CN101712504A - 一种磁捕絮凝剂及利用其进行藻华清除的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性凹凸棒土磁捕絮凝剂，利用具有吸附架桥及网捕作用的改性凹凸棒土与铁粉混合制得。本发明还提供一种利用改性凹凸棒土磁捕絮凝剂进行藻华清除的方法，将改性凹凸棒土磁捕絮凝剂投入到含藻溶液中，利用具有吸附架桥及网捕作用的改性凹凸棒土形成微纳网络，在水中与藻细胞、氮、磷等胶粒结合形成絮体，再利用外磁场将絮体移出水体。该方法的制备工艺简单，操作简便。利用本发明，可以快速吸附网捕水中有害物质，提高水体透明度，保持水质稳定，酸碱平衡。在外磁场作用下快速富集藻细胞，解决了除藻之后的打捞问题，杜绝了二次污染的可能发生。在本发明中，絮凝剂可以回收再利用，使用成本显著降低。

Description

一种磁捕絮凝剂及利用其进行藻华清除的方法

技术领域

本发明涉及一种治理江河湖泊等富营养化水体藻华的磁捕絮凝剂，及其利用该磁捕絮凝剂进行富营养化水体藻华治理的方法。

背景技术

近年来，在经济持续快速增长的背景下，生态环境问题也发生了深刻变化。湖泊富营养化日益突出，水华暴发，鱼虾基本绝迹，水体的颜色、气味均有不同程度的恶化，部分湖泊甚至成为纳污水体。

大面积的水华爆发，严重破坏了水生生态系统的平衡与稳定，不仅影响了水体景观，影响了水产养殖业的发展，而且藻毒性已构成对人类生存环境的威胁。仅赤潮给沿海造成的经济损失每年达数十亿元之多，因此藻类的暴发已经成为一种灾害。引起藻华暴发的主要营养元素是水体中的氮、磷，特别是磷起到关键性的作用。目前较流行的清除藻类水华方法大致可归结为物理法、化学法以及生物法。

物理法 物理方法(如高压电离，高压脉冲，交变强磁场，紫外线，超声波等)则是以电能转化为化学能，改变进入水体或水体物质的分子结构和性质，杀伤、杀灭藻类及分解、吸附水体中杂质，达到净化水系的目的。该优点不破坏水体、无残留，但物理杀伤是等量关系，杀伤生命体越大，耗量越多，杀伤越多所耗能量越多，水质杂质越多，耗能越多。另外包括机械法或人工打捞水藻以及采取挖泥的方法，前者只能作为简易的辅助手段，不能从根本上解决问题，而且耗费大量人力物力，效果甚微。

化学法 主要是采用各种化学除藻剂，其效果最显著，但也最具有危险性，所以使用时要非常慎重，严格按照要求的用量操作，否则会造成严重后果。因为这些除藻剂的化学成分均为易溶性的铜化合物，或者螯合铜类物质。这些化合物对鱼类水草等水族生物产生一定程度的伤害甚至导致死亡，并且有致癌作用，还会产生其他的一些不可预测的不良后遗症。

生物法生物修复除藻剂是针对处理富营养化水体的十几种活性微生物和相应的酶，是一种全天然的纯生物制剂，对水体中的水生生物以及人类等不产生任何危害及副作用，产品一旦投入水体，产品中的微生物迅速活化与水中的藻类竞争营养源，从而使藻类缺乏营养死亡，沉入水底，越来越多的微生物继续降解死亡的藻类，直至消灭，使水体变清。但生物法特别是生态修复的方法对于小范围、固定区域内藻华的防治是重要的方法.但这类方法往往需要事先投入巨大的人造工程，以创造并控制抑制藻华所需水生植物(如沉水植物在透明度低或缺乏适当底泥的水底难以生存)或动物生存的条件，因而见效慢、成本高，较难普遍适用于大面积、突发性藻华的治理。

所有这些方法，都存在一个共同的问题，即蓝藻杀灭后沉入水底，导致水体内源污染，特别是藻细胞等生物体腐烂分解释放的氮、磷，增加了后续水华爆发的几率。水华爆发时藻细胞吸收了水体中大量的氮磷，理想的方法是打捞藻细胞，在移出蓝藻的同时消减水体富营养化的根源——氮和磷。

然而，藻细胞空间尺度只有微米量级，从水体中打捞效率非常低。现有技术中有利用铁粉加改性粉煤灰、改性锆磁石做絮凝剂，投放被污染的水体，利用永久磁体或超导磁体将絮体移出，达到消减水华的目的。这种方法的关键在于具有磁性的高效絮凝剂。锆磁石磁性弱，需要超导磁体；粉煤灰主要靠物理吸附，由于吸附架桥及网捕作用较弱，形成的絮体较小，打捞的效率较低。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种能够具有吸附架桥及网捕作用而形成较大絮体，对水体中的氮、磷、藻去除效果显著的磁捕絮凝剂，以及利用此絮凝剂进行藻华清除的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：该絮凝剂为改性凹凸棒土，由凹凸棒土、铁粉和浓盐酸三者混合而成。

所述改性凹凸棒土的组分比为0.5～3g凹凸棒土：0.5～2g铁粉：0.5～2ml浓盐酸，且浓盐酸为6～10mol/L，其中凹凸棒土和铁粉粒径为150-250目。

所述改性凹凸棒土的组分比为2g凹凸棒土∶1g铁粉∶1ml浓盐酸，且浓盐酸为8mol/L，其中凹凸棒土和铁粉粒径为200目。

本发明的另一目的是提供一种利用改性凹凸棒土磁捕絮凝剂进行藻华清除的方法：

将所述磁捕絮凝剂投入到含藻溶液中，利用具有吸附架桥及网捕作用的改性凹凸棒土形成微纳网络，在水中与藻细胞、氮、磷等胶粒结合形成絮体，再利用外磁场将絮体移出水体；磁捕絮凝剂处理藻水的投加量为100～400mg/L。处理藻水的絮凝剂最佳投加量为200mg/L。

本发明的有益效果为：吸附架桥及网捕作用强，制备工艺简单，操作简便。可以快速吸附网捕水中有害物质，提高水体透明度，保持水质稳定，酸碱平衡。在外磁场作用下快速富集藻细胞，解决了除藻之后的打捞问题，杜绝了二次污染的可能发生，且絮凝剂可以回收再利用，使用成本显著降低。

具体实施方式

实施例1

一种改性凹凸棒土磁捕絮凝剂，按照2g凹凸棒土∶1g铁粉∶1ml浓盐酸(8mol/L)的配比，在混合均匀搅拌，充分反应后，即制得改性凹凸棒土。凹凸棒土富含二氧化硅、铝氧化物，少量铁、钙、锰氧化物。将凹凸棒土、铁粉与浓盐酸均匀混合后，凹凸棒土中的部分物质与盐酸进行反应，硅、铝和铁的氧化物反应生成硅酸盐、铝盐和铁盐，具有吸附架桥及网捕的絮凝作用。

把上述配制成的改性凹凸棒土磁捕絮凝剂投加200mg到1L含藻溶液中，通过改性凹凸棒土的吸附架桥及网捕作用，絮凝形成微纳网络结构，在水中与藻细胞、氮、磷等胶粒结合形成絮体。最后利用微纳网络结构的磁响应性，在外磁场的作用下，旋转地将絮体移出水体。

利用本发明对藻液中的叶绿素a、浊度、COD、总氮、总磷的去除率分别为：96.4％、95.6％、92.3％、65.2％、95.3％。碱性磷酸酶和酸性磷酸酶的去除率分别为：94.8％、86.2％。因此，处理后的水体得到有效地净化。

对磁捕絮凝剂安全性进行评价，处理藻水前后的藻毒素浓度分别为9.523μg/L和9.528μg/L，证明絮凝剂对藻毒素的释放没有影响。

实施例2

一种改性凹凸棒土磁捕絮凝剂，按照0.5g凹凸棒土∶0.5g铁粉∶0.5ml浓盐酸(6mol/L)的配比，在混合均匀搅拌，充分反应后，即制得改性凹凸棒土。凹凸棒土富含二氧化硅、铝氧化物，少量铁、钙、锰氧化物。将凹凸棒土、铁粉与浓盐酸均匀混合后，凹凸棒土中的部分物质与盐酸进行反应，硅、铝和铁的氧化物反应生成硅酸盐、铝盐和铁盐，具有吸附架桥及网捕的絮凝作用。

把上述配制成的改性凹凸棒土磁捕絮凝剂投加100mg到1L含藻溶液中，通过改性凹凸棒土的吸附架桥及网捕作用，絮凝形成微纳网络结构，在水中与藻细胞、氮、磷等胶粒结合形成絮体。最后利用微纳网络结构的磁响应性，在外磁场的作用下，旋转地将絮体移出水体。

利用本发明对藻液中的叶绿素a、浊度、COD、总氮、总磷的去除率分别为：88.7％、90.6％、89.6％、64.8％、91.8％。碱性磷酸酶和酸性磷酸酶的去除率分别为：93.2％、83.1％。因此，处理后的水体得到有效地净化。

对磁捕絮凝剂安全性进行评价，处理藻水前后的藻毒素浓度分别为9.512μg/L和9.508μg/L，证明絮凝剂对藻毒素的释放没有影响。

实施例3

一种改性凹凸棒土磁捕絮凝剂，按照3g凹凸棒土∶2g铁粉∶2ml浓盐酸(10mol/L)的配比，在混合均匀搅拌，充分反应后，即制得改性凹凸棒土。凹凸棒土富含二氧化硅、铝氧化物，少量铁、钙、锰氧化物。将凹凸棒土、铁粉与浓盐酸均匀混合后，凹凸棒土中的部分物质与盐酸进行反应，硅、铝和铁的氧化物反应生成硅酸盐、铝盐和铁盐，具有吸附架桥及网捕的絮凝作用。

把上述配制成的改性凹凸棒土磁捕絮凝剂投加400mg到1L含藻溶液中，通过改性凹凸棒土的吸附架桥及网捕作用，絮凝形成微纳网络结构，在水中与藻细胞、氮、磷等胶粒结合形成絮体。最后利用微纳网络结构的磁响应性，在外磁场的作用下，旋转地将絮体移出水体。

利用本发明对藻液中的叶绿素a、浊度、COD、总氮、总磷的去除率分别为：95.5％、96.1％、93.2％、62.9％、93.3％。碱性磷酸酶和酸性磷酸酶的去除率分别为：93.9％、84.7％。因此，处理后的水体得到有效地净化。

对磁捕絮凝剂安全性进行评价，处理藻水前后的藻毒素浓度分别为9.527μg/L和9.530μg/L，证明絮凝剂对藻毒素的释放没有影响。

通过以上实施例可知，本发明制备工艺简单，操作简便。可以快速吸附网捕水中有害物质，提高水体透明度，保持水质稳定，酸碱平衡。在外磁场作用下快速富集藻细胞，解决了除藻之后的打捞问题，杜绝了二次污染的可能发生。并且，在本发明中，絮凝剂可以回收再利用，使用厌氧发酵降解打捞物，使磁粉得以分离、回收和再利用，使用成本显著降低。

Claims (5)

1.一种磁捕絮凝剂，其特征在于该絮凝剂为改性凹凸棒土，由凹凸棒土、铁粉和浓盐酸三者混合而成。

2.根据权利要求1所述的磁捕絮凝剂，其特征在于所述改性凹凸棒土的组分比为0.5～3g凹凸棒土：0.5～2g铁粉：0.5～2ml浓盐酸，且浓盐酸为6～10mol/L，其中凹凸棒土和铁粉粒径为150-250目。

3.根据权利要求2所述的磁捕絮凝剂，其特征在于所述改性凹凸棒土的组分比为2g凹凸棒土：1g铁粉：1ml浓盐酸，且浓盐酸为8mol/L，其中凹凸棒土和铁粉粒径为200目。

4.一种利用权利要求1中所述的磁捕絮凝剂进行藻华清除的方法，其特征在于将所述磁捕絮凝剂投入到含藻溶液中，利用具有吸附架桥及网捕作用的改性凹凸棒土形成微纳网络，在水中与藻细胞、氮、磷等胶粒结合形成絮体，再利用外磁场将絮体移出水体；磁捕絮凝剂处理藻水的投加量为100～400mg/L。

5.根据权利要求4中所述的磁捕絮凝剂进行藻华清除的方法，其特征在于处理藻水的絮凝剂最佳投加量为200mg/L。