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
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物理法：
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機械打撈不徹底
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很聲波設備能耗高
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化學法：
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銅制劑存在生態風險
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氧化劑破壞水體生態
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生物法：
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見效慢（7-15天）
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受溫度影響大
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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）：
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電中和階段（0-2min）：
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[Al??O?(OH)??]??中和藻細胞表面電荷
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Zeta電位從-35.7mV→-4.2mV
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絮體網捕階段（2-10min）：
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生成三維網狀Al(OH)?絮體
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對微囊藻的捕獲效率達98.5%
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抑藻階段（10-30min）：
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Al³?抑制光合系統II活性
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葉綠素a合成降低67%
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沉降階段（>30min）：
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沉降速度達12m/h
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上清液透明度>2m
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動力學模型：
復制
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
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微囊藻：
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較佳pH7.0-7.5
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藻毒素去除率>99%
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硅藻：
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需復配0.5mg/L陽離子PAM
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沉降速度提高40%
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混合藻相：
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梯度投藥（先20mg/L，后10mg/L）
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控制ORP在150-200mV
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4. 工程應用案例
4.1 城市景觀湖治理（20萬m³）
治理方案：
復制
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：
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無人機精準投藥（誤差<5%）
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藻渣資源化制肥（N+P?O?>8%）
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生物毒性在線監測
經濟指標：
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處理成本0.15元/m³
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藻類復發周期延長至45天
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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
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精準控制：
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采用藻類在線熒光儀
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建立劑量-效應關系模型
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生態保護：
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控制出水Al³?<0.1mg/L
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避開魚類產卵期施工
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藻渣處置：
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厭氧發酵產沼氣（產率0.5m³/kg）
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制備生物炭（比表面積>400m²/g）
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7. 結論與展望
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研究證實PAC具有顯著優勢：
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對微囊藻等有害藻種選擇性去除
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同步降低藻毒素風險
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處理成本低于常規方法20%-40%
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未來研究方向：
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開發緩釋型PAC制劑
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研究藻類-PAC絮體資源化
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構建智能預警-處置系統
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管理建議：
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制定《藻類應急處理技術規范》
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建立藻華治理藥劑白名單制度
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