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光干扰法抑制净水厂构筑上青苔机理研究
来源: 发布时间:[2017-03-15]

张雪,蒋福春,李琴 ,尢志磊(苏州市自来水公司,江苏 苏州 521002)

摘要:研究光干扰法去除饮用水中青苔机理具有重要的现实意义。在南方某X水厂的沉淀池出水口选取含有青苔的水样进行监测分析,重点探讨了光干扰法对青苔的抑制效果、抑制过程和抑制机理。结果表明:绿光照射能够很好地抑制青苔的生长,干扰20d后水样的SS值分别为日光和红光条件下的58%与61%;红光干扰对青苔的生长无明显的抑制作用,干扰20d后水样的SS值为日光条件下的96%;日光与红光条件下青苔的最佳生长时间在前5d,随后生长速率急剧下降15d后逐步趋于平稳;绿光条件下青苔的最佳生长时间滞后于日光与红光,最佳生长时间为前10d,随后速率缓慢下降15d后逐步趋于稳定;红光对青苔生长的限制有限,增长限制率在10%以下,而绿光对青苔生长的增长限制率基本上在33-93%之间,限制作用明显;绿光的波长介于490~570之间,无法保证叶绿素进行正常的光合作用,从而抑制青苔的生长。

关键词:饮用水;青苔;光干扰;光合作用

Primary Analysis on the Moss Depression Mechanism of Optical Interference on Water Treatment Structures in a Water Treatment Plant Zhang Xue*, Jiang Fu-chun, Li Qin, You Zhi-lei(1. SuZhou City Water Company, SuZhou 512002, China).

Abstract: Research on moss control by optical interference is very important for the drinking water treatment system. Based on monitoring and analysis of the water simples mixed with moss, which was taken from the sedimentation basin outlet of a water treatment works called X in the south, depression effect, process of depression and depression mechanism were selectively explored. The results show that SS of water exposed to green light for 20 days is 58, and 61 percent of it in the sun and red light respectively, which demonstrates better depression effect of green light. SS of water under red light circumstances for 20 days is 96 percent of it in the sun light, which indicates bad depression act. In the sun and red light, growth rate of moss is largest in the first 5 days, and decrease more rapidly, which ultimately tend to invariant in the final 5 days. In the green light, growth rate of moss is greatest in the initial 10 days, and decrease slowly, which ultimately tend to invariant in the final 5 days. The growth depression rate of water in the red t is below 10%, and in green light is between 33 and 93%. Green light of which wavelength is among 490 and 570 nm, inhibit the spread of moss based on the photosynthesis restraint of chlorophyll.

Key wordsdrinking water; moss; optical interference; photosynthesis


饮用水构筑物上青苔滋生是困扰各大水司的一项技术难题,在高温季节,沉淀池、滤池等构筑物的青苔滋生尤其严重。在天气晴朗光照较条件较好的情况下,青苔光合作用强烈,生成微型氧气泡,促使青苔上浮,进而将构筑物底部和侧壁的沉泥带入池面,增加构筑物负荷,降低构筑物的整体去除效率和使用寿命,影响出水水质[1]。近年来,随着水源地原水水质的恶化,国家水质标准的提高,为了保证优质供水水质,国内众多水司新增了臭氧预氧化工艺[2-8],预臭氧工艺增加了后续水中的溶解氧,在一定程度上促进了青苔的滋生,扩大了青苔的影响范围。因此,研究青苔的产生原因和产生机理,探讨青苔生长条件和控制措施,对提高处理构筑物的处理效率,改善水厂出水水质,提升水厂的整体形象具有重要的实际意义和运用价值。

青苔属于自养型藻类植物,需要叶绿素的光合作用提供能量才能供活,因此青苔对光的照射有较强的依赖性,遮光处理可以较好地抑制沉淀池、滤池等处理构筑物池壁及池底青苔的滋生,但遮光同样会影响日常的生产操作[1]。为了解决二者的矛盾关系,提出了青苔光干扰去除方案,由于绿光的波长非叶绿素易吸收的光波段,因此采用绿色遮光片对日光进行过滤,去除其余光波,保留绿光照射,从而达到遏制青苔生长。

  1. 研究方法

1.1  试验方案

(1)试验装置

试验共设12只验容器,分成4组,每组3只,每组容器均按照图1进行遮光处理,其中2#容器(空白样)用于参比,1#与3#烧杯内分别用于绿光和红光干扰试验。

 

 

 

 

作者:张雪, 职称:助工, E-mail:shirden@163.com



(2)试验水样

在南方某X水厂的沉淀池出水口处,取20g(鲜重)青苔和20L水样。将青苔人工均匀破碎后同水样混合后,测定水样中的SS含量,同时将均匀水样等量地注入12只试验容器内,每只试验容器的反应水量为800ml。

(3)生长条件

将4组试验容器置于光照条件较佳的环境之中,供青苔正常生长。每组青苔的生长周期分别为5d,10d,15d和20d,试验过程中,每日将试验容器内前一日的水样去除,保留容器内青苔,从沉淀池出水口处取不含青苔的新鲜水样,补充至试验容器内,保证容器内青苔生长的营养成分。当生长周期达到预先值后,即刻测定容器内水样的SS(包含青苔)。

1.2  指标测定

容器内水样的SS采用国标内的重量法进行测定[9]

1.3  计算方法

生长速率为阶段性生长率,为本阶段与上阶段SS差值同上阶段SS值的比值。增长率为生长速率随生长时间的累积值。增长限制率为空白样品的增长率同各色光下增长率间的差值。

  1. 结果与讨论

2.1  抑制效果分析

经过试验培养发现,经绿光照射的青苔较为密实,沉于水底,表面未曾发现青苔迹象,同时青苔量较少,而经红光和日光照射的青苔浮于池面,同时青苔量较多。图2~3为试验过程中青苔随时间的增长量与增长率。


 


由图2~3可见,在20天的试验过程中受绿光干扰水样的SS值最低,20d后SS值仅为日光条件下的58%,为红光干扰的61%,生长效率低下,生长量受到了极大的遏制;而红光干扰水样的SS值与日光条件相当,20d后SS值为日光条件下的96%,生长量几乎未受影响,可见绿光照射能够很好地抑制青苔的生长,降低青苔的生长量。

2.2  生长过程分析

图4为试验过程中青苔随时间的生长速率。由图4可见,在20d的培养过程中日光与红光条件下的青苔生长速率持续降低,日光与红光条件下的青苔在前15d的速率下降最为迅速,15d后速率下降缓慢,基本趋于不变;绿光条件下的青苔在前10d内生长较为高,10d时速率达到最高,随后速率迅速下降,并趋于稳定。以上分析表明,日光与红光条件下青苔的最佳生长时间在前5d,随后随着容器内青苔数量的增加生长速率急剧下降,当青苔数量达到一定程度后,速率趋于平稳;而绿光条件下青苔由于受绿光照射的干扰,其最佳生长时间同日光与红光相比明显滞后,最佳生长时间在10d左右,随后速率不断下降趋于稳定。


图5为青苔随时间的增长限制率,红光对青苔的增长限制率基本上在10%以下,对青苔生长的限制有限;而绿光对青苔生长的增长限制率基本上在33-93%之间,限制作用明显。

以上分析表明,绿光对青苔的生长具有很强的抑制作用,可以有效地限制青苔的生长量,降低青苔的生长速率,将青苔的最佳生长时间推后,抑制效果明显。

2.3  抑制机理探索

光合作用是青苔生长的必要条件,光和作用水平的高低直接决定了青苔的生长情况,在农业和水产行业众多学者研究光谱和光强对作物生产的生长,促进作物的产量[10-14]。叶绿素是青苔光合作用的主要物质,在光合作用过程中,只有叶绿素a直接参与光合作用反应,叶绿素b只是将其所吸收的光能传递给叶绿素a,进行能量转换,协助物质合成,促进青苔生长。如图6(A)所示,叶绿素a主要吸收光波峰值为432nm 和660nm,叶绿素b 吸收光波峰值为458nm 和642nm[10,12,14],由图(B)可见绿光的波长是490~570nm,无法给叶绿素提供高效的光能量,供其进行光合作用。光干扰试验中正是对自然光进行筛选,只给青苔照射绿光,降低青苔的能量转换,就能有效地遏制青苔的生长,降低青苔的生长速率,图6中的原理可以很好地解释绿光抑制青苔生长的机理。

在X水厂内炭滤池为绿色玻璃盖板,通过对比发现,炭滤池内青苔比滤池和沉淀池生长缓慢,生长量较少,光干扰抑制效果明显,效果较好。

因此绿光干扰可运用于沉淀池、砂滤池滤池和炭滤池的青苔治理,在实际工程中可以通过选择绿色玻璃盖来遏制沉淀池、滤池、缓炭滤池内青苔生长速度,降低青苔对生产的干扰和影响,达到治理青苔生产的目的。



  1. 结论

1绿光照射能够很好地抑制青苔的生长,降低青苔的生长量,经绿光干扰20d后水样的SS值分别为日光和红光条件下的58%与61%;

2红光干扰对青苔的生长无明显的抑制作用,经红光干扰20d后水样的SS值为日光条件下的96%,生长量几乎未受影响;

3日光与红光条件下青苔的最佳生长时间在前5d,随后生长速率急剧下降5d后逐步趋于平稳;

4绿光条件下青苔的最佳生长时间滞后于日光与红光,最佳生长时间为10d,随后速率下降5d后逐步趋于稳定;

5红光对青苔的增长限制率基本上在10%以下,对青苔生长的限制有限,而绿光对青苔生长的增长限制率基本上在33-93%之间,限制作用明显;

6绿光的波长介于490~570nm之间,无法给叶绿素提供高效的光能量,限制叶绿素的光合作用,抑制青苔的生长;

7可以通过选择绿色玻璃盖来遏制沉淀池、滤池、缓炭滤池内青苔的生长。

参考文献

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作者简介:张雪(1983.12),男,江苏扬州人,助工,硕士,主要从事饮用水处理技术研究.发表论文5篇.

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