CN105858847A - 一种水华蓝藻中重金属离子的去除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水华蓝藻中重金属离子的去除方法，包括如下步骤：(1)将水华蓝藻群体细胞进行细胞分散，在细胞分散的过程中加入乙二胺四乙酸，螯合水华蓝藻中的重金属离子；(2)将细胞分散后的水华蓝藻进行过滤，过滤后得到藻泥；(3)将藻泥进行脱水，去除藻泥中含重金属离子的废水。本发明所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法操作简便，处理成本低廉，安全环保，水华蓝藻中重金属离子去除效果显著，可实现水华蓝藻的无害化处理，有力地避免了水华蓝藻资源化利用过程中造成的二次污染，适合大规模的推广应用，具有显著的经济效益和生态环境效益。

Description

一种水华蓝藻中重金属离子的去除方法
技术领域
本发明属于水污染治理领域，尤其是涉及一种水华蓝藻中重金属离子的去除方法。
背景技术
随着水体富营养化程度的加重，以微囊藻(Microcystis sp.)为主的蓝藻水华在我国大型浅水湖泊、城市观赏娱乐性湖泊及供水性水库等频繁暴发，给我国水生态环境造成巨大危害。化学方法和生物方法是防控蓝藻水华的趋势所在，但现阶段物理方法(主要指打捞)仍然是减除蓝藻水污染生态灾害和降低再次暴发强度最直接的有效措施。打捞出来的水华蓝藻并不能直接被家禽、家畜食用，填埋或长期堆积在岸边不仅无法有效利用丰富的蓝藻有机质，而且会产生藻毒素、多环芳烃等毒性物质，并伴随着具有臭味的硫化氢、氨气等有害气体的释放。目前，由于操作简便、费用低廉，制备堆肥及高效有机肥已成为应用最为广泛的蓝藻水华资源化利用方式。
由于自然水体中水华蓝藻细胞的胶鞘对重金属离子的富集能力非常强，制备出的蓝藻有机肥施用后常常因重金属含量超标造成农田的二次污染，进而阻碍了高效利用水华蓝藻制备有机肥的进程。因此，为快速、安全地推进资源化利用水华蓝藻进程，必须事先高效地去除水华蓝藻中重金属离子，这是资源化利用水华蓝藻的最重要前提。然而，由于水华暴发过程中自然水体的蓝藻均是以结合非常紧密的大型群体形式存在，很难有效地去除主要富集于蓝藻细胞胶鞘中的重金属离子。因此，有关水华蓝藻重金属离子去除问题已成为蓝藻高效资源化利用的主要技术瓶颈。目前，制备水华蓝藻堆肥及高 效有机肥等过程中基本采用简单堆置、浸淋等粗放的方式进行去除，去除的重金属量极少，且在浸淋过程中亦造成重金属离子对生态环境的二次污染。开发出高效去除水华蓝藻的重金属离子的技术已是当务之急。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种水华蓝藻中重金属离子的去除方法，安全环保，水华蓝藻中重金属离子去除效果显著，可实现水华蓝藻的无害化处理。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种水华蓝藻中重金属离子的去除方法，包括如下步骤：
(1)将水华蓝藻群体细胞进行细胞分散，在细胞分散的过程中加入乙二胺四乙酸，螯合水华蓝藻中的重金属离子；
(2)将细胞分散后的水华蓝藻进行过滤，过滤后得到藻泥；
(3)将藻泥进行脱水，去除藻泥中含重金属离子的废水，得到去除重金属离子的水华蓝藻。
进一步，所述的步骤(1)中的细胞分散步骤采用微囊藻群体细胞分散仪。
进一步，所述的微囊藻群体细胞分散仪的作用体积为2000-5000升。
进一步，所述的步骤(1)中的乙二胺四乙酸加入后，水华蓝藻中乙二胺四乙酸的浓度为10-80毫摩尔/升。
进一步，所述的步骤(2)中的过滤步骤采用网筛。
进一步，所述的网筛采用醋酸纤维薄膜。
进一步，所述的网筛的孔径为1-2微米。
进一步，所述的步骤(2)中将细胞分散后的水华蓝藻使用污泥泵输送至网筛进行过滤。
进一步，所述的污泥泵为无堵塞污泥泵。
进一步，所述的步骤(3)中的脱水步骤采用脱水机；所述的脱水机为叠螺式污泥脱水机。
相对于现有技术，本发明所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法具有以下优势：
本发明所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法操作简便，处理成本低廉，安全环保，水华蓝藻中重金属离子去除效果显著，可实现水华蓝藻的无害化处理，有力地避免了水华蓝藻资源化利用过程中造成的二次污染，适合大规模的推广应用，具有显著的经济效益和生态环境效益。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的细胞分散仪连接关系示意图；
图2为本发明创造实施例所述的细胞分散仪的工作过程框图。
附图标记说明：
1-MCU模块；2-分散模块；3-速度设定模块；4-速度显示模块；5-时间设定模块；6-时间显示模块；7-紧急停止模块；8-声音报警模块；9-电源转换模块。
具体实施方式
除非另外说明，本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含义，为了便于理解本发明，将本文中使用的一些术语进行了下述定义。
所有的数字标识，例如pH、温度、时间、浓度，包括范围，都是近似值。要了解，虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。同时也要了解，虽然不总是明确的叙述，本文中描述的试剂仅仅是示例，其等价物是本领域已知的。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种水华蓝藻中重金属离子的去除方法，包括如下步骤：
(1)采用体积为5000升的微囊藻群体细胞分散仪将水华蓝藻群体细胞进行细胞分散，在细胞分散的过程中加入乙二胺四乙酸，螯合水华蓝藻中的重金属离子，水华蓝藻中乙二胺四乙酸的浓度为50毫摩尔/升；
(2)将细胞分散后的水华蓝藻使用无堵塞污泥泵输送至网筛进行过滤，过滤后得到藻泥；
(3)将藻泥进行脱水，使用叠螺式污泥脱水机，去除藻泥中含重金属离子的废水，得到去除重金属离子的水华蓝藻。
2014年7月8日至7月10日使用本发明所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法在天津芦阳化肥股份有限公司进行用于制备高效有机肥的水华蓝藻的重金属离子去除实践，包括如下步骤：
(1)2014年7月8日在天津市大沽排污河水华蓝藻聚集区利用无堵塞污泥泵抽取40000升水华蓝藻，利用槽罐车运至天津市宁河区天津芦阳化肥股份有限公司。
(2)在40000升的水华蓝藻藻液中随机取3个1升的水华蓝藻样品， 烘干后采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-9000(N+M))测定其Pb、Cd、Cr、Fe及Al元素的含量，测定结果如下：Pb含量为5.101±0.106毫克/千克、Cd含量为3.113±0.205毫克/千克、Cr含量为2.704±0.403毫克/千克、Fe含量为1192.146±11.213毫克/千克、Al含量为1473.537±27.661毫克/千克。
(3)采用作用体积为5000升的微囊藻群体细胞分散仪将新鲜打捞的40000升泥浆状水华蓝藻进行细胞分散，设定的分散调控参数为：分散的搅拌速度为800转/分钟、分散的时间为100分钟；
(4)在步骤(3)的细胞分散过程中，依据上述测定的水华蓝藻重金属离子含量，向其中添加足量的乙二胺四乙酸螯合水华蓝藻细胞胶鞘中的重金属离子，添加后水华蓝藻藻液中的乙二胺四乙酸的浓度为50毫摩尔/升；
(5)将已被乙二胺四乙酸处理过的水华蓝藻藻液通过污泥泵送到孔径为2微米的醋酸纤维薄膜上进行过滤，去除水华蓝藻藻液中部分水分后获得藻泥；
(6)采用芦阳化肥股份公司定制的50立方米/小时叠螺式污泥脱水机将过滤后藻泥脱水，去除藻泥中含重金属离子的废水，获得1600千克藻渣；
(7)在1600千克藻渣中随机抽取3个0.1千克的藻渣样品，烘干后采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-9000(N+M))测定其Pb、Cd、Cr、Fe及Al元素的含量，测定结果如下：Pb含量为0.841±0.079毫克/千克、Cd含量为0.642±0.064毫克/千克、Cr含量为0.619±0.012毫克/千克、Fe含量为264.2±1.1647毫克/千克、Al含量为371.5±2.316毫克/千克。
经所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法去除重金属离子的水华蓝藻具有很好的效果，对去除重金属离子前后的水华蓝藻中各重金属离子的去除率见表1。
表1水华蓝藻中各重金属含量的去除率
由表1的结果可知，应用本发明所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法可高效地去除水华蓝藻中的重金属。另外，去除重金属离子后得到的藻渣中的有毒重金属元素Pb、Cd及Cr元素含量显著低于我国有机肥料行业标准(NY525-2012)中规定的Pb、Cd及Cr元素含量，因此，去除重金属离子后得到的藻渣可安全环保地作为水华蓝藻有机肥制备原料。
实施例2
一种水华蓝藻中重金属离子的去除方法，包括如下步骤：
(1)采用体积为5000升的微囊藻群体细胞分散仪将水华蓝藻群体细胞进行细胞分散，在细胞分散的过程中加入乙二胺四乙酸，螯合水华蓝藻中的重金属离子，水华蓝藻中乙二胺四乙酸的浓度为80毫摩尔/升；
(2)将细胞分散后的水华蓝藻使用无堵塞污泥泵输送至网筛进行过滤，过滤后得到藻泥；
(3)将藻泥进行脱水，使用叠螺式污泥脱水机，去除藻泥中含重金属离子的废水，得到去除重金属离子的水华蓝藻。
2014年7月13日至7月15日使用本发明所述的水华蓝藻中重金属离子 的去除方法在天津芦阳化肥股份有限公司进行用于制备高效有机肥的水华蓝藻的重金属离子去除实践，包括如下步骤：
(1)2014年7月8日在天津市海河支流津河南开大学崇明路桥段水华蓝藻聚集区利用无堵塞污泥泵抽取36000升水华蓝藻，利用槽罐车运至天津市宁河区天津芦阳化肥股份有限公司。
(2)在36000升的水华蓝藻藻液中随机取3个1升的水华蓝藻样品，烘干后采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-9000(N+M))测定其Pb、Cd、Cr元素的含量、采用氢化物发生—原子荧光光谱法(按照GB/T 5009.12-2003方法进行)测定砷的含量、采用氢化物发生—原子荧光光谱法(按照GB/T 5009.17-2003方法进行)测定Hg的含量，测定结果如下：Pb含量为18.612±0.319毫克/千克、Cd含量为23.953±1.722毫克/千克、Cr含量为12.904±1.627.毫克/千克、Hg含量为0.461±0.021毫克/千克、As含量为6.783±0.886毫克/千克。
(3)采用作用体积为5000升的微囊藻群体细胞分散仪将新鲜打捞的36000升泥浆状水华蓝藻群体进行细胞分散，设定的分散调控参数为：分散的搅拌速度为1000转/分钟、分散的时间为120分钟；
(4)在步骤(3)的细胞分散过程中，依据测定的水华蓝藻重金属离子含量，向其中添加足量的乙二胺四乙酸螯合水华蓝藻细胞胶鞘中的重金属离子，添加后水华蓝藻藻液中的乙二胺四乙酸浓度为80毫摩尔/升；
(5)将已被乙二胺四乙酸处理过的水华蓝藻藻液通过污泥泵送到孔径为2微米的醋酸纤维薄膜上进行过滤，去除水华蓝藻藻液中部分水分后获得藻泥；
(6)采用芦阳化肥股份公司定制的50立方米/小时叠螺式污泥脱水机将过滤后藻泥脱水，去除藻泥中含重金属离子的废水，获得1440千克藻渣；
(7)在1440千克藻渣中随机抽取3个0.1千克的藻渣样品，烘干后采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-9000(N+M))测定其Pb、Cd、Cr元素的含量、采用氢化物发生—原子荧光光谱法(按照GB/T 5009.12-2003方法进行)测定As的含量、采用氢化物发生—原子荧光光谱法(按照GB/T 5009.17-2003方法进行)测定Hg的含量，测定结果如下：Pb含量为1.723±0.061毫克/千克、Cd含量为2.042±0.038毫克/千克、Cr含量为0.896±0.070毫克/千克、Hg含量为0.085±0.003毫克/千克、As含量为0.736±0.052毫克/千克。
经所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法去除重金属离子的水华蓝藻具有很好的效果，对去除重金属离子前后的水华蓝藻中各重金属离子的去除率见表2。
表2水华蓝藻中各重金属含量的去除率
由表2的结果可知，应用本发明所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法可高效地去除水华蓝藻中的重金属。另外，去除重金属离子后得到的藻渣中的有毒重金属元素Pb、Cd及Cr元素含量显著低于我国有机肥料行业标准(NY525-2012)中规定的Pb、Cd及Cr元素含量，因此，去除重金属离子后得到的藻渣可安全环保地作为水华蓝藻有机肥制备原料。
实施例3
本发明中用于分散细胞的微囊藻群体细胞分散仪，优选采用如图1-2所示的细胞分散仪。
如图1-2所示，该细胞分散仪包括：用于处理微囊藻群体细胞分散的MCU模块1；用于分散微囊藻群体细胞的分散模块2；用于设定分散微囊藻群体细胞速度的速度设定模块3；用于显示分散微囊藻群体细胞速度的速度显示模块4；用于设定分散微囊藻群体细胞时间的时间设定模块5；用于显示分散微囊藻群体细胞剩余时间的时间显示模块6；用于紧急停止微囊藻细胞分散仪的紧急停止模块7；用于发出报警音的声音报警模块8；用于提供系统工作的电源转换模块9；所述的用于处理微囊藻群体细胞分散的MCU模块1分别与分散模块2、速度设定模块3、速度显示模块4、时间设定模块5、时间显示模块6、紧急停止模块7、声音报警模块8通过I/O端口方式相连接。
所述用于分散微囊藻群体细胞的分散模块2指的是利用磁铁吸引磁力棒的特性，通过直流电机带动磁铁进而使磁力棒跟随直流电机转动特性将微囊藻群体细胞分散的模块。
所述用于设定分散微囊藻群体细胞速度的速度设定模块3指的是通过调节精密多圈线绕电位器，从而改变直流电机速度的模块。
所述用于显示分散微囊藻群体细胞速度的速度显示模块4指的是使用4位共阴极数码管将直流电机的转速显示出来的模块。
所述用于设定分散微囊藻群体细胞时间的时间设定模块5指的是通过用于分别设定时间的百位、十位、分位的三个按键和一个确定按键所构成的模块。
所述用于紧急停止微囊藻细胞分散仪的紧急停止模块7指的是通过一个按键使直流电机停止工作的模块。
所述用于发出报警音的声音报警模块8指的是通过将一个有源蜂鸣器接通5V电源从而发出报警声音的模块。
所述的微囊藻群体细胞分散仪的处理核心是用于处理微囊藻群体细胞分散的MCU模块1，它能根据用户设定的分散微囊藻群体速度和时间自动分散微囊藻群体细胞，而无须人员值守。分散模块2利用磁铁吸引磁力棒的特性，通过直流电机带动磁铁进而使磁力棒跟随直流电机转动特性将微囊藻群体细胞分散。本发明微囊藻群体细胞分散仪通过速度设定模块3用于设置微囊藻群体细胞分散仪的速度，以便既能以较高的速度分散微囊藻群体细胞又不破坏微囊藻细胞体，进而为分散微囊藻群体细胞节省时间。微囊藻群体细胞分散仪通过速度显示模块4用4位共阴极数码管将微囊藻群体细胞分散仪的速度实时显示出来。微囊藻群体细胞分散仪通过时间设定模块5用于设置微囊藻群体细胞分散仪分散微囊藻群体细胞的时间，以便在刚好的时间内能分散了微囊藻群体细胞又不破坏微囊藻细胞体，微囊藻群体细胞分散仪通过时间显示模块6用3位共阴极数码管以倒计时的方式将微囊藻群体细胞分散仪分散微囊藻群体细胞所需剩余时间实时显示出来。微囊藻群体细胞分散仪通过紧急停止模块7用于停止分散模块2的工作，同时速度显示模块4同步停止，速度显示模块4显示为零。微囊藻群体细胞分散仪通过声音报警模块8在微囊藻群体细胞分散仪工作还剩10秒钟时以每隔1秒响一次的方式提醒用户。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将水华蓝藻群体细胞进行细胞分散，在细胞分散的过程中加入乙二胺四乙酸，螯合水华蓝藻中的重金属离子；
(2)将细胞分散后的水华蓝藻进行过滤，过滤后得到藻泥；
(3)将藻泥进行脱水，去除藻泥中含重金属离子的废水，得到去除重金属离子的水华蓝藻。
2.根据权利要求1所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的细胞分散步骤采用微囊藻群体细胞分散仪。
3.根据权利要求2所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述的微囊藻群体细胞分散仪的作用体积为2000-5000升。
4.根据权利要求1或2所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的乙二胺四乙酸加入后，水华蓝藻中乙二胺四乙酸的浓度为10-80毫摩尔/升。
5.根据权利要求1或2所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的过滤步骤采用网筛。
6.根据权利要求5所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述的网筛采用醋酸纤维薄膜。
7.根据权利要求5所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述的网筛的孔径为1-2微米。
8.根据权利要求5所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述的步骤(2)中将细胞分散后的水华蓝藻使用污泥泵输送至网筛进行过滤。
9.根据权利要求8所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述的污泥泵为无堵塞污泥泵。
10.根据权利要求1所述的水华蓝藻中重金属离子的去除方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的脱水步骤采用脱水机；所述的脱水机为叠螺式污泥脱水机。
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