CN105417673A - 一种利用单线态氧除藻的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用单线态氧除藻的方法，它涉及除藻方法。本发明提供一种利用单线态氧除藻的方法。本发明的除藻方法：将催化剂丙酮酸和氧化剂过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)加入到含藻水中，搅拌，反应，即完成除藻。本发明中丙酮酸催化过氧化物产生双环氧中间体，双环氧中间体进一步与过氧化物反应产生单线态氧和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起循环催化的作用，生成的高活性单线态氧，快速作用于藻，杀死藻细胞，使藻类灭活、达到除藻目的。本发明除藻方法的特点：除藻效率高，不产生有毒有害副产物，催化剂丙酮酸和氧化剂过氧化物绿色、安全、无毒副作用，反应受水体条件影响小，可以进行大规模应用，更适用于藻类爆发的应急处理。

Description

一种利用单线态氧除藻的方法
技术领域
本发明涉及一种除藻方法，具体涉及一种利用单线态氧除藻的方法。
背景技术
近年来，江河湖海水体富营养化导致的藻类泛滥引起了各界的广泛关注，藻类泛滥成灾不仅影响了水体景观及水产养殖的正常生产，而且对人类的生存环境也构成了威胁。
藻类及其副产物给传统净水工艺带来了诸多不利影响：(1)造成水源水质恶化，使饮用水产生令人厌恶的臭和味；(2)藻类死亡沉到水底形成腐殖质，增加水的色度，同时释放藻毒素；(3)藻类及其可溶性代谢产物是氯化消毒副产物的前体物；(4)由藻类形成的浑浊度具有较高的稳定性，比重小，难于下沉，不易在混凝沉淀中去除，未去除的藻类进入滤池，造成滤池堵塞，会使滤池运行周期缩，反冲水量增加，影响水处理工艺的处理效能。
由此可见，原水中大量藻类的存在对饮用水处理产生了巨大的影响和挑战，需要在常规水处理工艺前对其进行化学氧化处理，通过加入的化学药剂(次氯酸、臭氧等)对藻类进行灭活，杀死藻细胞，再依次进行混凝→沉淀→过滤→消毒处理，得到饮用水。
单线态氧(1O2)是一种处于激发态的分子氧，与超氧自由基(O2 -·)、羟基自由基(·OH)、硫酸根自由基(SO4 ·-)等活性氧物种类似，化学性质活泼、不稳定，在自然界中广泛存在，是化学、环境、医学等领域最长涉及的活性氧之一，具有氧化能力强、反应活性高、存活时间短、氧化后不产生有毒有害副产物等特点，属于绿色、环境友好型氧化剂。
但是现有利用单线态氧(1O2)处理藻类的技术达不到理想的效果，急需一种有效地去除藻类的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用单线态氧除藻的方法。
本发明的一种利用单线态氧除藻的方法是通过以下步骤实现的：将催化剂和氧化剂按照摩尔比为1:(1～10)的比例混合后，加入到待处理水中，控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为1～500mg/L，在水力反应停留时间为10～60min、搅拌状态的条件下，进行处理，即完成利用单线态氧除藻；其中，所述的催化剂为丙酮酸，所述的氧化剂为过氧化物。
本发明的一种利用单线态氧除藻的方法中所述过氧化物为过一硫酸盐、过碳酸盐中一种或几种按任意比混合的混合物。其中，过一硫酸盐为过一硫酸钠(NaHSO5)、过一硫酸钾(KHSO5)、过一硫酸铵(NH4HSO5)、过一硫酸钙(Ca(HSO5)2)、过一硫酸镁(Mg(HSO5)2)中的一种或几种按任意比混合的混合物；过碳酸盐为过碳酸钠(Na2CO4)、过碳酸钾(K2CO4)中的一种或两种按任意比混合的混合物。
本发明的一种利用单线态氧除藻的方法的原理如下：首先，丙酮酸催化过氧化物(过一硫酸盐或过碳酸盐)产生双环氧中间体；然后，双环氧中间体进一步与过氧化物反应产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，同时双环氧中间体也会发生自分解产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起循环催化的作用；生成的单线态氧具有很强的氧化能力，可以快速作用于藻，杀死藻细胞，使藻类灭活，达到除藻的目的。具体反应机理见图1。
本发明的一种利用单线态氧除藻的方法，具有如下优点：
(1)环境友好型氧化剂单线态氧(1O2)反应活性强、除污染效率高、氧化后不产生有毒有害副产物。
(2)丙酮酸作为生物体基本代谢的中间产物之一，是葡萄糖糖酵解的最终产物，被广泛用于食品加工等过程，因此，丙酮酸作为催化剂，安全可靠，无毒副作用。
(3)丙酮酸能够与水中存在的钙镁离子(Ca2+、Mg2+)形成络合物丙酮酸盐(丙酮酸钙、丙酮酸镁)，由于丙酮酸络合钙镁离子后增强了羧酸官能团的吸电子能力，因此丙酮酸盐催化过氧化物(过一硫酸盐或过碳酸盐)的能力比丙酮酸更强。
(4)绿色氧化剂过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)作为粉末状固体，化学性质稳定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作简单易行，反应后不产生有毒有害副产物。
(5)反应pH适用范围宽，受水体条件影响小，可以在水厂进行大规模应用，更适用于藻类大规模爆发时的应急处理。
附图说明
图1是一种利用单线态氧除藻方法的反应机理图；
图2是实施例1中藻类去除率曲线图；其中，□表示单独利用过一硫酸钾对水中藻类进行氧化降解，■表示利用丙酮酸催化过一硫酸钾产生的单线态氧对水中藻类进行氧化降解。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式为一种利用单线态氧除藻的方法是通过以下步骤实现的：将催化剂和氧化剂按照摩尔比为1:(1～10)的比例混合后，加入到待处理水中，控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为1～500mg/L，在水力反应停留时间为10～60min、搅拌状态的条件下，进行处理，即完成利用单线态氧除藻；其中，所述的催化剂为丙酮酸，所述的氧化剂为过氧化物。
本实施方式的一种利用单线态氧除藻的方法的原理如下：首先，丙酮酸催化过氧化物(过一硫酸盐或过碳酸盐)产生双环氧中间体；然后，双环氧中间体进一步与过氧化物反应产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，同时双环氧中间体也会发生自分解产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起循环催化的作用；生成的单线态氧具有很强的氧化能力，可以快速作用于藻，杀死藻细胞，使藻类灭活，达到除藻的目的。具体反应机理见图1。
本实施方式的一种利用单线态氧除藻的方法优点：(1)环境友好型氧化剂单线态氧(1O2)反应活性强、除污染效率高、氧化后不产生有毒有害副产物。(2)丙酮酸作为生物体基本代谢的中间产物之一，是葡萄糖糖酵解的最终产物，被广泛用于食品加工等过程，因此，丙酮酸作为催化剂，安全可靠，无毒副作用。(3)丙酮酸能够与水中存在的钙镁离子(Ca2+、Mg2+)形成络合物丙酮酸盐(丙酮酸钙、丙酮酸镁)，由于丙酮酸络合钙镁离子后增强了羧酸官能团的吸电子能力，因此丙酮酸盐催化过氧化物(过一硫酸盐或过碳酸盐)的能力比丙酮酸更强。(4)绿色氧化剂过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)作为粉末状固体，化学性质稳定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作简单易行，反应后不产生有毒有害副产物。(5)反应pH适用范围宽，受水体条件影响小，可以在水厂进行大规模应用，更适用于藻类大规模爆发时的应急处理。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述过氧化物为过一硫酸盐、过碳酸盐中一种或几种按任意比混合的混合物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述过氧化物为过一硫酸盐为过一硫酸钠(NaHSO5)、过一硫酸钾(KHSO5)、过一硫酸铵(NH4HSO5)、过一硫酸钙(Ca(HSO5)2)、过一硫酸镁(Mg(HSO5)2)中的一种或几种按任意比混合的混合物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：过碳酸盐为过碳酸钠(Na2CO4)、过碳酸钾(K2CO4)中的一种或两种按任意比混合的混合物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～10)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～9)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～8)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～7)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～6)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～5)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～4)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～3)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为5～500mg/L，在水力反应停留时间为10～50min、搅拌状态的条件下，进行处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为10～500mg/L，在水力反应停留时间为10～40min、搅拌状态的条件下，进行处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为10～400mg/L，在水力反应停留时间为10～40min、搅拌状态的条件下，进行处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为50～400mg/L，在水力反应停留时间为10～40min、搅拌状态的条件下，进行处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为80～300mg/L，在水力反应停留时间为10～40min、搅拌状态的条件下，进行处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为100～200mg/L，在水力反应停留时间为10～40min、搅拌状态的条件下，进行处理。其它与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
本实施例一种利用单线态氧除藻的方法，其是通过以下步骤实现的：将催化剂丙酮酸和氧化剂过一硫酸钾按照摩尔比为1:2的比例加入到待处理含藻水中，控制过一硫酸钾在待处理含藻水中的浓度为100mg/L，水力反应停留时间为40min，水在处理过程中保持搅拌状态，即完成利用单线态氧除藻。
本实施方式的藻类去除效果见图2，由图2可知，单独利用过一硫酸钾对水中的藻类进行氧化降解(□)，藻类的去除效率不高，反应40min，藻类的去除率不到20％；然而，利用本实施例的方式向含藻水中加入过一硫酸钾的同时再加入丙酮酸，利用丙酮酸催化过一硫酸钾产生的单线态氧对藻类进行氧化降解(■)，反应40min，藻类的去除率达到90％以上，完成对水中藻类的去除。由此可见，本实施例在去除水中藻类方面具有比较突出的优势。

Claims (10)

1.一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于利用单线态氧除藻的方法是通过以下步骤实现的：
将催化剂和氧化剂按照摩尔比为1:(1～10)的比例混合后，加入到待处理水中，控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为1～500mg/L，在水力反应停留时间为10～60min、搅拌状态的条件下，进行处理，即完成利用单线态氧除藻；其中，所述的催化剂为丙酮酸，所述的氧化剂为过氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于所述过氧化物为过一硫酸盐、过碳酸盐中一种或几种按任意比混合的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于过一硫酸盐为过一硫酸钠、过一硫酸钾、过一硫酸铵、过一硫酸钙、过一硫酸镁中的一种或几种按任意比混合的混合物。
4.根据权利要求2所述的一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于过碳酸盐为过碳酸钠、过碳酸钾中的一种或两种按任意比混合的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～10)。
6.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～8)。
7.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于催化剂与氧化剂的摩尔比为1:(2～6)。
8.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为5～400mg/L，在水力反应停留时间为10～50min、搅拌状态的条件下，进行处理。
9.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为10～400mg/L，在水力反应停留时间为10～40min、搅拌状态的条件下，进行处理。
10.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧除藻的方法，其特征在于控制过氧化物在待处理含藻水中的浓度为10～300mg/L，在水力反应停留时间为10～40min、搅拌状态的条件下，进行处理。
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