CN106186231A - 除藻混凝剂及其制备和除藻方法 - Google Patents

除藻混凝剂及其制备和除藻方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种除藻混凝剂及其制备和除藻方法，属于饮用水处理领域。所述除藻混凝剂包括如下重量份组分：40～60重量份的石英砂粉末、0.1～1重量份的氯化铝、0.1～1重量份的聚合氯化铝和0.1～1重量份聚合氯化铝铁。本发明成本低、混凝剂使用量少，对环境影响小，适用处理低浊度、高藻密度水源的除藻混凝剂及其制备和除藻方法。

Description

除藻混凝剂及其制备和除藻方法
技术领域
本发明涉及饮用水处理领域，特别是指一种除藻混凝剂及其制备和除藻方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，含有大量氮、磷元素的工、农业废水和居民生活污水排入水体，导致富营养化现象日益严重，藻类大量繁殖，形成水华。我国淡水湖泊水库众多，藻类水华尤其是蓝藻水华较为严重。蓝藻的大量生长改变了水体的理化环境，透明度降低，水体散发腥臭味，溶解氧减少，不仅影响了养殖水域生态系统、供水、旅游业及生态景观，还严重干扰了人类的正常生活。此外，一些有害藻类，如铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)，能够释放藻毒素，影响人类健康。因此，如何有效去除水体中的藻类是亟需解决的问题。
混凝工艺是最为有效且廉价的除藻工艺，主要应用于水源地及饮用水工艺中。然而对于某些低浊度(浊度小于10NTU)、高藻密度水源，混凝除藻效果变差，需要投加过量的混凝剂才能达到高效除藻的目的。但是，混凝剂投加量的增加不仅增加了除藻成本，还增加了水体中铁、铝等金属离子的含量，容易引起水源的二次污染，影响人体健康。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低，混凝剂使用量少，对环境影响小，适用处理低浊度、高藻密度水源的除藻混凝剂及其制备和除藻方法。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种除藻混凝剂，包括如下重量份组分：40～60重量份的石英砂粉末、 0.1～1重量份的氯化铝、0.1～1重量份的聚合氯化铝和0.1～1重量份聚合氯化铝铁。
进一步的，所述除藻混凝剂包括如下重量份组分：45～55重量份的石英砂粉末、0.2～0.5重量份的氯化铝、0.2～0.5重量份的聚合氯化铝和0.2～0.5重量份聚合氯化铝铁。
优选的，所述除藻混凝剂包括如下重量份组分：50重量份的石英砂粉末，氯化铝：聚合氯化铝：聚合氯化铝铁的重量比为1：1：1，总和为1重量份。
优选的，所述石英砂粉末的粒径为50～150目。
优选的，所述石英砂粉末的粒径为100目。
上述除藻混凝剂的制备方法，称取上述重量份的组分，混合均匀后即得除藻混凝剂。
一种除藻方法，采用上述任一所述的除藻混凝剂，包括以下步骤：
步骤1：向低浊度含藻水中加入除藻混凝剂进行搅拌完成混凝；
步骤2：静置沉淀即可除去含藻水中的藻类。
其中，所述步骤1中，所述浊度小于10NTU，含藻水的密度为1～9×105cells/mL，搅拌的条件为150～250rpm搅拌1～2min，30～60rpm搅拌10～20min。将混凝剂投入含藻水中快速搅拌使其迅速分散形成微细矾花，此时水体变得更加浑浊，使水流能产生激烈的湍流，在絮凝阶段是矾花成长变粗的过程，要求适当的湍流程度和足够的停留时间(10～20min)，至后期可观察到大量矾花聚集依靠重力缓缓下沉。
其中，静置时间为10～30min。沉降阶段中大量的粗大矾花而沉积，上层水为澄清水，剩下的粒径小、密度小的矾花一边缓缓下降，一边继续相互碰撞结大，至后期余浊基本不变，测定余浊的OD680值。
通常水体中藻类细胞具有数量多，比重小，表面带较高的负电荷等特点而难以沉降去除。聚合氯化铝(PAC)主要成分是三氧化二铝，是一种多羟基，多核络合体的阳离子型无机高分子絮凝剂，带有大量正电荷、形态稳定的多核羟铝络合物，分子式[Al2(OH)nCl6-n·xH2O]m(m≤10，n＝1～ 5)为具Keggin结构的高电荷聚合环链体形，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，并可强力去除微有毒物及重金属离子，能有效地促进絮凝。聚合氯化铝铁(PAFC)是由铝盐和铁盐混凝水解而成一种无机高分子混凝剂，其水解速度快，水合作用弱。用量远低于传统混凝剂，净化后的水质优良。絮凝体形成快，沉淀迅速，改善了聚合氯化铝的混凝性能，但三价铝盐与铁盐作混凝剂投量过多，凝聚效果反而下降。石英砂粉末是石英石经破碎加工而成的石英颗粒，石英石是一种非金属矿物质，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物质，其主要矿物成分是SiO2。石英砂粉末的比重作为混凝剂破稳产生的微型絮团的核心，配合聚合氯化铝铁利用沉淀物网捕机理协同聚合氯化铝的电中和及桥联作用使混凝后的藻细胞形成矾花迅速且沉降速度快，去除藻类效果好。
当初始藻浓度为1～9×105cells/mL时，石英砂粉末的投放量为20～100mg/L，氯化铝、聚合氯化铝和聚合氯化铝铁的混合投放量为0.1～2mg/L，藻类去除率可达95％以上，去藻率好。
本发明具有以下有益效果：
本发明中，所述除藻混凝剂采用石英砂粉末、氯化铝、聚合氯化铝和聚合氯化铝铁4种组分复配，将混凝剂的使用量减少了20％～60％，显著降低了水处理成本，并且石英砂粉末廉价易得对环境影响小，不会对水体造成二次污染，混凝剂用量的减少也降低了水体中重金属的含量，避免了重金属污染，进一步提高了水质。
附图说明
图1为AlCl3及AlCl3和不同浓度石英砂粉末复配的混凝剂的藻类去除率；
图2为PAC及PAC和不同浓度石英砂粉末复配的混凝剂的藻类去除率；
图3为PAFC及PAFC和不同浓度石英砂粉末复配的混凝剂的藻类去除率；
图4为AlCl3、PAC及PAFC的二元复配、三元复配和石英砂粉末复配的混凝剂的藻类去除率。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明提供一种除藻混凝剂，由多组分组成，各组分含量请参加以下实施例。
其中，藻类去除率以及混凝剂用量减少率的计算公式如下：
藻类去除率＝(实验用水源OD680-混凝后上清液OD680)×100％/实验用水源OD680
混凝剂用量减少率＝(对照组最优剂量-实验组最优剂量)×100％/对照组最优剂量
对于多元混凝剂复配，混凝剂用量减少率＝(数值较高一组的最优剂量-实验组最优剂量)×100％/数值较高一组的最优剂量
实施例1
除藻混凝剂由以下重量份的组分组成：60重量份的石英砂粉末(粒径100目)、0.2重量份的氯化铝、0.4重量份的聚合氯化铝和0.4重量份聚合氯化铝铁。
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取石英砂粉末60mg、0.2mg氯化铝、0.4mg聚合氯化铝和0.4mg聚合氯化铝铁混合加入到每升实验水源中，250rpm快搅拌1min，30rpm慢搅拌30min完成混凝过程，混凝完 成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率为99％。
实施例2
除藻混凝剂由以下重量份的组分组成：45重量份的石英砂粉末(粒径150目)、0.4重量份的氯化铝、0.3重量份的聚合氯化铝和0.3重量份聚合氯化铝铁。
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取石英砂粉末45mg、0.4mg氯化铝、0.3mg聚合氯化铝和0.3mg聚合氯化铝铁混合加入到每升实验含藻水中，150rpm快搅拌1min，60rpm慢搅拌10min完成混凝过程，混凝完成后静置20min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率为98.1％。
实施例3
除藻混凝剂由以下重量份的组分组成：50重量份的石英砂粉末(粒径100目)、氯化铝：聚合氯化铝：聚合氯化铝铁的重量比为1：1：1，总和为1重量份。
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，将氯化铝、聚合氯化铝和聚合氯化铝铁1:1:1等量混合取1mg，石英砂粉末50mg混合加入到实验每升低浓度含藻水，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率为99.6％。
实施例1至实施例3中，优选实施例3中的除藻混凝剂，其中石英砂含量并非加入越多除藻效率就越好，石英砂含量大，溶液的浊度提升，不利于絮体的形成。
对比例1
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.1g AlCl3固体溶解于100mL去离子水中，配制成1g/L的AlCl3储备液。设置6个AlCl3浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的AlCl3储备液加入到2mL塑料离心管中，共4组，然后分别加入10mg、25mg、50mg、100mg的石英砂粉末，使用振荡器振荡，使混凝剂与石英砂粉末充分接触混合，再一起加入500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图1。
对比例2
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.1g AlCl3固体溶解于100mL去离子水中，配制成1g/L的AlCl3储备液。设置6个AlCl3浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的AlCl3储备液加入到500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图1。
对比例3
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.1g PAC固体溶解于100mL去离子水中，配制成1g/L的PAC储备液。设置6个PAC浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的PAC储备液加入到2mL塑料离心管中，共4组，然后分别加入10mg、25mg、50mg、100mg的石英砂粉末，使用振荡器振荡，使混凝剂与石英砂粉末充分接触混合，再一起加入500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图2。
对比例4
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.1g PAC固体溶解于100mL去离子水中，配制成1g/L的PAC储备液。设置6个PAC浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的PAC储备液加入到500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图2。
对比例5
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养 至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.1g PAFC固体溶解于100mL去离子水中，配制成1g/L的PAFC储备液。设置6个PAFC浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的PAFC储备液加入到2mL塑料离心管中，共4组，然后分别加入10mg、25mg、50mg、100mg的石英砂粉末，使用振荡器振荡，使混凝剂与石英砂粉末充分接触混合，再一起加入500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图3。
对比例6
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.1g PAFC固体溶解于100mL去离子水中，配制成1g/L的PAFC储备液。设置6个PAFC浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的PAFC储备液加入到500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图3。
对比例7
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此 时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.05g AlCl3固体和0.05g PAC溶解于100mL去离子水中，配制成1g/L的聚合储备液。设置6个聚合储备液浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的聚合储备液加入到2mL塑料离心管中，然后加入25mg石英砂粉末，使用振荡器振荡，使混凝剂与石英砂粉末充分接触混合，再一起加入500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图4。
对比例8
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.05g AlCl3固体和0.05g PAFC溶解于100mL去离子水中，配制成1g/L的聚合储备液。设置6个聚合储备液浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的聚合储备液加入到2mL塑料离心管中，然后加入25mg石英砂粉末，使用振荡器振荡，使混凝剂与石英砂粉末充分接触混合，再一起加入500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图4。
对比例9
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.05g PAC固体和0.05g PAFC溶解于100mL去离子水中，配制成1g/L的聚合储备液。设置6个 聚合储备液浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的聚合储备液加入到2mL塑料离心管中，然后加入25mg石英砂粉末，使用振荡器振荡，使混凝剂与石英砂粉末充分接触混合，再一起加入500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图4。
对比例10
实验所使用的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)采用BG11培养基培养，温度25℃，光照12小时，黑暗12小时，光照强度2000lux，培养至对数生长阶段，用于配制实验用低浊度、高藻密度水源。
用去离子水将藻液浓度稀释至4×105cells/mL，配制成实验用水源，此时浊度为7～8NTU，处理水样体积为500mL，称取0.1g AlCl3、0.1g PAC固体和0.1g PAFC溶解于300mL去离子水中，配制成1g/L的聚合储备液。设置6个聚合储备液浓度：1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L、3.5mg/L，取对应量的聚合储备液加入到2mL塑料离心管中，然后加入25mg石英砂粉末，使用振荡器振荡，使混凝剂与石英砂粉末充分接触混合，再一起加入500mL实验用水源中，250rpm快搅拌1min，40rpm慢搅拌20min完成混凝过程，混凝完成后静置30min。取液面下两厘米处的上清液，检测其在680nm波长处的吸光度(OD680)，藻类去除率见图4。
由图1-3所示，与单独混凝剂相配，石英砂的浓度优选50mg/L除藻效率更好，结合图1-4所示，将石英砂与混凝剂的最优配比与单独混凝剂相比，相关数据结果见表1。
表1
综上，本发明提供的除藻混凝剂采用AlCl3、PAC、PAFC、石英砂粉末4种复配，与单独混凝剂相比，混凝剂的用量减少了20％～60％，显著降低了水处理成本，并且除藻效率大于95％，其中石英砂廉价易得对环境影响小，不会对水体造成二次污染，与现有技术相比，复配的除藻混凝剂中石英砂及混凝剂的用量均有所降低，混凝剂用量的减少也降低了水体中重金属的含量，避免了重金属污染，进一步提高了水质。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种除藻混凝剂，其特征在于，包括如下重量份组分：40～60重量份的石英砂粉末、0.1～1重量份的氯化铝、0.1～1重量份的聚合氯化铝和0.1～1重量份聚合氯化铝铁。
2.根据权利要求1所述的除藻混凝剂，其特征在于，包括如下重量份组分：45～55重量份的石英砂粉末、0.2～0.5重量份的氯化铝、0.2～0.5重量份的聚合氯化铝和0.2～0.5重量份聚合氯化铝铁。
3.根据权利要求2所述的除藻混凝剂，其特征在于，包括如下重量份组分：50重量份的石英砂粉末，氯化铝：聚合氯化铝：聚合氯化铝铁的重量比为1：1：1，总和为1重量份。
4.根据权利要求1-3任一所述的除藻混凝剂，其特征在于，所述石英砂粉末的粒径为50～150目。
5.根据权利要求4所述的除藻混凝剂，其特征在于，所述石英砂粉末的粒径为100目。
6.权利要求1-5中任一所述的除藻混凝剂的制备方法，其特征在于，称取上述重量份的组分，混合均匀后即得除藻混凝剂。
7.一种除藻方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的除藻混凝剂，包括以下步骤：
步骤1：向低浊度含藻水中加入除藻混凝剂进行搅拌完成混凝；
步骤2：静置沉淀即可除去含藻水中的藻类。
8.根据权利要求7所述的除藻方法，其特征在于，所述步骤1中，所述浊度小于10NTU，含藻水的密度为1～9×105cells/mL，搅拌的条件为150～250rpm搅拌1～2min，30～60rpm搅拌15～20min。
9.根据权利要求7所述的除藻方法，其特征在于，所述步骤2中，静置时间为15～30min。
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