变化,从而干扰水处理,对制水生产工艺、药耗以及构筑物池壁都会产生极大的不利影响,主要表现在以下几个方面。
1、对混凝的影响。在光和作用下,水中pH值升高,且由于藻类作用,溶解氧增加,矾花密度降低,沉淀去除率下降,导致需要投加的混凝剂增多,高藻水的处理需要消耗大量的混凝剂。此外,部分藻细胞易穿透絮凝体,破坏絮凝过程,导致出水有藻类污染物。
2、干扰过滤。藻类物质在滤池中可大量繁殖,会使滤料层堵塞,从而缩短过滤周期,导致反冲洗水用量增加,反洗频率加大,实际用水产量下降并影响出水水质。
3、对构筑物的影响。藻类细胞成层成黏质物,附在混凝土池壁表面,形成一层润滑层,既影响制水过程中的感官质量,又增加了洗池的频率和费用以及工人的劳动强度。另外,藻类对藻类混凝土池壁构成很大威胁,如长沙三水厂构筑物池壁由于藻类物质的长期腐蚀,至使池壁老化,反过来又给藻类物质的寄生繁殖、水垢青苔的附着生长,提供了有利的栖息场所。(生物黏泥的组成,主要是微生物、微生物代谢产物和水中悬浮物等。)
4、藻类致臭。藻类所分泌的臭味物质导致饮用水出现异味,水中藻细胞数量的增大也增加了氯的使用量,当水处理只氧化剂使用量较低时,不仅无法消除臭味的影响,有时还会和一些臭味有机物反应生成新的致臭物质。
藻类在代谢过程中易产生三卤甲烷的前驱物质,三卤甲烷是对人体具有潜在危害的致癌性物质。部分藻类在代谢过程或死亡后释放藻毒素,对生物体造成毒性和危害,常规的水处理工艺对毒素中常见而且危害较大肝毒素难于去除。藻类所产生的有机物质易造成微生物在水供给系统中重新生长。
六、混凝除藻:
虽然藻细胞密度的增大使原水中PH值升高,增加了混凝剂用量,甚至有时藻细胞个体还对混凝过程产生破坏。但是研究表明,常用混凝剂在除藻方面仍具有一定的效果,而且混凝仍是去除藻类的重要方法。
藻细胞表面电荷为负电荷,所以如果用阴离子混凝剂作为唯一的混凝剂对藻细胞没有任何作用,在藻类去除中,电性中和是起决定作用的。如使用三氯化铁作为混凝剂,会促进藻细胞对碳的吸收,而释放出更多的氧气,从而对混凝过程产生影响。混凝剂投加量对混凝效果也有影响,当投加过量后,藻细胞表明的负电荷在中和后,又重新带上正电荷而变稳定,重新稳定的藻细胞非常难于脱稳。
投加硫酸铝作为混凝剂可同时去除浊度和藻类,水中藻类数量小于1000个/mL时所需混凝剂量远大于3NTU时所需的量。原因是黏土类胶体在§电位为﹣5mV时既可完全脱稳,而藻类必须在§电位为0时才能脱稳。
七、有机物相对分子质量分布特征:
水中的天然有机物根据化学结构和树脂在不同的PH值条件的相对亲和性,可分为酸性、碱性、中性的亲水性或憎水性有机物。
⑴、溶解性大分子有机物。水中溶解性大分子有机物包括腐殖质、蛋白质和多糖类物质。大分子有机物在水中多呈胶体的性质,相对小分子有机物有较强的憎水性,较易于吸附在固液面,易被混凝去除。
⑵、被大分子有机物包裹的颗粒。颗粒作为一种水质成分和它在水环境中的重要作用,近来受关注。在给水处理中,原水中无机类胶体和悬浮物有黏土、金属氧化物和氢化物、碳酸盐、石棉纤维等。有机类悬浮物和胶体包括细菌、病毒、原生物包囊、藻类及其大分子有机物。
⑶、生物态颗粒有机物和油的乳浊液。天然水体中生物态颗粒有机物主要是一些微生物(藻类、细菌)及其尸体(细胞碎片),也可能有动物和后生动物。此外,当水体受污染时水中也会出现油的乳浊液。水中的有机污染物与无机污染物一样,也存在零电荷点或等电荷点,藻类等电点为pH3~5,细菌为pH2~4,油滴为pH2~5。水源水体pH值一般为6~8,因此这类有机颗粒带负电。
八、混凝去除有机物的机理主要有三个方面:(1)、带正电的金属离子与带负电的有机物胶体发生电中和而脱稳凝聚;(2)、金属离子与溶解性有机物分子形成不溶性复合物而沉淀,(3)、是有机物在矾花表面的物理化学吸附。有机物形态不同,其去除机理也不一样。对于分子量大于10000的有机物,其形态呈胶体状态,主要靠机理1和3的作用去除,分子量愈大,憎水性愈强,愈易被吸附在矾花表面,去除率越高。对于分子量在1000~10000的有机物,其形态可能处于胶体和真溶液之间,去除机理主要是脱稳凝聚、聚合沉淀和表面吸附的综合作用,去除不彻底。分子量小于1000的有机物亲水性强,只能靠2和3机理去除一小部分。试验中出现的分子量低于500或1000的有机物在混凝后反而增加的原因可能是部分被大分子有机物或其它无机胶体吸附的小分子有机物在混凝过程中由于这些大分子有机物或胶体与金属离子络合而释放出来所致。
九、藻类有机物对混凝过滤过程的影响:
1)、中性和酸性多糖类物质是藻类新陈代谢和藻类细胞分解过程的最终产物,最富集于湖水中很难降解的物质。酸性多糖物质的分子链上含有—COOH和—OH官能团。
2)、不同种类的藻类以及同一种藻类在不同生长期所释放的有机物对水处理效果的影响不同。同一种藻类有机物中的大分子(分子量>2000)组分和小分子( 分子量<2000)组分对混凝过程的影响也有差别。但总的来说,低浓度的藻类有机物(<2mg/LDOC)对混凝过程不产生干扰或有改善混凝过程的作用,而高浓度的藻类有机物(>2mg/LDOC)则会干扰水处理过程,使出水水质变坏。试验还证明,在羧基(—COOH)邻们有羟基(—OH)的羧酸类化合物以及有类似结构的有机化合物对混凝过程有很大的干扰作用。
3)、藻类有机物对混凝过程的干扰可以通过一些技术措施得到削减:增加混凝剂铁盐投加量,使Fe3+/DOC>3;在体系中加入2mmo1/L 左右Ca离子或调节体系pH使其在等电点以下;加入氧化剂(如臭氧、氯),改变藻类有机物的结构。
(当藻浓度大于8*106~107干扰水质;5*105~106促进混凝)
十、藻类在水中的作用:
(1)、通过放氧的光合作用提高水体的供氧速率和溶氧的水平,促进有机物的好氧生物净化作用。(2)、在其繁殖中可大量同化水中的可溶性氮、磷无机物,减少水体的富养化污染。(3)、但是如不能有效地清除藻类细胞,可使水体中的COD、BOD、SS等浓度增加,部分藻类可产生藻毒素。
十 一、藻类在水处理中的危害:
1、藻及其分泌物是氯消毒副产物的重要前体。
2、某些藻类在一定的环境条件下产生藻毒素。
3、藻及其代谢产物对絮凝反应有明显的阻碍作用。
4、藻导致滤池阻塞。
十二、有机物对水处理的影响:
当水体受到有机物污染时,胶体的性质将发生一些变化,使其不同于无机胶体颗粒(无机黏土及其它无机成份),无机胶体颗粒有较大的表面积,对水中有机物有一定的吸附作用,同时具有离子交换能力,有机大分子如富里酸的交换能力强,由于水体中无机胶体颗粒表面对有机物的吸附作用,使无机胶体颗粒的带电特性发生变化,从而增加了胶体的电位,使胶体的稳定性增加,形成一个无机—有机复合体,由于它们存在各种表面电荷和作用力,所以将大大增加混凝剂的投加量。(富里酸的分子量大部分在500~2000)
亲水胶体(有机胶体)也具有双电层结构,但它的稳定主要是由它吸附的大量水分子所构成的水膜来决定的,胶体表面的电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响,水化膜作用是这种胶体稳定的重要原因。这主要是由于胶体的水化作用降低了胶体颗粒的比表明自由能,增加了胶粒稳定性。胶粒表明的水化作用对胶体的稳定作用表现在两个方面。(一)胶粒表明的水化作用影响胶粒之间的黏附强度,使形成的絮体易于破碎,去除率减低;(二)即使由于压缩双电层等作用使胶粒发生碰撞,胶粒由于有水化膜的保护作用,胶体也难以被混凝剂脱稳。
十三、沉后水藻类对滤池的影响:
美国的Pakmer教授研究了水中藻类对过滤效果的影响:
当藻类数量<500个/mL不会引起滤池堵塞;
当藻类数量为500~1000个/ mL时,滤池有稍许堵塞;
当藻类数量为1000~2000个/mL时有明显堵塞;
当藻类数量>2000个/mL时,会出现严重堵塞。
十四、水中有机物来源:
水源水中有机物污染可分为两类,天然有机物(NOM)和人式合成有机物(SOC)。天然有机物化合物是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质,包括腐殖质、微生物分泌物,溶解的动物组织及其动物的废弃物等,也称为耗氧有机物或传统有机物。人工合成有机物大多为有毒有机污染物,其中包括三致有机污染物。
1、传统有机物也称自然环境的代谢物,如水生生物及其分泌物腐殖质等,典型的传统有机物不超过20种。天然水体中的传统有机物一般是指有机腐殖质。这些有机物质大部分呈胶体微粒状,部分呈真溶液状,部分呈悬浮物状。
(1)、腐殖质是动植物残体通过化学和生物降解以及微生物的合成作用形成的。腐殖质是一类亲水的酸性的多分散物质,其分子量在几百到数万之间。其组成可根据溶解性的不同分为三类如腐殖酸、富里酸及黑腐物。
(2)、耗氧有机物包括蛋白质、脂肪、氨基酸,碳水化合物等。耗氧有机物一般不具毒性,易为生物分解,这类有机物通过消耗水中大量的溶解氧恶化水质,破坏水体功能,水中耗氧有机物的分解常释放出营养物质—氮、磷、硫等会引起水体中水生植物与藻类的大量繁殖,容易引起水体的富营养化。
(3)、藻类有机物是藻类的分泌物及藻类尸体分解产物的总称。藻类在其生长过程中由于新陈代谢从体内排出的一些代谢残渣以及细胞分解的产物,即藻类分泌物,是从藻类中分离出来的一类有机物,其中一部分溶于水中,另一部分仍吸附在藻类表面。
(4)、非溶解性有机物,水中的颗粒态有机物主要有被大分子有机物包裹的颗粒及生物态颗粒有机物和油的乳浊液。生物态颗粒有机物主要是一些微生物(藻类、细菌)及其尸体(细胞碎片),也可能有其它的有机碎片,原生动物和后生动物。
2、有毒有机物污染,有毒有机物污染物即人工合成有机物(SOC),具有以下特点:难于降解,在环境中有一定的残留水平,具有生物富 集性,三致(致突变、致畸变、致癌变)作用和毒性,相对于水体中的天然有机物,它们对公众的健康危害更大。医学中流行病学已查明,80%-90%的癌症与环境因素有关,而绝大多数致癌物则是有毒有机物。