CN108483757A - 一种高效预氧化强化混凝除藻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于饮用水处理技术领域，具体为一种高效预氧化强化混凝除藻的方法。本发明针对湖泊水库等富营养化水体，在水厂处理前进行混凝除藻，其步骤包括：通过UV/芬顿预氧化处理高藻水，然后加入混凝剂混凝去除藻类、有机物质以及有毒有害物质；芬顿反应可以产生羟基自由基，有效的灭活藻细胞，增大藻细胞比重，提高后续的混凝效果，同时起到去除藻毒素的作用；UV 可加强芬顿反应提高去除藻和藻毒素的效果。芬顿反应产生的新生态三价铁盐可与后续加入的混凝剂共同作用使得活性降低的藻细胞形成大的絮体沉降下来。本发明主要应用于富营养化的水源水的处理，也可以用于处理富营养化污染的景观用水。
Description
技术领域
本发明属于饮用水处理技术领域，具体涉及混凝除藻的方法。
背景技术
由于越来越多的氮磷物质的排放导致了水体的富营养化，藻类大量繁殖，使得水体发臭，大量藻类悬浮于水面，使得许多的饮用水源和景观用水被污染，已经严重影响到人类的生活质量。水华爆发主要有三大危害：一方面危害水域生态环境中生物的生存与发展。在湖泊、水库和池塘中，藻类大量繁殖，而且在水面高度密集，这种现象产生的危害在于：浮游藻类密集生长阻挡了阳光的光线透射，水底的水生植物因此得不到充足的太阳能，造成其光合速率降低，减少了光合产物的产量会影响其正常的生长发育，另外还因其强烈吸收可见光的短波，使得水温升高，从而影响了对水温敏感的生物种群，破坏水域生态景观。藻类死亡后沉入水底并堆积，这使水体变浅，这种变化加速了湖泊水库的沼泽进程，也破坏了原有的生态景观。并且威胁人类身体健康。很多饮用水源地的湖泊、水库等大型水体常会爆发藻类，浮游藻类释放的藻毒素和死亡的浮游生物会污染水源，并且导致水质下降，这将会影响居民生活用水质量，造成饮用水的用水问题。
目前国内藻类的处理方式，主要有化学、物理和生物三个方面。物理方法包括吸附、过滤、气浮、沉淀等。化学方法主要是投加混凝剂进行混凝，如高锰酸钾、过硫酸盐、氯和臭氧等，然后通过沉淀去除。另有一些生物处理方法，如通过一些食藻鱼类及一些其他水生物食用藻类以及通过一些微生物的分解作用等清除藻类。藻类在饮用水饮用水处理过程中的影响主要有如下几个方面：一是藻细胞本身带电，为电负性，导致藻类在水中以一种稳定的胶体状态存在，不易通过单独的混凝沉淀单元去除。二是在穿透过滤膜的藻类会在整个供水管网中滋生，会进一步消耗余氯，影响消毒剂对水的持续消毒。三是在采用预氧化灭活藻细胞的过程中，预氧化是为了增强混凝效果的，但是高投加量会增加成本，另外也容易导致藻细胞的细胞膜遭到破坏而释放藻毒素，产生新的危害。
为了解决目前水处理过程当中所面临的成本高、效果差、使用不便等问题，也为了解决传统预氧化强化混凝除藻方法存在的作用时间长、氧化剂和混凝剂用量大等问题。本发明提出对水源含藻水在进入水厂之前对藻细胞灭活，抑制其繁殖，并去除藻毒素的方法，以应对藻类爆发带来的水源水污染，即一种经济高效的预氧化强化混凝除藻的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对高藻水源水以及景观用水等，提供一种经济高效并且易于大规模应用的强化混凝除藻方法：该方法用药量低，反应后水体中残留的混凝剂和铁盐含量都远低于国家标准。
本发明提供的高效预氧化强化混凝除藻的方法，通过紫外照射（UV）、芬顿与混凝剂联用来提高混凝效果，具体步骤如下：
（1）在盛有高藻水的容器中放置紫外灯，将芬顿反应试剂亚铁盐和过氧化氢（双氧水）加入到含藻水中，与高藻水充分混合反应；打开紫外灯开关，进行紫外灯照射，时间1-15min；其中，过氧化氢和亚铁盐摩尔浓度的比例为0.5:1 ~ 5:1，亚铁盐与藻细胞的比例为0.5~6.0 mg的亚铁盐（以铁计）：105-109个藻细胞；
（2）将混凝剂与预氧化后藻液混合，在200~300 r/min的条件下快速搅拌1~10 min，在50-150 r/min的条件下慢速搅拌5~15 min；然后沉淀15~30 min；其中，混凝剂与亚铁盐摩尔浓度的比例为0:1~3:1。
本发明中，所述的亚铁盐可选用氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁、聚合硝酸亚铁等其中的一种或几种。
本发明中，所述的混凝剂选自铝盐、铁盐或者有机混凝剂中的一种或者几种；铝盐包括氯化铝、硝酸铝、硫酸铝或者聚合氯化铝、聚合硫酸铝和聚合硝酸铝中的一种或几种；铁盐包括硫酸铁、三氯化铁、硝酸铁、聚合氯化铁、聚合磷酸铁和聚合硫酸铁中的一种或者几种；所述的有机混凝剂可选自聚丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵（PDM）和复合型生物絮凝剂（CBF）。
步骤（1）中，提到的芬顿反应试剂的作用方式，包括先加双氧水，再加亚铁盐或先加亚铁盐再加双氧水以及同时加入等。
步骤（1）中，提到的紫外和芬顿反应试剂的作用方式，包括先加紫外再加芬顿，先加芬顿再加紫外以及两者同时作用。
本发明中，二价铁用作芬顿反应的原料，被双氧水氧化后形成的新生态三价铁盐，具有更高的混凝效果，强化了混凝过程。
本发明中，只需在高藻水进入水处理厂之前加入可以提供储存的和搅拌的设备即可。也可在现有的基础设施中操作，如原有的储水池中，只需要添加搅拌设备和池底的刮泥机即可，可有效节省用地，基建费用低。
本发明提供的预氧化强化混凝除藻方法，其原理在于：利用二价亚铁盐和双氧水联合作用发生芬顿反应，产生的羟基自由基有极强的氧化能力，能氧化藻细胞，此过程称为预氧化，预氧化可以破坏藻细胞的结构，使得藻细胞活性降低，比重加大，使得藻类易于沉淀。加入UV可以有效的提高芬顿试剂的性能，光助芬顿反应是普通芬顿和UV结合形成的复合系统，相比较于普通的芬顿反应和UV/双氧水反应，光助芬顿系统可以明显减少二价铁的用量，提高双氧水的利用率，这是因为体系中存在的UV对双氧水的催化分解存在协同效应，因此同样的双氧水的含量可以产生更多的羟基自由基的量。预氧化之后藻细胞活性降低，比重增大。与此同时，芬顿试剂具有的强氧化能力可有效分解有机物，去除藻毒素。在经过预氧化的高藻水中投加混凝剂，同时提供合适的搅拌条件，通过吸附架桥和絮凝网捕等作用，藻细胞会形成大的絮体，最后藻细胞絮体在重力的作用下沉降下来。芬顿反应后由二价铁盐形成的新生态三价铁盐和混凝剂同时在混凝过程中发生金属离子水解和聚合反应。其水解和聚合产物通过电中和脱稳、压缩双电层、吸附架桥或粘附卷扫和沉淀物网捕等作用生成粗大絮凝体，加以分离后去除,从而完成混凝过程。在此过程中，双氧水分解之后形成水和氧气等不会对环境造成影响的物质；芬顿和紫外联用可以明显减少氧化剂和混凝剂的用量，大大节省了成本，此方法可以达到90%以上的藻细胞去除率，并且最终的残留的铁盐和混凝剂含量要远低于国家饮用水标准中对相应物质的规定。
本发明所用试剂均是长期广泛用于水源水和景观水处理中的试剂，双氧水反应后得到水和氧气，无毒无害，用到的铁盐和混凝剂都是日常水处理中常用的试剂，操作过程简单，材料经济可行性高，效率高。
本发明除了能去除藻类之外，还能有效去除水中的有机物、藻毒素和一些其他的有害物质。
本发明作为一种经济高效的预氧化混凝去除藻类方法，适用于去除水源用水和景观用水中藻类爆发问题，处理效果可以达到90%-99%,处理后的水中亚铁盐含量≤0.13mg/L，远低于国家饮用水标准。
具体实施方式
实施例1
某自来水厂水的水源发生富营养化的污染，导致藻类大量爆发，据检测藻细胞含量达到了1.5×108个/L，原水浊度达到了18NTU，水厂原来采用的混凝剂为氯化铝。当原水未发生富营养化污染的时候，氯化铝的投加量是20mg/L即可达到标准，过滤周期为12小时。为了应对藻类污染，当藻类爆发时，投加量增至40mg每升过滤周期减至12小时，但还是不能达到理想的处理效果。
采用本发明方法对上述高藻水源水进行处理：
（1）将水厂原有的沉淀池或者储水池作为预氧化装置，内部安装70w的紫外灯用于辐照，安装叶轮机用于搅拌。加入双氧水和亚铁盐，启动叶轮机，打开紫外灯，反应时间设为5min,其中双氧水和藻细胞的投加比例为3.55 mg：109个藻细胞；
（2）投入氯化铝，将叶轮机的转速调快，时间是3min。然后调慢转速，时间为15min反应时间设为5min,其中氯化铝和双氧水的摩尔浓度比为1:1；
（3）再沉淀池中静置30min。水源水藻细胞的去除率达到92%，水质得到极大的改善。
实施例2
某景点水库内突然爆发蓝藻，藻细胞浓度达到1.0×109个/L，原水的浊度为40NTU，造成大量的水生生物死亡腐败。
采用本发明方法处理上述景观用水：
（1）将和双氧水和硫酸亚铁放置于带有汽轮的船上，船的底部安装紫外灯管，将两者混合之后快速的投入到水中，保证汽轮船不断在水库中搅动，目的是使得药品混匀，保证光助芬顿反应的进行，反应时间为5min，双氧水和藻细胞投加量的比例为4.15 mg：109个藻细胞，硫酸亚铁与双氧水的摩尔浓度比为1：1；
（2）在步骤（1）反应结束之后，投入氯化铝进行混凝，反应时间为30min,所用氯化铝和双氧水的摩尔浓度比为1：1；
（3）在步骤（2）的过程中，保证汽轮船一直处于来回动的状态，起到搅拌作用。静置30min,藻细胞的去除率达到94%，水库水变清，异味消除。
Claims (5)
1.一种高效预氧化强化混凝除藻的方法，其特征在于，通过UV、芬顿与混凝剂联用来提高混凝效果，具体步骤如下：
（1）在盛有高藻水的容器中放置紫外灯，将芬顿反应试剂亚铁盐和过氧化氢加入到含藻水中，与高藻水充分混合反应；打开紫外灯开关，进行紫外灯照射，时间1-15 min；其中，过氧化氢和亚铁盐摩尔浓度的比例为0.5:1 ~ 5:1，亚铁盐与藻细胞的比例为以铁计为0.5~6.0 mg的亚铁盐：105-109个藻细胞；
（2）将混凝剂与预氧化后藻液混合，在200~300 r/min的条件下快速搅拌1~10 min，在50-150 r/min的条件下慢速搅拌5~15 min；然后沉淀15~30 min；其中，混凝剂与亚铁盐摩尔浓度的比例为0:1~3:1。
2.根据权利要求1所述的高效预氧化强化混凝除藻的方法，其特征在于，所述的亚铁盐选用氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁、聚合硝酸亚铁中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的高效预氧化强化混凝除藻的方法，其特征在于，所述的混凝剂选自铝盐、铁盐或者有机混凝剂中的一种或者几种；铝盐为氯化铝、硝酸铝、硫酸铝或者聚合氯化铝、聚合硫酸铝和聚合硝酸铝中的一种或几种；铁盐为硫酸铁、三氯化铁、硝酸铁、聚合氯化铁、聚合磷酸铁和聚合硫酸铁中的一种或者几种；所述的有机混凝剂为聚丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵或复合型生物絮凝剂。
4.根据权利要求1所述的高效预氧化强化混凝除藻的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的芬顿反应试剂的作用方式为：先加双氧水，再加亚铁盐，或先加亚铁盐再加双氧水，或两者同时加入。
5.根据权利要求1所述的高效预氧化强化混凝除藻的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的紫外和芬顿反应试剂的作用方式为：先进行紫外照射，再加芬顿，或者先加芬顿，再加紫外照射，或者两者同时作用。
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