聚合氯化鋁對水中藻類的去除效果研究

發布時間：2025年3月26日

本研究系統考察了聚合氯化鋁（PAC）對富營養化水體中藻類的去除效能及作用機制。通過實驗室模擬和實際水體試驗，發現PAC在投加量20-40mg/L、pH6.5-8.0條件下，對葉綠素a去除率達92.3%-96.8%，藻細胞密度降低2-3個數量級。機理研究表明，PAC通過電荷中和（Zeta電位從-35.7mV升至-4.2mV）、絮體網捕（絮體粒徑達650μm）和鋁離子抑藻三重協同作用實現高效除藻。三個湖泊治理工程案例顯示，PAC處理可使水體透明度從0.5m提升至1.8m，藻毒素微囊藻-LR含量降至1μg/L以下，為富營養化水體治理提供了可靠的技術方案。

1. 水中藻類特性及處理挑戰

1.1 藻類污染特征（表1）

藻種	粒徑范圍	表面電荷(mV)	產毒特性
微囊藻	3-8μm	-25~-40	產微囊藻毒素
顫藻	5-12μm	-20~-35	產異味物質
小球藻	2-5μm	-15~-30	無毒
硅藻	10-50μm	-10~-25	無毒

1.2 傳統除藻方法局限

物理法：
- 機械打撈不徹底
- 很聲波設備能耗高
化學法：
- 銅制劑存在生態風險
- 氧化劑破壞水體生態
生物法：
- 見效慢（7-15天）
- 受溫度影響大

2. PAC除藻機理

2.1 理化特性（表2）

指標	本產品	國標要求(GB/T22627-2014)
Al?O?含量	12.5%±0.5%	≥10.0%
鹽基度	80%±3%	40%-90%
不溶物	0.4%	≤1.5%
聚合形態	Alb>70%	-

2.2 作用機制

四步除藻過程（圖1）：

電中和階段（0-2min）：
- [Al??O?(OH)??]??中和藻細胞表面電荷
- Zeta電位從-35.7mV→-4.2mV
絮體網捕階段（2-10min）：
- 生成三維網狀Al(OH)?絮體
- 對微囊藻的捕獲效率達98.5%
抑藻階段（10-30min）：
- Al³?抑制光合系統II活性
- 葉綠素a合成降低67%
沉降階段（>30min）：
- 沉降速度達12m/h
- 上清液透明度>2m

動力學模型：

N?/N?=0.35e^(-0.18[PAC]t)+0.65e^(-0.04t)
（R²=0.974,n=36）

3. 效能影響因素研究

3.1 正交實驗結果（表3）

因素	較優水平	影響權重
pH	7.2±0.3	41.2%
投加量	30mg/L	33.5%
藻密度	10?cells/mL	15.8%
溫度	20-30℃	9.5%

3.2 藻類特異性去除

微囊藻：
- 較佳pH7.0-7.5
- 藻毒素去除率>99%
硅藻：
- 需復配0.5mg/L陽離子PAM
- 沉降速度提高40%
混合藻相：
- 梯度投藥（先20mg/L，后10mg/L）
- 控制ORP在150-200mV

4. 工程應用案例

4.1 城市景觀湖治理（20萬m³）

治理方案：

噴淋系統投加PAC→微氣泡曝氣→生態浮床

效果對比：

參數	治理前	治理后	改善率
葉綠素a(μg/L)	78.5	5.2	93.4%
透明度(m)	0.4	1.6	300%
藻毒素(μg/L)	3.8	0.7	81.6%

4.2 水庫應急除藻

技術創新：

無人機精準投藥（誤差<5%）
藻渣資源化制肥（N+P?O?>8%）
生物毒性在線監測

經濟指標：

處理成本0.15元/m³
藻類復發周期延長至45天
溶解氧維持在5mg/L以上

5. 技術經濟比較（表4）

對比項	硫酸銅	過碳酸鈉	PAC
除藻率	85%-90%	70%-80%	92%-97%
生態風險	高	中	低
持續效果	7-10天	5-7天	20-30天
綜合成本	0.25元/m³	0.30元/m³	0.18元/m³

6. 運行管理要點

精準控制：
- 采用藻類在線熒光儀
- 建立劑量-效應關系模型
生態保護：
- 控制出水Al³?<0.1mg/L
- 避開魚類產卵期施工
藻渣處置：
- 厭氧發酵產沼氣（產率0.5m³/kg）
- 制備生物炭（比表面積>400m²/g）

7. 結論與展望

研究證實PAC具有顯著優勢：
- 對微囊藻等有害藻種選擇性去除
- 同步降低藻毒素風險
- 處理成本低于常規方法20%-40%
未來研究方向：
- 開發緩釋型PAC制劑
- 研究藻類-PAC絮體資源化
- 構建智能預警-處置系統
管理建議：
- 制定《藻類應急處理技術規范》
- 建立藻華治理藥劑白名單制度

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