從富營養(yǎng)化水體中制備飲用水，最主要的目標(biāo)是去除水體中的藻類細(xì)胞和由藻細(xì)胞分泌的有毒性有機物，即藻毒素。目前主要工藝有物理、化學(xué)和生物法三種，其中化學(xué)法又可以分為除藻劑除藻、混凝沉淀除藻、氧化劑除藻三種，其中，以混凝沉淀法應(yīng)用最為廣泛，它可以使懸浮小顆粒膠體脫穩(wěn)凝聚成大顆粒，以便能自然沉降，達到固液分離的目的。藻細(xì)胞個體雖然稍大，但其比重小，生物活性強，細(xì)胞表面帶有一定量的負(fù)電荷，這些決定了含藻水比由無機顆粒組成的懸濁液更穩(wěn)定。投加鋁、鐵鹽混凝劑混凝除藻，可以達到較好的去除效果，除藻效率可達90%以上。另外，相對于其它方法，混凝法價格低廉，操作簡單。因此，混凝沉淀工藝是目前城市給水廠必備的基本工藝之一。
由于含藻廢水的處理難度很大，單獨采用鋁鹽或鐵鹽都很難達到預(yù)期目標(biāo)。通過復(fù)合或共聚的方法，在聚鋁鹽中引入適量的鐵離子來增加無機高分子混凝劑的聚合程度，從而提高絮凝體的沉降性能，降低殘留鋁離子的含量，同時保留鋁鹽優(yōu)越的吸附-橋聯(lián)作用，以期達到對藻細(xì)胞高效地去除。我們選擇聚合氯化鋁鐵進行除藻，并觀察了實驗結(jié)果。
含藻原水取自墨水湖的湖水,時間為4 ～5月。表1列出原水的一些常規(guī)指標(biāo)。從藻類數(shù)量看,墨水湖水的藻類較豐富,平均為8.9 x 10 cells/L,優(yōu)勢藻類為小球藻,約占92% ,其次有柵列藻、月形藻、球藻、平裂藻、微囊藻和星狀菜等。
| 指標(biāo) | 最小值 | 最大值 | 平均值 |
| PH | 6 | 7.4 | 6.7 |
| 濁度（NTU） | 3.5 | 10 | 6.8 |
| 藻細(xì)胞密度（cells/L） | 8.4×107 | 9.4×107 | 8.9×107 |
1.2主要試劑與儀器
聚合氯化鋁鐵(PAFC),購自河南鞏義市凈水劑材料廠,密度為1.22 g/cm3 ,鐵鋁有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)13%，氯化亞鐵含量≤0.2%,鹽基度50%～ 85% ;過氧化氫,AR ;Lugol溶液;722型可見光柵分光光度計;Nikon光學(xué)顯微鏡。
1.3 實驗方法
取0.5 L原水至玻璃燒杯中,用0.1 mol/L 的HCl或0.1mol/L的NaOH調(diào)水樣的pH,依次投加一定量的預(yù)氧化劑(H2O2)和一.定量的聚合氯化鋁鐵(PAFC),用多功能調(diào)節(jié)器控制每種試劑加入后的轉(zhuǎn)速和攪拌時間,經(jīng)過“慢速攪拌(時間2 min)-快速攪拌(時間1 min)- 慢速攪拌(1)一靜置沉淀(30 min)"的混凝過程,其中慢速攪拌強度80 r/min ,快速攪拌強度300 r/min。取上清液,用分光光度法測定其濁度,根據(jù)上述條件,重復(fù)3次實驗,結(jié)果取平均值。
用顯微鏡血球計數(shù)法測定藻細(xì)胞密度:取1.0L水樣加入Lugol溶液固定后,放人藻類沉降裝置,直接靜置沉降24 h后,用虹吸管抽掉上清液,余下沉淀物轉(zhuǎn)人30mL定量瓶中。用上清液沖洗容器3次,沖洗液加到30 mL定量瓶中。吸取0.1 mL樣品注入0.1 mL藻類計數(shù)框中,用顯微鏡進行計數(shù)，重復(fù)3次,取平均值。按式N= A/Vc×Vw/V×n
其中:N為每升水中藻的密度(cells/L);A為計數(shù)框面積(mm2 );Ac為計數(shù)面積( mm2);Vw為1.0 L水樣經(jīng)沉淀濃縮后的樣品體積(mL);V為計數(shù)框體積(mL) ;n為計數(shù)所得藻細(xì)胞數(shù),計算藻細(xì)胞密度。
實驗設(shè)計
通過初步的實驗發(fā)現(xiàn),水樣的pH、絮凝劑PAFC的投加量、預(yù)氧化劑H2O2的投加量及慢速攪拌時間t對混凝效果較為重要,故以PpAFE = 20 mg/L,Pm2O2 =6 mg/L,pH =7,攪拌時間為4 min為基本條件,設(shè)計單因素實驗來確定此4個主要因素的最佳數(shù)值,然后再以此4個主要因素來設(shè)計正交實驗。
通過實驗，我們進行了以下探究：
1、聚合氯化鋁鐵投量對混凝效果的影響，結(jié)果如下圖。
| ρPAPC（mg/L） | 剩余藻細(xì)胞密度 | 除藻率 | 剩余濁度 | 除濁度率 |
| 10 | 10.52 | 82.7 | 1.38 | 86.2 |
| 15 | 8.62 | 93.6 | 1.00 | 89.5 |
| 20 | 3.38 | 96.4 | 0.70 | 92.9 |
| 25 | 3.37 | 96.4 | 0.71 | 92.9 |
| 30 | 4.23 | 95.5 | 0.72 | 92.8 |
| 35 | 4.65 | 93.1 | 0.73 | 92.9 |
| 40 | 4.52 | 93.2 | 0.73 | 92.7 |
2、H2O2的投量對混凝效果的影響，結(jié)果如下。
| ρH2O2 | 剩余藻細(xì)胞密度 | 除藻率 | 剩余濁度 | 除濁度率 |
| 2 | 10.15 | 89.2 | 1.37 | 86.3 |
| 3 | 7.89 | 91.8 | 1.06 | 89.8 |
| 4 | 6.20 | 93.4 | 0.98 | 90.2 |
| 5 | 5.08 | 94.6 | 0.87 | 91.3 |
| 6 | 3.38 | 96.4 | 0.71 | 92.9 |
| 7 | 3.29 | 96.5 | 0.70 | 93.0 |
| 8 | 3.48 | 96.3 | 0.70 | 92.9 |
3、攪拌時間對混凝效果的影響，結(jié)果如下表。
| 攪拌時間 | 剩余藻細(xì)胞密度 | 除藻率 | 剩余濁度 | 除濁度率 |
| 2 | 10.6 | 98.9 | 1.13 | 88.7 |
| 3 | 6.81 | 93.5 | 0.83 | 91.7 |
| 4 | 3.52 | 96.4 | 0.72 | 92.9 |
| 5 | 4.14 | 93.6 | 0.83 | 91.3 |
| 6 | 6.40 | 93.2 | 0.97 | 90.3 |
4、PH對藻除濁度的影響，結(jié)果如下。
| PH | 剩余藻細(xì)胞密度 | 除藻率 | 剩余濁度 | 除濁度率 |
| 6 | 2.38 | 98.4 | 0.71 | 92.9 |
| 6.5 | 4.82 | 95.3 | 0.71 | 92.9 |
| 7 | 5.45 | 94.2 | 0.72 | 92.8 |
| 7.5 | 5.29 | 93.3 | 0.81 | 91.9 |
| 8 | 5.39 | 93.2 | 0.83 | 91.7 |
我們采用正交試驗，得出以下幾點結(jié)論。
(1)通過正交實驗的研究表明,用聚合氯化鋁鐵(PAFC)和H202處理微污染的水體中藻類較適宜的條件是ρpAPC =20 mg/L,pu0,=6 mg/L,pH為7,攪拌時間為4 min。在此條件下，除藻率達96.6% ,除濁度率為93%。
(2)用聚合氯化鋁鐵處理微污染水體中藻類的過程中，聚合氯化鋁鐵的用量是影響藻類去除的重要因素。在正交實驗條件下除藻的結(jié)果具有重現(xiàn)性。方差分析和顯著性分析表明,正交實驗確定的最佳絮凝條件是可靠的。
(3)聚合氯化鋁鐵和H202的復(fù)配能較好地去除微污染水體中藻類和降低水體的濁度,本研究實驗為微污染水源的水處理提供了有益的借鑒。