CN107720914A - 一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法，具体包括以下步骤：1）将过碳酸盐和混凝剂按照体积质量比为1：(1~60)的比例混合，形成混合药剂；2）将步骤1）中的混合药剂加入含藻的水体中，混合药剂投加在含藻水体中后的总浓度为40～250mg/L；3）投加完成后，对水体依次进行快速、中速、慢速搅拌，然后静沉，即完成除藻过程；本发明方法在常温常压下就能进行，工艺简单、操作方便，制备成本低，无需外加能源，原材料来源方便，易于产业化，在环境污染治理领域极具应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水体净化技术领域，具体涉及一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法。
背景技术
近年来，由于人类生产生活的干扰，导致很多地方的江河湖海出现了严重的水体富营养化现象，富营养化水体的显著特征是浮游藻类的过度繁殖，尤其是对我们的生产、生活用水，藻类的大量繁殖一方面会使水体的水质大大下降，另一方面，这些水藻常常会粘附在滤料表面堵塞滤池，影响水厂的正常运行，严重影响饮用水安全。
目前水厂的除藻技术主要有预氧化、混凝沉淀、膜滤法、直接过滤法和气浮除藻法；其中膜滤法和直接过滤法受藻类堵塞的影响较大，膜寿命大大降低，制水成本加大。预氧化技术主要是用臭氧、次氯酸钠、高锰酸钾等对藻细胞进行灭火，但是这些预氧化技术往往会使藻细胞破裂，使胞内毒素释放到水中，易产生三卤甲烷等有害副产物，造成了二次污染，同时，氯气运输、贮存不方便、存在安全隐患和臭氧预氧化除藻需额外增加设备、投资运行费用高、操作复杂的问题。混凝沉淀法是水厂应用较为成熟的水处理方法，但是由于藻细胞是一种亲水性带有负电的有机体，而一般需要采用投加大量的混凝剂才能获得一定的除藻效果，如何有效的提高混凝沉淀工艺对藻类的去处效果，是当前水处理工艺中比较受关注的问题。
过氧碳酸盐是由碳酸盐、过氧化氢和水三组分体系利用氢键形成的复合物；目前，过氧碳酸盐主要是作为一种新型的漂白洗涤剂和消毒剂，被广泛应用于生产生活中；过氧碳酸盐易溶于水，溶于水后分解为碳氧酸盐和过氧化氢，无毒、无嗅、无污染，而且过氧碳酸盐是一种温和的氧化剂。尽管过氧碳酸盐已经被证明具有良好的杀菌消毒效果，但将其用于增强混凝剂的沉淀效果的报道尚未见到。
综上，现有的常用于除藻的技术仍然存在成本高、二次污染、混凝剂对藻类的沉淀效果差、除藻效率低等问题，因此，亟需一种能够解决现有技术中存在的上述问题的除藻方法，进一步提高除藻的处理效果。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法，采用本发明的方法处理污水取得了良好的效果，且该方法在常温常压下就能进行，工艺简单、操作方便，制备成本低，无需外加能源，原材料来源方便，易于产业化，在环境污染治理领域极具应用前景。
本发明的目的之一是提供一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法。
本发明的目的之二是提供上述方法在水处理中的应用。
为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法，具体包括以下步骤：
1)将过氧碳酸盐和混凝剂按照体积质量比为1：(1～60)的比例混合，形成混合药剂；
2)将步骤1)中的混合药剂加入含藻的水体中，混合药剂投加在含藻水体中后的总浓度为40～250mg/L；
3)投加完成后，对水体依次进行快速、中速、慢速搅拌，然后静沉，即完成除藻过程。
步骤1)中，所述过氧碳酸盐是由碳酸盐、过氧化氢和水三组分体系利用氢键形成的复合物。
优选的，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种。
步骤1)中，所述混凝剂为硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾、铝酸钠和硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁的一种或两种按任意比混合的混合物。
优选的，步骤2)中，所述混合药剂投加在含藻水中后的浓度分别为：PAC45mg/L，过氧碳酸钠5mg/L。
步骤3)中，所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：80～200r/min、60～150r/min、30～50r/min。
优选的，所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：100r/min、80r/min、30r/min。
步骤3)中，所述静沉的时间为20～40min。
优选的，所述静沉的时间为30min。
其次，本发明还公开了一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法的应用，所述应用包括：用于藻类处理、自来水厂、污水处理厂以及环境污染治理中。
本发明利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的原理为(以过氧碳酸钠为例)：过氧碳酸钠溶于水后生成羟离子OOH-，羟离子OOH-游离出活性氧[O]，具体反应过程如下：
2Na2CO3·3H2O2→2Na2CO3+3H2O2 (1)
H2O2+OH-→H2O+OOH- (2)
OOH-→OH-+[O] (3)
上述过程中产生的活性氧[O]具有强烈的氧化作用，藻类胞外分泌物的多糖、蛋白质、腐殖酸和核酸等被活性氧氧化，改变了藻类的表面电荷和结构，打破了藻细胞空间结构的稳定性，从而促进了藻细胞的沉降性能，然后再利用混凝剂的电性中和、吸附架桥、网捕或者卷扫作用，使微小胶体形成大絮团在水中沉淀，达到除藻的目的。
需要说明的是，本发明中的除藻的方法不需要杀死藻细胞，而是改变藻类的表面结构和电荷，打破藻细胞空间结构的稳定性，从而促进藻细胞的沉降性能，最后再将沉降下来的藻细胞从水体中过滤掉，这样做的好处是虽然藻细胞沉降下来了，但仍然具有生命活性，其细胞壁不会在短时间内破裂，因此，其细胞内部的有毒代谢物不会流出，有效防止了对水体造成二次污染，因为本发明虽然也利用单过硫酸氢钾复合盐产生的高活性单线态氧除藻，但本发明并不是直接让高活性单线态氧直接作用于藻细胞，而是将单过硫酸氢钾复合盐作为一种助凝剂，当单过硫酸氢钾复合盐产生单线态氧后，经过一系列链式反应转换成羟基自由基、硫酸根自由基等活性物质，这些活性物质能够有效打破藻细胞空间结构的稳定性，从而促进藻细胞的沉降性能，达到除藻的目的；而传统的利用单过硫酸氢钾复合盐产生的高活性单线态氧(1O2)直接作用于藻细胞除藻的方法会杀死藻细胞，因为单线态氧具有很强的氧化能力，可以快速作用于藻细胞，杀死藻细胞，使藻类灭活，但藻细胞一旦灭活失去生物活性后，细胞很容易破裂，造成细胞内部的有毒代谢物再次进入水体中，造成了二次污染，需要对水体重新净化，无论在成本、效率还是操作上，都远不及本发明提供的方法有优势。
与现有技术相比，本发明方法提供的利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法取得了以下有益效果：
(1)过氧碳酸盐作为环境友好型药剂，不仅反应活性强，能够大幅度增强混凝剂的混凝效果，而且还是一种温和的除藻剂，不会造成藻细胞的破裂，避免了除藻过程中二次污染的发生；经过实际应用后证明，相比于单独使用混凝剂，藻细胞的浓度降低了5.7倍，去除率提高了近2倍。可见，用过氧碳酸钠强化混凝沉淀后，去除水中藻类能够取得突出的效果，相比于单独使用混凝剂具有显著的优势，而且本发明提供的除藻方法对水体不造成任何的二次污染。
(2)过氧碳酸盐和混凝剂作为粉末状固体，化学性质稳定，运输储存方便，操作简单易行。
(3)该方法不仅可以在水厂进行大规模常规应用，更适用于藻类大规模爆发时的应急处理。
(4)相比现有的除藻方法，本发明克服了成本高、二次污染、混凝剂对藻类的沉淀效果差、除藻效率低等缺点，且在常温常压下就能进行，工艺简单、操作方便，制备成本低，无需外加能源，原材料来源方便，易于产业化，在环境污染治理领域极具应用前景。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例1的藻类去除效果图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有的制备工艺存在成本高、二次污染、混凝剂对藻类的沉淀效果差、除藻效率低等问题，为了解决上述问题，本发明提供了一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法，下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
1)将过氧碳酸钠和聚合氯化铝(PAC)按照体积质量比为1：9的比例混合，形成混合药剂；
2)将步骤1)中的混合药剂加入含藻的水体中，混合药剂投加在含藻水体中后的浓度分别为：PAC45mg/L，过氧碳酸钠5mg/L；
3)投加完成后，对水体依次以100r/min快速搅拌、以80r/min中速搅拌、以30r/min慢速搅拌，然后静沉30min，即完成除藻过程。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别在于：所述过氧碳酸盐是为过氧碳酸钾；所述混凝剂为硫酸亚铁、硫酸铝钾的混合物，过氧碳酸钾和混凝剂的体积质量比为1：1；所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：80r/min、60r/min、30r/min；静沉时间为35min；所述混合药剂投加在含藻水中后的总浓度为40mg/L。
实施例3：
实施例3与实施例1的区别在于：所述过氧碳酸盐是为过氧碳酸钠；所述混凝剂为铝酸钠和硫酸铁的混合物，过氧碳酸钠和混凝剂的体积质量比为1：5；所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：200r/min、150r/min、50r/min；静沉时间为40min；混合药剂投加在含藻水中后的总浓度为250mg/L。
实施例4：
实施例4与实施例1的区别在于：所述过氧碳酸盐是为过氧碳酸钠和过氧碳酸钾；所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁的混合物，过氧碳酸盐和混凝剂的体积质量比为1：10；所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：100r/min、70r/min、40r/min；静沉时间为32min；混合药剂投加在含藻水中后的总浓度为80mg/L。
实施例5：
实施例5与实施例1的区别在于：所述过氧碳酸盐是为过氧碳酸钠和过氧碳酸钾；所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁的混合物，过氧碳酸盐和混凝剂的体积质量比为1：10；所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：120r/min、60r/min、30r/min；静沉时间为38min；混合药剂投加在含藻水中后的总浓度为100mg/L。
实施例6：
实施例6与实施例1的区别在于：所述过氧碳酸盐是为过氧碳酸钠和过氧碳酸钾；所述混凝剂为硫酸铝、聚合氯化铁的混合物，过氧碳酸盐和混凝剂的体积质量比为1：20；所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：150r/min、100r/min、40r/min；静沉时间为40min；混合药剂投加在含藻水中后的总浓度为120mg/L。
实施例7：
实施例7与实施例1的区别在于：所述过氧碳酸盐是为过氧碳酸钾；所述混凝剂为硫酸亚铁、铝酸钠的混合物，过氧碳酸盐和混凝剂的体积质量比为1：30；所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：180r/min、120r/min、35r/min；静沉时间为36min；混合药剂投加在含藻水中后的总浓度为150mg/L。
实施例8：
实施例8与实施例1的区别在于：所述过氧碳酸盐是为过氧碳酸钾；所述混凝剂为三氯化铁、聚合氯化铝的混合物，过氧碳酸盐和混凝剂的体积质量比为1：40；所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：180r/min、80r/min、45r/min；静沉时间为35min；混合药剂投加在含藻水中后的总浓度为180mg/L。
实施例9：
实施例9与实施例1的区别在于：所述过氧碳酸盐是为过氧碳酸钠；所述混凝剂为铝酸钠、聚合氯化铝的混合物，过氧碳酸盐和混凝剂的体积质量比为1：50；所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：160r/min、120r/min、30r/min；静沉时间为40min；混合药剂投加在含藻水中后的总浓度为220mg/L。
实施例10：
实施例10与实施例1的区别在于：所述过氧碳酸盐是为过氧碳酸钾；所述混凝剂为硫酸铝钾、聚合氯化铁的混合物，过氧碳酸盐和混凝剂的体积质量比为1：60；所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：100r/min、60r/min、40r/min；静沉时间为35min；混合药剂投加在含藻水中后的总浓度为250mg/L。
对比例1：
对比例1与实施例1的区别在于：步骤1)中未加入过氧碳酸钠，只加入了混凝剂聚合氯化铝(PAC)，PAC投加在含藻水中后的浓度为50mg/L。
对实施例1和对比例1的藻类去除效果进行测试(藻类以叶绿素a为例)，结果如图1所示。由图1可知：原水中的叶绿素a的浓度为14.8mg/m3，单独利用PAC进行混凝沉淀后(对比例1)，叶绿素a的浓度降低为8.0mg/m3，去处率为45.9％，利用过氧碳酸钠强化混凝沉淀后(实施例1)，叶绿素a的浓度降低为1.4mg/m3，去除率为90.5％，相比于单独使用PAC，叶绿素a的浓度降低了5.7倍，去除率提高了近2倍。可见，用过氧碳酸钠强化混凝沉淀后，去除水中藻类能够取得突出的效果，相比于单独使用混凝剂去除水中藻类具有突出的优势。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)将过氧碳酸盐和混凝剂按照体积质量比为1：(1～60)的比例混合，形成混合药剂；
2)将步骤1)中的混合药剂加入含藻的水体中，混合药剂投加在含藻水体中后的总浓度为40～250mg/L；
3)投加完成后，对水体依次进行快速、中速、慢速搅拌，然后静沉，即完成除藻过程。
2.如权利要求1所述的除藻的方法，其特征在于，步骤1)中，所述过氧碳酸盐是由碳酸盐、过氧化氢和水三组分体系利用氢键形成的复合物。
3.如权利要求2所述的除藻的方法，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的除藻的方法，其特征在于，步骤1)中，所述混凝剂为硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾、铝酸钠和硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁的一种或两种按任意比混合的混合物。
5.如权利要求1所述的除藻的方法，其特征在于，步骤2)中，所述混合药剂投加在含藻水中后的浓度分别为：PAC45mg/L，过氧碳酸钠5mg/L。
6.如权利要求1所述的除藻的方法，其特征在于，步骤3)中，所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：80～200r/min、60～150r/min、30～50r/min。
7.如权利要求6所述的除藻的方法，其特征在于，所述快速、中速、慢速搅拌的速率分别为：100r/min、80r/min、30r/min。
8.如权利要求1所述的除藻的方法，其特征在于，步骤3)中，所述静沉的时间为20～40min。
9.如权利要求7所述的除藻的方法，其特征在于，所述静沉的时间为30min。
10.权利要求1-9任一所述的除藻的方法在藻类处理、自来水厂、污水处理厂以及环境污染治理中的应用。
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