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2008.5.5 二氧化氯處理含藻水庫水之應用 (點閱 : 2579 次)
 
壹、前言︰

隨著城市工業化進程加快,環境污染日益加劇,富營養化所引起的有害藍藻水華( HAB , harmful algalbloom) 已成為國內外普遍關注的環境問題 。其中微囊藻( Microcystis) 水華發生最為普遍,而且多數產毒,對淡水水體危害最嚴重。微囊藻毒素( Microcystins )是一類具生物活性的單環聚合物, 主要由淡水藻類銅鏽微囊藻( Microcystis aeruginosa) 產生,其他很多種類的微囊藻也可以產生 (表一),如顫藻屬( Oscillatoria) 、魚腥藻屬( A nabaena) 、念珠藻屬( Nostoc) 以及綠色微囊藻屬( M. vi ridis) 、惠氏微囊藻屬( M. wesenbergii ) 等。微囊藻毒素是一種肝毒素,能抑制蛋白質磷酸酯酵素,因而幫助解除對細胞增殖的正常的製動作用,促進腫瘤的發育。25 %∼70 %的藍藻水華可產生毒素。微囊藻( Microcystis) 水華是淡水水體中危害最嚴重的一類,產生的微囊藻毒素( Microcystins) 為具有生物活性的單環肝毒素,是目前發現的最強的肝臟腫瘤促進劑。人類飲用或直接接觸被藻類污染的水,會引起皮膚反應、結膜炎、鼻炎、嘔吐、腹瀉、胃腸炎等病症。
雖然微囊藻毒素細胞主要存在於藻細胞中,但有研究發現藻細胞死亡解體後,藻毒素不斷的釋放到水體中,污染了人類的飲用水源。流行病學調查顯示,江蘇海門、啟東和廣西扶綏的原肝癌發病率相當高與當地居民長期飲用含微囊藻毒素的池塘或河流水有關,浙江海寧地區大腸癌的高發病率也與飲用的河水、池塘水的藻毒素含量存在正相關關係。因而,對藻毒素降解的研究勢在必行。
國內外已經開發出了許多除藻新技術,如氣浮工藝、化學氧化、生物預處理、微濾、直接過濾等,但最有效的除藻技術首推氣浮和化學氧化。用於飲用水除藻的化學氧化劑非常多,如液氯、臭氧、二氧化氯等,但液氯除藻會產生消毒副產物,儘管價格便宜,但也應當慎重使用。


貳、藻毒素的架構和性質

2. 1藻毒素的架構
微囊藻毒素架構中X、Z 為兩種可變的L - 氨基酸,由於X、Z 的不同而產生超過60 種異構體,其中存在最普遍,含量相對較多且毒性較大的是LR、RR、YR ,其中L 、R、Y分別代表亮氨酸、精氨酸、酪氨酸。微囊藻毒素是細胞內毒素,在細胞內合成,在細胞破裂後釋放並表現出毒性, 能抑制蛋白磷酸脢(pro2tein phosphatase , PP) 1 和2 A的活性[6 ] 。關於微囊藻毒素產生機理的研究是目前的重點,一般認為毒素的產生可能受遺傳架構不同、環境因子變化的影響,其中環境因子包括光照、溫度、營養鹽(尤其是磷、鐵、鋅)的濃度等。

2. 2藻毒素的理化性質
藻毒素的分子量在1000 左右,易溶於水,在水中是中性和帶負電荷的分子團,在常規條件下幾乎不與酸鹼反應。Harada 等設計用濃度達6mol/ L 的鹽酸和三氟乙酸在回流條件下與其反應,才能獲得較好的降解效果。在水中藻毒素的自然降解過程十分緩慢,同時它也有很高的耐熱性,一般水處理工藝的混凝、沈澱、煮沸不能破壞它的毒性,必須採用一些新的水處理流程。

參、藻毒素含量標準

目前,各國一般還沒有制定強制性的飲用水中藻毒素含量標準,已有的標準一般也只針對微囊藻毒素- LR 含量。世界衛生組織(WHO) 建議飲用水中藻毒素標準為1. 0μg/ L ,加拿大健康組織認為飲用水中可接受的藻毒素標準為0. 5μg/ L。中國在2001 年6 月衛生部頒佈的《生活飲用水衛生規範》中已將微囊藻毒素- LR 的標準值列入,為1. 0μg/ L。其國家環境保護總局頒佈的《中華民眾共和國國家標準》( GB3838 - 2002) 中也在集中式生活飲用水地表水源地特定項目標準限值列出微囊藻毒素- LR 的標準值,同樣為0. 001mg/ L 。

肆、藻毒素降解和去除方法
4. 1以物理方法為主的降解途徑

4. 1. 1過濾和沈澱
常規水處理工藝中的濾料對溶解的藻毒素去除效果不佳,但對包容於藻細胞中還未釋放的毒素則有一定去除效果。有學者直接用鍛石和少量明礬在pH6∼10 的條件下處理水樣,由於鍛石和明礬引起藻細胞的凝結和沈降,微囊藻毒素- LR 會在聚集的藻細胞中保持或分解,但不能釋放到水體中,從而不表現出毒性。最近Grutzmacher G等預先用去污細菌層與微囊藻毒素混合,在適當的溫度下慢沙過濾,結果顯示有85 %∼95 %的去除率。Morris R J 等使用表面有細小紋理的高黏度的黏土礦石如高嶺石和蒙脫石等來過濾藻毒素,粒徑< 2μm 的礦石去除率能超過81 % ,而粒徑< 0. 1μm 的礦石去除率只有27 %左右[11 ] 。可以認為,使用表面較為粗糙的粉末狀物質做濾料應該對藻毒素的去除都有一定的效果,同時去除率也與濾料的粒徑大小有關。

4. 1. 2活性碳吸附
水處理工藝中最常用的活性碳濾料為顆粒狀活性碳( Granular activated carbon , GAC) 和粉末狀活性碳(Powdered activated carbon , PAC) 。活性碳和道統水處理工藝結合使用對藻毒素的去除率超過80 % ,但藻毒素含量到0. 1∼0. 5μg/ L 時,活性碳很難繼續去除,而且大量活性碳的使用會造成水處理成本的提升[12 ] 。如待處理水中含有自然有機物質(natural organic mater , NOM) ,會同時引起兩種活性炭吸附能力的下降。Maatouk I回首頁
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