CN102976473A - 一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于饮用水处理技术领域，针对湖泊、水库等地表水源富营养化污染，提出了一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，包括如下步骤：将含活性氯的水溶液与铵盐的水溶液混合，pH值为8～10，其中，次氯酸根与铵根离子的摩尔比例为0.1-1.0；充分搅拌20～40分钟后，活性氯和铵盐反应完全，产生氯胺的水溶液；将铜盐的水溶液和氯胺的水溶液同时与含铜绿微囊藻的水混合，处理时间为1～20天，其中，铜离子与氯胺的摩尔数的比为0.04～0.5；氯胺与藻细胞的比例为0.5～20毫克的氯胺：108～5×109个藻细胞。本发明破坏藻细胞壁的完整性，有利于铜离子作用于细胞质，进一步灭活藻细胞。
Description
技术领域
本发明属于饮用水处理技术领域，特别涉及一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法。
背景技术
湖泊、水库等是常用地表水源。例如，我国北京、上海、哈尔滨、环太湖城市群、黄河沿线城市等均以湖泊或水库水作为地表水源。但是，由于氮、磷等营养源的排放，导致许多具备饮用水源地功能的湖泊、水库等呈现不同程度的富营养化趋势，并可能在环境条件适宜的条件下导致藻类爆发，成为影响水厂处理工艺过程和饮用水质安全的重要隐患。近年来，我国发生多起饮用水源地藻类爆发的现象，给城市正常供水带来负面影响。
含藻水或高藻水对饮用水处理工艺、饮用水质安全的不利影响主要表现为：1）藻细胞为电负性，不易于通过混凝脱稳，尤其对于存活藻细胞，更是难以通过混凝、沉淀单元去除，可能导致藻细胞在反应池、沉淀池、滤池等构筑物中繁殖，并可能穿透滤池的过滤膜进入输配水管网；2）穿透滤池的过滤膜的藻细胞可能在输配水管网的配水管、入户管、二次供水设施等中进一步繁殖生长，这将消耗管网末端的余氯，并导致微生物繁殖和感官下降等不利影响；3）预氧化工艺将藻细胞灭活，这对于混凝过程是有利的，但是预氧化或消毒工艺也可能将细胞壁结构破坏，并导致胞内物质释放，可能产生更大的水质风险。而适度预氧化一方面灭活藻细胞，一方面避免胞内有机物的过度释放，从而避免了胞外有机物浓度过高或分子量过小给混凝带来的负面影响。研究显示，藻细胞内部的藻毒素、致嗅物质等物质的浓度远远高于胞外的情况；此外，胞内物质往往具有很高的消毒副产物（DBPs）生成势，并在氯化过程中生成DBPs。因此，对于含藻水的处理而言，如何在不破坏藻细胞结构的前提下强化除藻并控制胞内代谢物释放，这将成为饮用水厂面临的技术难题之一。
国内外关于强化除藻的方法主要有：1）采用氯、臭氧、高铁酸钾、高锰酸钾等进行预氧化；2）提高混凝剂投量或投加高分子助凝剂；3）投加粘土矿物等强化藻的沉降；4）采用混凝/气浮工艺或混凝/气浮-沉淀工艺；5）采用超滤膜过滤技术截留藻细胞等。其中，氯、臭氧、高铁酸钾均可能导致藻细胞破裂和胞内物质大量释放，且臭氧、高铁酸钾成本很高；高锰酸钾具有一定灭活和抑制藻细胞活动的能力且氧化破坏藻细胞壁能力较弱，此外其还原产物二氧化锰能沉积在藻细胞表面而加速其沉降，但由于高锰酸钾有颜色，投量不宜过高，且二氧化锰为电负性细小颗粒也需要一并去除。提高混凝剂投量能够提高藻细胞去除，但往往投量需要提高数倍以上，且污泥含量显著增加。投加粘土矿物往往也需要很高投量，且粘土本身为胶体，将大幅提高混凝剂投量。气浮或浮沉池工艺是最佳的除藻工艺，但绝大多数水厂都不具备相关构筑物，而要进行工程改造，则需要花费大量投资。采用膜分离技术则不仅需要大量投资，且运行成本更高。
因此，如何以现有工艺为基础，在不进行或难以及时进行大规模工艺改造的条件下，解决高藻水处理难题或有效应对突发性藻类爆发导致的水质问题，具有重要应用价值。
因此，开发高效、成本低廉、使用方便且可有效降低水源水中的藻细胞密度的方法是目前研究与工程应用中亟需解决的难点问题。
发明内容
因此，本发明的目的是针对作为饮用水源的高藻含量问题，提出在水源水进入水厂单元之前控制水体中的藻细胞数量，提供一种性能高效、经济可行、易于在工程中大规模应用的方法，为了实现该目的，本发明采用的技术方案为：
一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将含活性氯的水溶液与铵盐的水溶液混合，pH值为8~10，其中，次氯酸根与铵根离子的摩尔比例为0.1-1.0；
步骤2：充分搅拌20~40分钟后，活性氯和铵盐反应完全，产生氯胺的水溶液；
步骤3：将铜盐的水溶液和步骤2即时制备的氯胺的水溶液同时与含铜绿微囊藻的水混合，处理时间为1～20天，其中，铜离子与氯胺的摩尔数的比为0.04～0.5；氯胺与藻细胞的比例为0.5～20毫克的氯胺：108～5×109个藻细胞。
如上所述的一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，其中，所述含活性氯的水溶液为：将液氯、次氯酸钠和次氯酸钙中的一种或几种溶于水中而成。
如上所述的一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，其中，所述的铵盐为：氯化铵、硫酸铵和硝酸铵中的一种或几种。
如上所述的一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，其中，所述铜盐为：氯化铜、硫酸铜和硝酸铜中的一种或几种。
本发明的有益效果：
1. 通过氯胺氧化、破坏藻细胞壁、铜离子进入藻细胞破坏藻细胞器，多种作用机制协同，从而具有良好的抑藻效果，适用于控制饮用水源中多种程度的藻华，在处理1～20天时，对铜绿微囊藻的生长抑制率能达到30～90%。
2. 成本低廉，工程施工操作过程简单。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
实施例1
某水厂水源地发生富营养化污染，铜绿微囊藻细胞浓度达到10万个/ml，原水浊度为15 NTU，水厂采用的絮凝剂为氯化铝。水源未发生富营养化污染时，絮凝剂的投量为15 mg/L即可达到良好去除效果，滤池的过滤周期为24 小时。但是，水源发生上述富营养化污染后，絮凝剂的投量增加至25 mg/L，处理效果仍不理想，表现为沉后水、滤后水浊度升高，沉后水的藻细胞的去除率仅为80%，滤池的过滤周期缩短至22小时。
采用本发明的方法对上述发生富营养化污染的水源进行强化除藻：
步骤1：将液氯和硫酸铵与水混合，在充分搅拌下溶解，分别获得液氯的水溶液和硝酸铵的水溶液；将硝酸铜与水混合，在充分搅拌下溶解，获得硝酸铜的水溶液；将氯化铝与水混合，在充分搅拌下溶解，获得氯化铝的水溶液；
步骤2：将液氯的水溶液与硝酸铵的水溶液混合，pH约为8，其中次氯酸根与铵根离子的摩尔比例为0.1；
步骤3：充分搅拌40分钟后，液氯与硝酸铵反应完全，得到氯胺的水溶液；
步骤4：将氯胺的水溶液和硝酸铜的水溶液喷洒在水源地水体中，对含藻水处理1天，其中氯胺与藻细胞的比例为1 mg 氯胺：109个藻细胞，铜离子与氯胺的摩尔数的比例为0.5。
在本实施例中，经过本发明方法处理过的含藻水进入水厂单元后，通过混凝池的进水口投加实施例中步骤1得到的氯化铝的水溶液并混合均匀，沉后水中的藻细胞的去除率显著提高至98%，滤池的过滤周期延长至24小时。过滤水达到了生活饮用水卫生标准。
实施例2
某水厂水源地发生富营养化污染，藻细胞浓度达到100万个/ml，原水浊度为40 NTU，水厂采用的絮凝剂为硫酸铝。水源未发生富营养化污染时，絮凝剂投量为20 mg/L（以铝计）即可达到良好去除效果，滤池的过滤周期为24 小时。但是，水源发生上述富营养化污染后，絮凝剂投量增加至30 mg/L，处理效果仍不理想，表现为沉后水、滤后水浊度升高，沉后水的藻细胞去除率仅为70%，滤池过滤周期缩短至18小时。
采用本发明的方法对上述发生富营养化污染的水源进行强化除藻：
步骤1：将次氯酸钙和氯化铵与水混合，在充分搅拌下溶解，分别获得次氯酸钙的水溶液和氯化铵的水溶液；将硫酸铜与水混合，在充分搅拌下溶解，获得硫酸铜的水溶液；将硫酸铝与水混合，在充分搅拌下溶解，获得硫酸铝的水溶液；
步骤2：将次氯酸钙的水溶液与氯化铵的水溶液混合，pH约为10，其中次氯酸根与铵根离子的摩尔比例为1.0；
步骤3：充分搅拌30分钟后，次氯酸钙的水溶液与氯化铵反应完全，得到氯胺的水溶液；
步骤4：将氯胺的水溶液和硝酸铜的水溶液同时喷洒在水源地水体中，对含藻水处理2天，其中氯胺与藻细胞的比例为3 mg 氯胺：1×109个藻细胞，铜离子与氯胺的摩尔数的比例为0.04。
在本实施例中，经过本发明方法处理过的含藻水进入水厂单元后，通过混凝池的进水口投加实施例2中步骤1得到的硫酸铝的水溶液并混合均匀，沉后水中的藻细胞的去除率显著提高至95%，滤池的过滤周期延长至24小时。过滤水达到了生活饮用水卫生标准。
实施例3
某水厂水源地发生富营养化污染，铜绿微囊藻生长细胞浓度达到500万个/ml，原水浊度为200 NTU，水厂采用的絮凝剂为聚合氯化铝。未发生富营养化污染时，絮凝剂投量为25 mg/L（以铝计）即可达到良好去除效果，过滤周期为24 小时。但是，发生富营养化污染后，絮凝剂投量增加至50 mg/L，处理效果仍不理想，表现为沉后水、滤后水浊度升高，沉后水藻细胞去除率仅为40%，滤池过滤周期缩短至15小时。
采用本发明的方法对上述发生富营养化污染的水源进行强化除藻：
步骤1：将次氯酸钠和硫酸铵与水混合，在充分搅拌下溶解，分别获得次氯酸钠的水溶液和硫酸铵的水溶液；将硫酸铜与水混合，在充分搅拌下溶解，获得硫酸铜的水溶液；将聚合氯化铝与水混合，在充分搅拌下溶解，获得聚合氯化铝的水溶液；
步骤2：将次氯酸钠的水溶液与硫酸铵的水溶液混合，pH约为9，其中次氯酸根与铵根离子的摩尔比例为0.7；
步骤3：充分搅拌30分钟，次氯酸钠和硫酸铵反应完全，得到氯胺的水溶液；
步骤4：将氯胺的水溶液和硫酸铜的水溶液同时喷洒在水源地水体中，对含藻水处理20天，其中氯胺与藻细胞的比例为20 mg 氯胺：109个藻细胞，铜离子与氯胺的摩尔数的比例为0.1。
在本实施例中，经过本发明方法处理过的含藻水进入水厂单元后，通过混凝池的进水口投加实施例2中步骤1得到的聚合氯化铝的水溶液并混合均匀，沉后水中的藻细胞的去除率显著提高至95%，滤池的过滤周期延长至23小时。过滤水达到了生活饮用水卫生标准。
本发明铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，使用了氯胺，不仅灭活了藻细胞，还破坏了藻细胞完整性，改变了藻细胞壁通透性，有利于藻细胞壁外的铜离子进入藻细胞内破坏细胞器，进一步灭活藻细胞。经过本发明方法处理后的藻细胞的生长和繁殖受到控制。本发明方法能有效控制饮用水源——包括河流、湖泊、水库、地下水等水体——中的藻细胞和生长和繁殖。本发明方法通过氯胺氧化、破坏藻细胞壁、铜离子进入藻细胞破坏藻细胞器，多种作用机制协同，从而具有良好的抑藻效果，适用于控制饮用水源中多种程度的藻华，在处理1～20天时，对铜绿微囊藻的生长抑制率能达到30～90%。
本发明的铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法仅需将铜盐的水溶液和通过混合含活性氯的水溶液与铵盐的水溶液所制备的氯胺同时投加含藻水中，之后进行充分混合即可，所用的化学试剂为水处理中常用的净水药剂或净水材料，在应用本发明的铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法时，在水源地喷洒药剂即可，成本低廉，工程施工操作过程简单。
本发明方法可在氧化剂和杀藻剂投量都比较低时达到高效控制藻细胞生长的目标，主要应用于饮用水厂水源预处理，也可应用于以景观水体回用为目标的景观水处理以及富营养化水体的水源预处理以抑制藻细胞生长。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (4)
1.一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将含活性氯的水溶液与铵盐的水溶液混合，pH值为8~10，其中，次氯酸根与铵根离子的摩尔比例为0.1-1.0；
步骤2：充分搅拌20~40分钟后，活性氯和铵盐反应完全，产生氯胺的水溶液；
步骤3：将铜盐的水溶液和步骤2即时制备的氯胺的水溶液同时与含铜绿微囊藻的水混合，处理时间为1～20天，其中，铜离子与氯胺的摩尔数的比为0.04～0.5；氯胺与藻细胞的比例为0.5～20毫克的氯胺：108～5×109个藻细胞。
2. 根据权利要求1所述的一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，所述含活性氯的水溶液为：将液氯、次氯酸钠和次氯酸钙中的一种或几种溶于水中而成。
3.根据权利要求1所述的一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，所述的铵盐为：氯化铵、硫酸铵和硝酸铵中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法，其特征在于，所述铜盐为：氯化铜、硫酸铜和硝酸铜中的一种或几种。
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