CN107162147B - 一种改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法及应用，采用壳聚糖为改性剂，与水葫芦混合处理后得到藻絮凝剂。其制备步骤为：将新鲜去根、叶的水葫芦放入烘箱中烘干去水，然后粉碎过筛，与壳聚糖溶液混合，搅拌、过滤，烘干，研磨，得到改性水葫芦藻絮凝剂。本发明提供一种用于蓝藻水华爆发时微囊藻的去除的改性水葫芦絮凝剂及制备方法和应用，能够快速有效的去除蓝藻水华水中的微囊藻，实现对蓝藻水华爆发的应急处理，其去除效果好，见效快，操作简单，对如何快速处理蓝藻水华爆发具有重要的理论和现实意义，同时由于可采用水华爆发地周边的水葫芦进行改性，节约了絮凝剂远距离运输的成本，其经济效益也非常可观。

Description

一种改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种改性水葫芦效藻絮凝剂的制备方法；本发明还涉及此絮凝剂在治理藻华中的应用。
背景技术
富营养化是一种氮磷等营养物质含量过大引起的水质污染现象，过量的氮、磷等营养元素随着人类活动进入自然水体，导致水体富营养化。富营养化会导致某些藻类爆发式繁殖增长，引起水华或赤潮。近年来，我国巢湖、滇池、太湖等水体都曾频繁爆发过水华。天然淡水水体的水华包括蓝藻水华、绿藻水华及硅藻水华等，其中蓝藻水华是爆发最为频繁的水华，其优势种为微囊藻。水华会严重影响水体的正常功能，不但对浮游动植物、底栖动物、水生植物及鱼类等造成不利影响，影响正常水处理工艺的处理结果，藻类还可产生藻毒素，包括肝毒素、神经毒素、细胞毒素等，藻细胞破裂或腐败后释放入水体，通过皮肤接触、饮用水及食用水生动物等途径直接威胁人类健康。所以，研发一种能有效应对水华爆发，去除水中藻类的方法已成为目前非常迫切的需求。
近年来，国内外学者已经开发了许多应急处理技术，根据采用的材料性质和设备不同可分为物理方法，化学方法和生物方法。现已研究的方法技术可归为几类：
简单的物理法：机械打捞法、过滤法、曝气法、气浮法等；化学除藻法：化学药剂杀藻法、化学混凝沉降法；生物法：生物控藻法、植物抑藻法、水生动物操纵法等。但是这几种方法都存在着或多或少的局限性和对环境的二次污染等问题。水葫芦又名凤眼莲是一种是华南地区危害最为严重的水生入侵植物,其生物量大、繁殖迅速,如加以利用可以变废为宝，而且其本身不带毒性。其植株内部主要为海绵组织，且有许多多边形柱状细胞组成的气室,具有作为吸附剂的重要特征一多孔结构，本发明的目的在于克服现有技术的不足,采用廉价易得的水葫芦作为吸附剂的基质，经壳聚糖改性来达到絮凝剂的作用，在实际对藻絮凝中有独特的优势。
发明内容
本发明主要针对现有除藻技术的不足，提供一种改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法，本发明的另一个目的是提供此改性水葫芦藻絮凝剂在治理藻华中的应用。
本发明的目的是这样实现的：
步骤一：水葫芦处理：从池塘采集生长良好的新鲜水葫芦，除其根、叶，只留下叶柄，并将其叶柄切成适当长度，放入80℃烘箱10小时，烘干去水，用粉碎机进行粉碎，过250目筛，得到水葫芦粉末材料；
将步骤一中得到的水葫芦粉末置入下列混合溶液中进行浸泡、,然后过滤抽
干,得到预处理的水葫芦粉；
步骤二：壳聚糖处理：称取壳聚糖溶于 1％(wt％)的盐酸，充分混均，配置成1mg/mL的壳聚糖盐酸溶液水，60℃加热搅拌1h；
步骤三：改性水葫芦藻絮凝剂的制备：取步骤一中制备好的水葫芦粉末于烧杯中，加入步骤二中制备好的壳聚糖溶液，以水葫芦：壳聚糖=10:1的比例放入ZR326混凝实验搅拌机搅拌，快速搅拌（100r/min）3min，然后转为慢速搅拌（30r/min）搅拌60min，最后将其溶液放入100℃烘箱中干燥12h，研磨，得到改性水葫芦藻絮凝剂。
步骤四：改性剂中以重量比计壳聚糖：水葫芦＝5-20：1，进一步优选为壳聚糖与水葫芦的比例为10：1。
所述的改性水葫芦藻絮凝剂在治理藻华中的应用。絮凝剂的用量为0.005~0.02g/L。
本发明提供的改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法，制备方法简单，成本低，改性剂及基质均为环境友好材料，不会造成二次污染；同时具有高效絮凝作用，壳聚糖与水葫芦的比例为10：1，投加量为0.02g/L时，5min去除率可达95%，10min去除率可达100%。水葫芦又名凤眼莲是一种是华南地区危害最为严重的水生入侵植物,其生物量大、繁殖迅速,如加以利用可以变废为宝，而且其本身不带毒性。其植株内部主要为海绵组织，且有许多多边形柱状细胞组成的气室，具有作为吸附剂的重要特征一多孔结构，本发明的目的在于克服现有技术的不足，采用廉价易得的水葫芦作为吸附剂的基质，通过壳聚糖改性后，同时具有高效絮凝作用，除藻效果良好，在实际对藻絮凝中有独特的优势。
附图说明
图1为实施例1改性水葫芦高效藻絮凝剂絮凝除藻的效果。
图2为不同比例下壳聚糖与水葫芦絮凝除藻效果的比较。
图3高效藻絮凝剂不同投加量的絮凝除藻效果比较。
图4不同pH对高效絮凝剂絮凝除藻效果的影响。
具体实施方式
实施例一
1、絮凝剂的制备：
一种改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料准备：改性剂为壳聚糖；壳聚糖：水葫芦＝0.2mg：1mg；
（2）原料处理：将从池塘采集来的15棵水葫芦，并除其根、叶，只留下叶柄，并将其叶柄切成4cm的长度，放入80℃烘箱10小时，烘干去水，然后研磨成粉末，过250目筛，得到水葫芦粉末材料；
壳聚糖处理：称取100mg壳聚糖溶于100ml 1％(wt％)的盐酸溶解配置成1mg/mL的壳聚糖盐酸溶液水，60℃加热搅拌1h；
（3）改性水葫芦藻絮凝剂的制备：按照步骤（1）的比例，取50g水葫芦粉末于1000ml烧杯中，加入500ml壳聚糖溶液，用ZR326混凝实验搅拌机搅拌，快速搅拌（100r/min）3min，然后转为慢速搅拌（30r/min）搅拌60min，最后将其溶液放入100℃烘箱中干燥12h，研磨，过250目筛，最终得到本发明改性水葫芦藻絮凝剂50.4g。
2、应用实例：絮凝剂对藻的絮凝
取生长对数期的藻液1L，浓度为5×109 cell/L的藻悬液烧杯中，分别加入0.005g/L 、0.01 g/L 、0.02 g/L 本发明提供的改性水葫芦藻絮凝剂，置于磁力搅拌器上搅拌，先快速(200rpm)搅拌3min,再慢速(50rpm)搅拌20min，静置，20min后于液面下3cm处取样测定藻细胞浓度，并计算去除率，经计算，藻的去除率接近95%。
实施例二
1、絮凝剂的制备：
一种改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料准备：改性剂为壳聚糖；壳聚糖：水葫芦＝0.2mg：1mg；
（2）原料处理：将从池塘采集来的15棵水葫芦，并除其根、叶，只留下叶柄，并将其叶柄切成4cm的长度，放入80℃烘箱10小时，烘干去水，然后研磨成粉末，过250目筛，得到水葫芦粉末材料；
壳聚糖处理：称取100mg壳聚糖溶于100ml 1％(wt％)的盐酸溶解配置成1mg/mL的壳聚糖盐酸溶液水，60℃加热搅拌1h；
（3）改性水葫芦藻絮凝剂的制备：按照步骤（1）的比例，取50g水葫芦粉末于1000ml烧杯中，加入500ml壳聚糖溶液，用ZR326混凝实验搅拌机搅拌，快速搅拌（100r/min）3min，然后转为慢速搅拌（30r/min）搅拌60min，最后将其溶液放入100℃烘箱中干燥12h，研磨，过250目筛，最终得到改性水葫芦藻絮凝剂49.8g。
2、现场应用
某居民小区附近长方形池塘，测得其长约10m，宽约20m，深约1m。8月份观察发现池塘水质有明显富营养化现象，并且浮游生长旺盛。用取样器取水样一升，鲁可氏法测得藻密度为：3×109 cell/L，该池塘目前属于水华中度污染，如果用本发明提供的改性水葫芦藻絮凝剂治理该池塘的水华污染，本发明投放浓度在池塘水体中应达到0.01 g/L。经计算该长方形池塘应投放本发明提供的改性水葫芦藻絮凝剂共2000g。将制备好的本发明提供的改性水葫芦藻絮凝剂2000g均匀投入该长方形池塘，一个小时后，在液面下10cm处取100ml水样，测其叶绿素的含量。通过计算，藻的去除率约为95%。
图1表达了实施例1混合搅拌改性水葫芦高效藻絮凝剂絮凝除藻的效果，从图中可以看出分别经历了快、慢速搅拌的过程后，除藻率基本上已达到95%，10 min藻去除率达到100%。
图2表达了不同比例下壳聚糖与水葫芦絮凝除藻效果的对比，从图中可以看出壳聚糖：水葫芦=30mg:3 mg 絮凝能力先降低后升高又降低，本发明中的高效藻絮凝剂的混合改性比例。
图3表达了高效藻絮凝剂不同投加量的絮凝除藻效果比较，投放量分别为0.005g/L、0.01 g/L、0.02 g/L ，从图中可以看出随着絮凝剂的投加量的增大絮凝能力逐渐提高后又有所降低，其中最佳投加量为0.01 g/L时絮凝效果最好。
图4表达了不同pH对高效絮凝剂絮凝除藻效果的影响，从图中可以看出pH对絮凝的过程影响较为明显，在pH=7下高效絮凝剂能发挥更好的絮凝效果，而在偏酸或偏碱环境中藻细胞可能遭到破坏而丧失了本身所具有的特性，所以絮凝效果低于自然状态下。

Claims (3)

1.一种在治理藻华中应用的改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法，其特征在于，在治理藻华过程中，水体pH为7；
所述的改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法包括以下步骤：
水葫芦处理：将从池塘采集水葫芦，并除其根、叶，只留下叶柄，并将其叶柄切成4cm的长度，放入80℃烘箱10小时，烘干去水，用粉碎机进行粉碎，过250目筛，得到水葫芦粉末材料；
壳聚糖处理：称取壳聚糖溶于1wt％的盐酸溶解配置成1mg/mL的壳聚糖盐酸溶液，60℃加热搅拌1h；
改性水葫芦藻絮凝剂的制备：取水葫芦粉末于容器中，加入壳聚糖盐酸溶液，用ZR326混凝实验搅拌机搅拌，100r/min的转速下搅拌3min，然后在30r/min转速下搅拌60min，最后将其溶液放入100℃烘箱中干燥12h，研磨，得到改性水葫芦藻絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的在治理藻华中应用的改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法，其特征在于：改性剂中以重量比计壳聚糖：水葫芦＝5-20：1。
3.根据权利要求1所述的在治理藻华中应用的改性水葫芦藻絮凝剂的制备方法，其特征在于：在治理藻华中，絮凝剂的用量为0.005~ 0.02g/L。
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