高藻水源地饮用水高级氧化除藻技术研究

1、选题背景及意义我国是世界上人均淡水资源较为贫乏的国家之一，人均淡水资源只相当于世界平均水平的1/4，而淡水湖泊是我国饮用水的重要水源。由于经济高速发展，人口过度膨胀和不合理的开发利用，我国淡水资源的污染现状触目惊心。据统计目前我国约有60%的湖泊呈富营养化状态，太湖、巢湖、滇池、武汉东湖等大型淡水湖和水库中藻类问题都极为严重，藻类水华常有发生。而且藻类一旦污染水体使其富营养化，还会产生数量繁多的次生代谢产物，包括对生态系统和人体健康都有害的嗅味代谢物和藻毒素。藻类过度滋生已经成为我国饮用水水源的主要问题，制约了湖泊资源的可利用性，而且直接影响着人类的健康生存与社会经济的持续发展。[1]藻类对水体的污染能力极大，尤其是对饮用水水源地河流湖泊的影响最为严重。形成水华的藻类主要是以蓝藻为代表的十多个属，其中微囊藻的污染最为严重，是淡水富营养化的代表属。[2]而藻类过度繁殖会对水体功能产生巨大危害，包括影响水体感官性状、影响水体生态环境、影响水体经济价值、干扰水厂正常运行，影响出水水质等。而且淡水水源地藻类过度滋生会严重危害人类健康，[3]因此，高藻水源地饮用水处理技术一直受到国内外密切关注，寻找一种高效便捷的高藻水源地除藻技术显得尤为迫切。随着技术的进步，高藻水源地原水的处理技术也呈现出多样化，目前国内外的传统高藻水源地除藻技术主要分为化学法、物理法和生物法三大类，其中各种方法的作用原理及特点如下表所示：高藻水源地饮用水高级氧化除藻技术研究杨显峰（十堰市环境监测站，十堰442000）摘要：我国是淡水资源较为缺乏的国家，藻类污染作为水体污染的一部分已经引起了广泛关注，水体的藻类污染已经严重危害到了淡水环境和人体健康。目前饮用水源地传统除藻技术如物理法、化学法和生物法都有各自的缺陷和不足，如会产生二次污染，运行成本较高，去除效率较低，而高级氧化技术作为一种零污染、高效率、低能耗的除藻技术，代表着今后国际国内高藻水处理技术的发展方向。关键词：高级氧化技术；饮用水预处理；高藻水源地中图分类号：TU991.2文献标识码：A收稿日期：2015-03-20.作者简介：杨显锋（1970－），男，湖北十堰人，研究方向为环境保护与环境监测。第22卷第2期Vol．22No．2华中师范大学研究生学报CentralChinaNormalUniversityJournalofPostgraduates2015年6月Jun.2015174通过总结可以看出，当前各种传统的高藻原水处理技术都有其明显的优点及缺陷，除藻工艺都需要进一步的完善改进，为了维持淡水生态环境和保障人类健康，急需寻找出一种高效便捷的高藻原水处理技术。2、高级氧化技术对高藻水源地预处理的研究2.1高级氧化技术概述高级氧化技术（AdvancedOxidationProcesses，APOS）又称深度氧化技术，由Glaze在1978年提出，指能够通过反应产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH）为特点，在高温高压、电、声、光辐射、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或者无毒的小分子物质，最终使其彻底氧化的过程。根据产生自由基的方式和反应条件不同，可以将其分为光化学氧化、催化湿式氧化等几大类，该类方法可以运用在高藻水源地除藻技术中的主要为臭氧氧化法、芬顿（Fenton）氧化法及类芬顿氧化、电场放电等离子法和光催化氧化法等。羟自由基反应具有以下特点：（1）氧化性强，去除效率高，能够对大多数还原性有机物进行有效的降解；（2）反应速度快，可以在短时间内完成对藻细胞及藻毒素的破坏；（3）反应条件较简单，常温常压下即可完成反应，有利于工业化推广。所以目前高级氧化技术备受关注，已经成为国际上水处理领域的研究热点，并有望成为主流去除藻类及藻毒素的有效方法。[9][10]2.2高级氧化技术对高藻水源预处理分类2.2.1臭氧预氧化臭氧最先是作为一种消毒剂出现在水处理领域，但是研究人员很快就发现了臭氧在去除有机物、毒物脱毒方面的能力，而且臭氧氧化时间比较短，氧化去除效率高。作为一种高级氧化技术，臭氧不会产生二次污染，它自身降解产生的氧气或者活性自由基不会产生副产物的富集，使得臭氧氧化技术在高藻水源地原水处理领域的前景广阔。臭氧去除有机物的氧化机理可以分为间接分子氧化和间接自由基反应，[11]运用于高藻水处理时，直接分子氧化即臭氧分子直接对藻细胞和藻毒素攻击，臭氧分子直接加成在藻毒素中的不饱和键上导致其键位断裂；间接自由基反应则是臭氧通过它在水溶液中的自身分解反应产生大量的活性自由基（·OH），通过自由基与水中溶解的藻毒素发生快速反应达到去除净化的效果。太湖作为我国的第三大淡水湖，自80年代初以来富营养化日趋严重，近年来藻类数量逐步增加，缪恒锋针对太湖高藻原水进行了臭氧氧化研究，[12]通过对铜绿微囊藻进行臭氧