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摘要：研究光干擾法去除飲用水中青苔機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在南方某X水廠的沉淀池出水口選取含有青苔的水樣進(jìn)行監(jiān)測分析，重點(diǎn)探討了光干擾法對(duì)青苔的抑制效果、抑制過程和抑制機(jī)理。結(jié)果表明：綠光照射能夠很好地抑制青苔的生長，干擾20d后水樣的SS值分別為日光和紅光條件下的58%與61%；紅光干擾對(duì)青苔的生長無明顯的抑制作用，干擾20d后水樣的SS值為日光條件下的96%；日光與紅光條件下青苔的最佳生長時(shí)間在前5d，隨后生長速率急劇下降15d后逐步趨于平穩(wěn)；綠光條件下青苔的最佳生長時(shí)間滯后于日光與紅光，最佳生長時(shí)間為前10d，隨后速率緩慢下降15d后逐步趨于穩(wěn)定；紅光對(duì)青苔生長的限制有限，增長限制率在10%以下，而綠光對(duì)青苔生長的增長限制率基本上在33-93%之間，限制作用明顯；綠光的波長介于490~570之間，無法保證葉綠素進(jìn)行正常的光合作用，從而抑制青苔的生長。

關(guān)鍵詞：飲用水；青苔；光干擾；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 words：drinking water; moss; optical interference; photosynthesis

飲用水構(gòu)筑物上青苔滋生是困擾各大水司的一項(xiàng)技術(shù)難題，在高溫季節(jié)，沉淀池、濾池等構(gòu)筑物的青苔滋生尤其嚴(yán)重。在天氣晴朗光照較條件較好的情況下，青苔光合作用強(qiáng)烈，生成微型氧氣泡，促使青苔上浮，進(jìn)而將構(gòu)筑物底部和側(cè)壁的沉泥帶入池面，增加構(gòu)筑物負(fù)荷，降低構(gòu)筑物的整體去除效率和使用壽命，影響出水水質(zhì)^[1]。近年來，隨著水源地原水水質(zhì)的惡化，國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，為了保證優(yōu)質(zhì)供水水質(zhì)，國內(nèi)眾多水司新增了臭氧預(yù)氧化工藝^[2-8]，預(yù)臭氧工藝增加了后續(xù)水中的溶解氧，在一定程度上促進(jìn)了青苔的滋生，擴(kuò)大了青苔的影響范圍。因此，研究青苔的產(chǎn)生原因和產(chǎn)生機(jī)理，探討青苔生長條件和控制措施，對(duì)提高處理構(gòu)筑物的處理效率，改善水廠出水水質(zhì)，提升水廠的整體形象具有重要的實(shí)際意義和運(yùn)用價(jià)值。

青苔屬于自養(yǎng)型藻類植物，需要葉綠素的光合作用提供能量才能供活，因此青苔對(duì)光的照射有較強(qiáng)的依賴性，遮光處理可以較好地抑制沉淀池、濾池等處理構(gòu)筑物池壁及池底青苔的滋生，但遮光同樣會(huì)影響日常的生產(chǎn)操作^[1]。為了解決二者的矛盾關(guān)系，提出了青苔光干擾去除方案，由于綠光的波長非葉綠素易吸收的光波段，因此采用綠色遮光片對(duì)日光進(jìn)行過濾，去除其余光波，保留綠光照射，從而達(dá)到遏制青苔生長。

1. 研究方法

1.1  試驗(yàn)方案

（1）試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)共設(shè)12只驗(yàn)容器，分成4組，每組3只，每組容器均按照?qǐng)D1進(jìn)行遮光處理，其中2#容器（空白樣）用于參比，1#與3#燒杯內(nèi)分別用于綠光和紅光干擾試驗(yàn)。

作者:張雪, 職稱:助工, E-mail:shirden@163.com

（2）試驗(yàn)水樣

在南方某X水廠的沉淀池出水口處，取20g（鮮重）青苔和20L水樣。將青苔人工均勻破碎后同水樣混合后，測定水樣中的SS含量，同時(shí)將均勻水樣等量地注入12只試驗(yàn)容器內(nèi)，每只試驗(yàn)容器的反應(yīng)水量為800ml。

（3）生長條件

將4組試驗(yàn)容器置于光照條件較佳的環(huán)境之中，供青苔正常生長。每組青苔的生長周期分別為5d，10d，15d和20d，試驗(yàn)過程中，每日將試驗(yàn)容器內(nèi)前一日的水樣去除，保留容器內(nèi)青苔，從沉淀池出水口處取不含青苔的新鮮水樣，補(bǔ)充至試驗(yàn)容器內(nèi)，保證容器內(nèi)青苔生長的營養(yǎng)成分。當(dāng)生長周期達(dá)到預(yù)先值后，即刻測定容器內(nèi)水樣的SS（包含青苔）。

1.2  指標(biāo)測定

容器內(nèi)水樣的SS采用國標(biāo)內(nèi)的重量法進(jìn)行測定^[9]。

1.3  計(jì)算方法

生長速率為階段性生長率，為本階段與上階段SS差值同上階段SS值的比值。增長率為生長速率隨生長時(shí)間的累積值。增長限制率為空白樣品的增長率同各色光下增長率間的差值。

1. 結(jié)果與討論

2.1  抑制效果分析

經(jīng)過試驗(yàn)培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)綠光照射的青苔較為密實(shí)，沉于水底，表面未曾發(fā)現(xiàn)青苔跡象，同時(shí)青苔量較少，而經(jīng)紅光和日光照射的青苔浮于池面，同時(shí)青苔量較多。圖2~3為試驗(yàn)過程中青苔隨時(shí)間的增長量與增長率。

由圖2~3可見，在20天的試驗(yàn)過程中受綠光干擾水樣的SS值最低，20d后SS值僅為日光條件下的58%，為紅光干擾的61%，生長效率低下，生長量受到了極大的遏制；而紅光干擾水樣的SS值與日光條件相當(dāng)，20d后SS值為日光條件下的96%，生長量幾乎未受影響，可見綠光照射能夠很好地抑制青苔的生長，降低青苔的生長量。

2.2  生長過程分析

圖4為試驗(yàn)過程中青苔隨時(shí)間的生長速率。由圖4可見，在20d的培養(yǎng)過程中日光與紅光條件下的青苔生長速率持續(xù)降低，日光與紅光條件下的青苔在前15d的速率下降最為迅速，15d后速率下降緩慢，基本趨于不變；綠光條件下的青苔在前10d內(nèi)生長較為高，10d時(shí)速率達(dá)到最高，隨后速率迅速下降，并趨于穩(wěn)定。以上分析表明，日光與紅光條件下青苔的最佳生長時(shí)間在前5d，隨后隨著容器內(nèi)青苔數(shù)量的增加生長速率急劇下降，當(dāng)青苔數(shù)量達(dá)到一定程度后，速率趨于平穩(wěn)；而綠光條件下青苔由于受綠光照射的干擾，其最佳生長時(shí)間同日光與紅光相比明顯滯后，最佳生長時(shí)間在10d左右，隨后速率不斷下降趨于穩(wěn)定。

圖5為青苔隨時(shí)間的增長限制率，紅光對(duì)青苔的增長限制率基本上在10%以下，對(duì)青苔生長的限制有限；而綠光對(duì)青苔生長的增長限制率基本上在33-93%之間，限制作用明顯。

以上分析表明，綠光對(duì)青苔的生長具有很強(qiáng)的抑制作用，可以有效地限制青苔的生長量，降低青苔的生長速率，將青苔的最佳生長時(shí)間推后，抑制效果明顯。

2.3  抑制機(jī)理探索

光合作用是青苔生長的必要條件，光和作用水平的高低直接決定了青苔的生長情況，在農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)行業(yè)眾多學(xué)者研究光譜和光強(qiáng)對(duì)作物生產(chǎn)的生長，促進(jìn)作物的產(chǎn)量^[10-14]。葉綠素是青苔光合作用的主要物質(zhì)，在光合作用過程中，只有葉綠素a直接參與光合作用反應(yīng)，葉綠素b只是將其所吸收的光能傳遞給葉綠素a，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，協(xié)助物質(zhì)合成，促進(jìn)青苔生長。如圖6（A）所示，葉綠素a主要吸收光波峰值為432nm 和660nm，葉綠素b 吸收光波峰值為458nm 和642nm^[10,12,14]，由圖（B）可見綠光的波長是490~570nm，無法給葉綠素提供高效的光能量，供其進(jìn)行光合作用。光干擾試驗(yàn)中正是對(duì)自然光進(jìn)行篩選，只給青苔照射綠光，降低青苔的能量轉(zhuǎn)換，就能有效地遏制青苔的生長，降低青苔的生長速率，圖6中的原理可以很好地解釋綠光抑制青苔生長的機(jī)理。

在X水廠內(nèi)炭濾池為綠色玻璃蓋板，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，炭濾池內(nèi)青苔比濾池和沉淀池生長緩慢，生長量較少，光干擾抑制效果明顯，效果較好。

因此綠光干擾可運(yùn)用于沉淀池、砂濾池濾池和炭濾池的青苔治理，在實(shí)際工程中可以通過選擇綠色玻璃蓋來遏制沉淀池、濾池、緩炭濾池內(nèi)青苔生長速度，降低青苔對(duì)生產(chǎn)的干擾和影響，達(dá)到治理青苔生產(chǎn)的目的。