CN101279785B - 水体除藻剂、其制备方法及应用 - Google Patents

水体除藻剂、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水体除藻剂及其制备方法。该水体除藻剂包括以下重量份的各组分组成：铜剂2-15份、锌剂0-10份、铝剂40-60份、载体20-30份、碳酸钙5-15份和镀膜剂0.5-10份。本发明水体除藻剂具有除藻，絮凝，沉淀，固磷等多种功效，且功效持久，可以有效除藻并防止水华。

Description

水体除藻剂、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种水体净化剂，尤其涉及一种由荷载于粘土上的铜，锌，铝，铁，钙等多种金属离子组成的具有除藻，絮凝，沉淀，固磷等功能的水体除藻剂，本发明还涉及该水体除藻剂的制备方法及在水处理中的应用，属于水处理工程领域。
背景技术
众所周知，城市景观水体恶化的原因是水体的富营养化，或称水华现象。人们如能消除，减轻水华，抑止藻类生长，就能实现水清，鱼欢，空气清爽，游人乐于驻足的目的。
水体的富营养化过程是水中的自养型生物(即能自身繁殖)的藻类不断繁殖的结果。这一过程要吸收水中无机物在阳光，有机营养成分的作用下生成它本身能分化的单生藻，有人(斯托姆)把这一过程描述如下：
106CO2+16NO3 -+HPO4 --+122H2O+18H++微量元素→阳光→C106H263O110N16P(单生藻)+138O2
上式虽属假设，未见实验证实，但也提供了一种论据，即无机氮，磷可视为藻类繁殖的控制因素，一个磷分子可结合500-600个其他元素而增生藻类，所以可认为在排除其他人为污染因素后，磷的因素是最主要的。有一种说法，“治水先制藻，制藻先治磷”看来对景观水是比较适用的。国外一环保组织对数百个富营养化水体进行调查后得出结论是80％的水体受磷元素制约，10％受磷，氮两元素制约，只有10％受氮和其他因素控制。这些调研结果有力地支持了在治理景观水时治磷的重要性。
近年来，国内外使用铜，锌，铝，铁，镧金属离子治磷的报告不少，但缺乏系统性，效果也不明朗。国内已有众多治藻的专利，如公开号CN1059073(00，12，06)，CN1686854(05，10，26)，CN1686847(05，10，26)均从固磷着手，以治藻为目的，得到很好的结果，但选用了稀土元素镧为主要成分。镧作为除藻剂在国外早期是为净化泳池水而开发的，(USP 6524487，“03，02，25”)，用在景观水上尚在市场开拓阶段。我国引进商品“Phoslock”即属镧产品，现正在试用中。鉴于镧属化合物的放射性和价格问题，推广应用这一技术，尚需经历一段时间。
发明内容
本发明首先所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新的水体除藻剂，该水体除藻剂具有显著的除藻，防止水华，改善水质等功效。
本发明首先所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种水体除藻剂，包括以下重量份的组分：
铜剂2-15份、锌剂0-10份、铝剂40-60份、载体20-30份、碳酸钙5-15份和镀膜剂0.5-10份。
优选的，上述各组分的重量份是：
铜剂5份、锌剂5份、铝剂50份、载体25份、碳酸钙10份和镀膜剂5份。
其中，所述的铜剂可以是各种铜盐，优选为硫酸铜；
所述的铝剂可以是各种铝盐，例如可以是硫酸铝，羟基硫酸铝，明矾或氯化铝以及它们以任意重量比例所组成的混合物，优选为硫酸铝；
所述的锌剂可以是各种锌盐，优选为碳酸锌；
所述的载体优选为粘土，该粘土含硅酸铝、钠超过80％，在水中具有缓慢溶解与膨胀的性能，例如：膨润土，蒙脱土，硅藻土，皂石或海泡石等，优选为膨润土；
所述的镀膜剂优选为改性淀粉(一般可用酸对淀粉进行改性而制备得到，该制备方法为本领域技术人员所通晓或熟练掌握)，此外，该改性淀粉也可通过商业途径购买得到，例如，可以购自上海康湖化工有限公司，其商品名称是“氧化淀粉”。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种制备上述水体除藻剂的方法，是通过以下技术方案来实现的：
一种制备上述水体除藻剂的方法，包括：
(1)按下述重量份称取各组分：铜剂2-15份、锌剂0-10份、铝剂40-60份、载体20-30份、碳酸钙5-15份和镀膜剂0.5-10份，所述的铜剂是铜盐；所述的铝剂是铝盐；所述的锌剂是锌盐；所述的载体为粘土；所述的镀膜剂是改性淀粉；
(2)将铜剂、锌剂用5-10重量份的水溶解后，再与铝剂，载体、碳酸钙和镀膜剂混合均匀，按照常规的混合均匀的粉末，以常规方法(如挤出或圆盘)造粒(必要时经过筛分)。
由本发明方法所制备的颗粒产品，其规格或特性如下：直径为2-5mm，比重＜2.0，在水中能停留3-5分钟而保持其几何原型，24小时离散性大于80-90％。
本发明以铜离子为主要除藻剂，采用荷载于粘土上以实现缓溶过程而达到长效目的。同时在粘土上还荷载铝，铁，锌，钙等化合物，它们除各具自己对除藻，固磷，絮凝的作用外，还对铜离子除藻具有协同和增效作用(单独作用时水中铜离子一般要求不低于0.4ppm，而在有协同效应时0.2ppm除藻作用就很明显)，从而使本发明的除藻剂具有长效和多功能的性能。
本发明中所采用的载体优选为粘土，该粘土与铝、钙盐混合后达到改性的效果，粘土的主要成分为硅酸铝及少量硅酸钠，含量要求大于80％，具有在水中溶胀，缓溶的性能(选用钠基改性膨润土，在水中溶胀率可达自身体积的十多倍，有利于吸附和缓释离子)。
另一方面，铝盐能水解为絮凝剂，能使复水层内已被铜锌杀死的藻骸能充分絮凝而沈降到底泥中，此时一部分尚未被杀死的新生藻被裹卷而沉入底泥中，一二天内就能复活而使藻害再度发生，此时铝絮凝剂中的铝在铁钙离子的作用下，就能发挥固磷作用，使泥水过渡层中的可溶性磷酸根与铝，钙，铁等金属离子结合而成不溶性磷酸盐，从而使藻失活。
为了充分发挥药效，水体的pH值应尽量保持在7-8之间，有利于不溶性磷化合物之生成，为此本发明中使用了pH缓冲剂碳酸钙，并加入镀膜剂等使产品的颗粒比重小于2.0，这样在使用时颗粒能停留在水体复水层之下，底泥之上，一般认为这是水，泥之间的过渡层，是抑止内源磷转移到水层的最佳层。
由于粘土的吸附性能，金属离子能缓溶于水中以实现长效，除藻，絮凝，沉淀，固磷的作用。锌对铜的除藻过程具有协同，增效作用，铝，铁，钙等金属盐不仅能絮凝，沉淀悬浮物，并能抑制底泥中的磷化物释放出可溶性磷，实现对景观水内磷污染的控制，达到除藻，防止水华现象，改善水质的目的。
本发明水体除藻剂的适用范围：需要防止水华或已长藻的各种水体。
水体除藻剂的使用方法，包括：可用机械或人工方法洒泼到防止水华或已长藻的水面上，其用量按水中溶解的总磷量确定：以mg/L(升)计，加到水中的本发明水体除藻剂/水中溶解的总磷量应等于或大于50-200倍(通常大城市用生活污水处理后的中水为补充水，湖水中总磷一般在2mg/L左右，此时水体除藻剂用量应为100-400mg/L)。即：当水体除藻剂/总磷(TP)为50-200倍时，一般可在3-6个月内防止藻的滋生。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。应当指出，这些实施例仅仅是本发明的例证，不应理解为对本发明的限制。
实施例1
按下述重量称取各组分(单位：kg)：硫酸铜8、碳酸锌2、硫酸铝50、膨润土25、碳酸钙10和改性淀粉(购自上海康湖化工有限公司，其商品名称是“氧化淀粉”)5；将硫酸铜、碳酸锌用5立升水溶解后，再与硫酸铝、膨润土、碳酸钙和改性淀粉混合，按照常规混合均匀的粉末，以常规方法(如挤出或圆盘)造粒，得颗粒，其规格如下：直径为2-5mm，比重＜2.0，在水中能停留3-5分钟而保持其几何原型，24小时离散性大于80-90％。
实施例2
按下述重量称取各组分(单位：kg)：硫酸铜15、碳酸锌5、羟基硫酸铝60、蒙脱土30、碳酸钙15和改性淀粉(购自上海康湖化工有限公司，其商品名称是“氧化淀粉”)10；将硫酸铜、碳酸锌用10立升水溶解、溶液与羟基硫酸铝混和，再与蒙脱土、碳酸钙和改性淀粉混合均匀，按照常规的混合均匀的粉末，以常规方法(如挤出或圆盘)造粒，得颗粒，其规格如下：直径为2-5mm，比重＜2.0，在水中能停留3-5分钟而保持其几何原型，24小时离散性大于80-90％。
实施例3
按下述重量称取各组分(单位：kg)：硫酸铜2、碳酸锌5、氯化铝40、硅藻土20、碳酸钙5和改性淀粉(购自上海康湖化工有限公司，其商品名称是“氧化淀粉”)0.5；将硫酸铜、碳酸锌用6立升水溶解后，再与氯化铝、硅藻土、碳酸钙和改性淀粉混合均匀，按照常规的混合均匀的粉末，以常规方法(如挤出或圆盘)造粒，得颗粒，其规格如下：直径为2-5mm，比重＜2.0，在水中能停留3-5分钟而保持其几何原型，24小时离散性大于80-90％。
实施例4
按下述重量称取各组分(单位：kg)：硫酸铜10、明矾50、海泡石25、碳酸钙10和改性淀粉(购自上海康湖化工有限公司，其商品名称是“氧化淀粉”)0.5；将硫酸铜先加水制成10％水溶液，再与明矾、海泡石、碳酸钙和改性淀粉混合均匀，按照常规的混合均匀的粉末，以常规方法(如挤出或圆盘)造粒，得颗粒，其规格如下：直径为2-5mm，比重＜2.0，在水中能停留3-5分钟而保持其几何原型，24小时离散性大于80-90％。
实施例5
按下述重量称取各组分(单位：kg)：按下述重量称取各组分：硫酸铜5份、碳酸锌5、硫酸铝20、明矾5、氯化铝10、、膨润土25、碳酸钙10和改性淀粉(购自上海康湖化工有限公司，其商品名称是“氧化淀粉”)5；将硫酸铜、碳酸锌用8立升水溶解后、再与硫酸铝、明矾、氯化铝，膨润土、碳酸钙和改性淀粉混合均匀，按照常规的混合均匀的粉末，以常规方法(如挤出或圆盘)造粒，得颗粒，其规格如下：直径为2-5mm，比重＜2.0，在水中能停留3-5分钟而保持其几何原型，24小时离散性大于80-90％。
试验例1本发明水体除藻剂除藻试验
取2个120L玻璃容器，各加入100L天然湖水(取自北京朝阳区丽都公园)，1个做空白对照实验，不加入任何试剂，另1个用本发明水体除藻剂(实施例1-5所制备)进行除藻试验，具体如下：
空白试验在室外阳光下进行，自2006年04月21日至2006年06月30日，共计70余天，水体外观呈墨绿色，水混浊，透明度＜100mm，生成油状粘壁藻团，明显发生了水华现象。
除藻试验在同样地点进行，按照62.5mg/L的剂量加入本发明水体除藻剂(实施例1-5所制备)，70天内水清见底，无色，无藻，无粘壁物。
试验例2本发明水体除藻剂除磷试验
取自丽都公园的湖水总磷(TP)1.54mg/L，在50L容器内进行除磷试验，施药量按待处理水的TP选定，一般TP∶药剂(实施例1-5所制备的水体除藻剂)在1∶50-200之间。例如上述TP＝1.54mg/L的含藻湖水，施药量为TP/药剂(实施例1-5所制备)＝1∶33相当药剂/水＝50mg/L时，共41天试验，平均TP降为0.76mg/L，除磷率56.65％。在此同时，另一组试验的施药量TP/药剂＝1∶66相当药剂/水＝100mg/L时，经41天，平均TP降为0.16mg/L，除磷率89.61％。
试验例3
试验地点：北京市朝阳区丽都公园。
试验时间：2006年07月25日到2006年09月19日。
试验池和对照池的条件：水池不规则形，南北长20米，东西短，约8米，水深400-500毫米，贮水量100-120M3。水质分析：TP：1-1.2mg/L，氨氮：0.15mg/L，溶解氧：上层6.23mg/L，下层2.0mg/L.养锦鲤鱼若干条，上浮时可见到，水能见度＜150毫米。水温22.5-26.8℃，pH 8.53。
与试验池一堤相隔另一池为对照池，试验池和对照池的水体条件完全一样。
对照池：不进行任何处理。
试验池：7月25日用本发明水体除藻剂(实施例1-5所制备)进行处理，一次性加入，药量为12公斤，相当剂量为100ppm.第二天，7月26日，即可测得铜离子，含量0.1-0.2ppm，TP已有下降，在0.8ppm左右波动。此时水的能见度增加到300毫米。氨氮值变化不大，溶解氧能保持在5-6mg/L.与对照池相比，已显得水清，鱼欢。到9月19日，期间每两星期取样分析一次，由于下雨，天阴，游人喂鱼等影响因素，数据显得离散，但总的趋势是水中TP能保持在0.2mg/L上下，氨氮也略有下降。水的能见度能稳定在30公分以上，溶解氧明显得到提高。水中藻的生长得到抑止，可见到较多锦鲤鱼。同期对照池不加药，水面混浊，有明显的绿藻色泽，水面上不时有令人不悦的气味飘拂，相比之下，公园管理部门对现场试验结果作出了肯定的评价。

Claims (6)

1.一种水体除藻剂，包括以下重量份的各组分：铜剂2-15份、锌剂0-10份、铝剂40-60份、载体20-30份、碳酸钙5-15份和镀膜剂0.5-10份，所述的铜剂是铜盐；所述的铝剂是铝盐；所述的锌剂是锌盐；所述的载体为粘土；所述的镀膜剂是改性淀粉。
2.按照权利要求1的水体除藻剂，其特征在于，各组分的重量份是：铜剂5份、锌剂5份、铝剂50份、载体25份、碳酸钙10份、镀膜剂5份。
3.按照权利要求1的水体除藻剂，其特征在于：所述的铜剂是硫酸铜；所述的铝剂选自硫酸铝，羟基硫酸铝，明矾或氯化铝，或它们以任意重量比例所组成的混合物；所述的锌剂是碳酸锌。
4.按照权利要求1的水体除藻剂，其特征在于：所述的粘土选自膨润土，蒙脱土，硅藻土，皂石或海泡石。
5.一种制备权利要求1水体除藻剂的方法，包括：
(1)按下述重量份称取各组分：铜剂2-15份、锌剂0-10份、铝剂40-60份、载体20-30份、碳酸钙5-15份和镀膜剂0.5-10份，所述的铜剂是铜盐；所述的铝剂是铝盐；所述的锌剂是锌盐；所述的载体为粘土；所述的镀膜剂是改性淀粉；
(2)将铜剂和锌剂用5-10重量份的水溶解后，再与铝剂、载体、碳酸钙和镀膜剂混合均匀，以常规方法造粒，即得。
6.权利要求1-4任何一项的水体除藻剂在净化水质中的应用，包括：将所述水体除藻剂洒泼到水面上，其用量如下：以mg/L计，加到水中的水体除藻剂与水中溶解的总磷量的比值是50-200。
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