CN110127794A - 一种捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法 - Google Patents

一种捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，本发明方法通过高速搅拌用混凝剂和表面活性剂复配制备的气泡发生液产生大量微米气泡，由于该微气泡表面荷正电，能与带负电荷藻细胞在短时间内通过静电作用力和絮凝牢牢结合，达到靶向性去除蓝藻的目的，对处理后的水华区域进行8～10d的藻密度监测，未发现水华再爆发的风险，由于该方法与装置对于不同藻密度的水体均有较好的处理效果，因此在水华预警期、初期、爆发期均可使用本发明对其进行处理。

Description

一种捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法
(一)技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种利用捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法。
(二)背景技术
目前，蓝绿细菌的大量繁殖引发了大面积的淡水水华。有报道称：水华爆发平均时间会从如今的每年7d逐步增长，至2050年约为16-23d，至2090年约为18-39d。水华的产生已经引起了世界的广泛关注，其不仅对水生生态环境带来了恶劣的影响，同时对人们的健康水平和水环境带来威胁。因此，急需一种行之有效的方法来抑制水华。
目前，常见的水华处理方法主要分为化学法、生物法和物理法。化学法由于需要向水体中添加大量的化学试剂，虽然在一定程度上处理了蓝藻，但同时也向水体环境中引入了大量的化学药剂，容易造成二次污染。生物法的应用则需要有较长的时间周期，不能快速、高效的解决水华问题，同时会对水环境的生态系统造成影响。物理法处理蓝藻水华使用过滤和捞取方法，直观、明显的清除了水体中的藻类，但是耗时长、成本高、只对局部水体能产生作用，无法从根本上解决问题。因此，发明一种能够快速、高效、靶向性去除蓝藻，且药剂投加量少，对水体中的其他生物及水体环境没有影响，且后续药剂回收方便的方法十分重要。
(三)发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，本发明方法通过高速搅拌用混凝剂和表面活性剂复配制备的气泡发生液产生大量微米气泡，由于该微气泡表面荷正电，能与带负电荷藻细胞在短时间内通过静电作用力和絮凝牢牢结合，达到靶向性去除蓝藻的目的。
本发明的技术方案如下：
一种捕藻装置，包括设在船体上的表面活性剂储存罐、混凝剂储存罐、气泡发生器、气泡释放器、浮渣收集器、固液分离器和藻渣储存罐；所述气泡发生器经泵、阀门与气泡释放器连接，所述表面活性剂储存罐、混凝剂储存罐各自经泵、流量计与气泡发生器连接，所述浮渣收集器经泵与固液分离器连接，所述固液分离器经藻渣运输带与藻渣储存罐连接，所述固液分离器还经泵、阀门与气泡发生器连接。
一种捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)在捕藻装置中，通过控制流量计将混凝剂与表面活性剂在气泡发生器中混合，得到气泡发生液；
所述混凝剂主要是铝系混凝剂，例如：聚合氯化铝、聚合硫酸铝或硫酸铝；
所述表面活性剂例如：十六烷基三甲基溴化铵；
当藻密度低于4×106cell/ml时，所得气泡发生液中混凝剂(以Al计)的浓度在0.3～0.5mmol/L，表面活性剂的浓度在0.1～0.2mmol/L；
当藻密度低于1×107cell/ml时，所得气泡发生液中混凝剂(以Al计)的浓度在0.5～0.8mmol/L，表面活性剂的浓度在0.2～0.3mmol/L；
(2)在搅拌速率为5000～8000rpm的条件下，对气泡发生液进行搅拌(搅拌时间推荐1～3min)，得到捕藻微米气泡；
(3)将捕藻微米气泡泵入气泡释放器通入水华区域，进行靶向除藻；
具体的，当船速为1～3m/min时，捕藻微米气泡以1～4L/min通入水华区域，并且从液面下0.05～0.3m处通入水华区域；
(4)启动浮渣收集器对上浮至水面的藻渣进行收集；
推荐启动浮渣收集器的时间在通入捕藻微米气泡3min后；
(5)收集的藻渣通过泵输送至固液分离器进行固液分离，分离后的固体藻渣经藻渣运输带送至藻渣储存罐进行储存，分离后的液体可回用至气泡发生器。
对经过本发明方法处理后的水华区域进行8～10d的藻密度监测，观察藻密度曲线，未发现藻再生及水华再爆发。
与现有的水华处理技术相比较，本发明的优点在于：
1、将功能性微米气泡发生装置与藻渣回收装置集成，由于水华区域限制，将集成装置与打捞船结合，研发可移动原位水华处理船。在船内进行功能性气泡产生与藻渣的回收处理，将处理过程放在水体中，大大缩短了处理过程。
2、由于功能性微米气泡表面负载有混凝剂，使得混凝剂的利用效率得以提高，从而减少的药剂的投加量，不仅降低了除藻成本，更减小了化学物的二次污染，而且在短时间内便可以达到较好的处理效果。
3、将混凝剂与表面活性剂混合，不需要再单独设置混凝投药装置。
4、对处理后的水华区域进行8～10d的藻密度监测，未发现水华再爆发的风险。
5、由于该技术与装置对于不同藻密度的水体均有较好的处理效果，因此在水华预警期、初期、爆发期均可使用本发明对其进行处理。
(四)附图说明
图1是本发明利用捕藻微米气泡原位快速高效除藻方法根除水华的装置俯视图；
图2是本发明利用捕藻微米气泡原位快速高效除藻方法根除水华的装置侧视图；
其中，1-气泡释放器、2-浮渣收集器、3-气泡发生器、4-表面活性剂储存罐、5-混凝剂储存罐、6-固液分离器、7-藻渣储存罐、8-泵、9-流量计、10-藻渣运输带、11-泵。
(五)具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述：应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
以下实施例中用到的捕藻装置，包括设在船体上的表面活性剂储存罐4、混凝剂储存罐5、气泡发生器3、气泡释放器1、浮渣收集器2、固液分离器6和藻渣储存罐7；所述气泡发生器3经泵、阀门与气泡释放器1连接，所述表面活性剂储存罐4、混凝剂储存罐5各自经泵、流量计与气泡发生器3连接，所述浮渣收集器2经泵与固液分离器6连接，所述固液分离器6经藻渣运输带10与藻渣储存罐7连接，所述固液分离器6还经泵、阀门与气泡发生器3连接。
实施例1
本实施例的一种捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，包括以下步骤：
(1)在捕藻装置中控制流量计将混凝剂与表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵按一定比例混合，得到气泡发生液；
(2)在搅拌速率为5000-8000rpm的条件下对气泡发生液进行搅拌，得到捕藻微米气泡；
(3)用泵将捕藻微米气泡通入水处理区域，进行快速靶向除藻；
(4)启动藻渣收集装置对上浮至水面的藻渣进行收集；
(5)对收集的藻渣进行固液分离。
(6)对处理后的水华区域进行监测，观察其是否会发生藻再生现象。
i.捕藻微米气泡气浮：在OD680为0.760的水华水中，通过控制8-泵和9-流量计将4-CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)储存罐、5-PACl(聚合氯化铝)储存罐中的表面活性剂(水溶液形式，浓度1.0mol/L)与混凝剂(水溶液形式，浓度0.1mol/L as Al)加入到3-气泡发生器中混合，得到气泡发生液(其中混凝剂以Al计的浓度在0.6mmol/L，表面活性剂的浓度在0.2mmol/L)，以6000rpm的转速下搅拌90s后，用泵将产生得到的微米气泡泵入1-气泡释放器，船速1-3m/min下流量计控制捕藻微米气泡流量1-4L/min并在水下0.10m处释放，3min后取水下0.10m处悬液测定相关指标，结果见表1。同时由2-浮渣收集器对浮在水面的藻渣进行收集，收集好的藻渣经过6-固液分离器分离后，藻渣经10-藻渣运输带送至7-藻渣储存罐。
ii.传统混凝气浮：在OD680为0.760的水华水中，先向水中加入等量的PACl，然后通过控制8-泵和9-流量计将4-CTAB储存罐中的表面活性剂加入到3-气泡发生器中，以6000rpm的转速下搅拌90s后，用泵将产生得到的微米气泡泵入1-气泡释放器流量计控制流量在水下0.10m处释放，3min后取水下0.10m出悬液测定相关指标，结果见表1。同时由2-浮渣收集器对浮在水面的藻渣进行收集，收集好的藻渣经过6-固液分离器分离后，藻渣经10-藻渣运输带送至至7-藻渣储存罐。
表1：OD680＝0.760，不同处理方式的处理效果
通过不同含量的混凝剂对照试验发现，在相同含量的表面活性剂中加入混凝剂可以进一步提高除藻效率，同时还减少了水体中化学药剂的残余量。表明依赖单一的静电作用不足以使除藻效果达到最佳。通过添加混凝剂使藻类更加容易的絮凝在一起，然后通过气浮去除。
实施例2
i.捕藻微米气泡气浮：在OD680为0.260的水华水中，通过控制8-泵和9-流量计将4-CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)储存罐、5-Al2(SO4)3(硫酸铝)储存罐中的表面活性剂(水溶液形式，浓度1.0mol/L)与混凝剂(水溶液形式，浓度0.1mol/L as Al)加入到3-气泡发生器中混合，得到气泡发生液(其中混凝剂以Al计的浓度在0.5mmol/L，表面活性剂的浓度在0.1mmol/L)，以6000rpm的转速下搅拌90s后，用泵将产生得到的微米气泡泵入1-气泡释放器，船速1-3m/min下流量计控制捕藻微米气泡流量1-4L/min并在水下0.10m处释放，3min后取水下0.10m处悬液测定相关指标，结果见表2。同时由2-浮渣收集器对浮在水面的藻渣进行收集，收集好的藻渣经过6-固液分离器分离后，藻渣经10-藻渣运输带送至7-藻渣储存罐。
ii.传统混凝气浮：在OD680为0.260的水华水中，先向水中加入等量的Al2(SO4)3，然后通过控制8-泵和9-流量计将4-CTAB储存罐中的表面活性剂加入到3-气泡发生器中，以6000rpm的转速下搅拌90s后，用泵将产生得到的微米气泡泵入1-气泡释放器流量计控制流量在水下0.10m处释放，3min后取水下0.10m出悬液测定相关指标，结果见表2。同时由2-浮渣收集器对浮在水面的藻渣进行收集，收集好的藻渣经过6-固液分离器分离后，藻渣经10-藻渣运输带送至至7-藻渣储存罐。
表2：OD680＝0.260，不同处理方式的处理效果
实施例3
i.捕藻微米气泡气浮：在OD680为0.050的水华水中，通过控制8-泵和9-流量计将4-CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)储存罐、5-PAS(聚硫酸铝)储存罐中的表面活性剂(水溶液形式，浓度1.0mol/L)与混凝剂(水溶液形式，浓度0.1mol/L as Al)加入到3-气泡发生器中混合，得到气泡发生液(其中混凝剂以Al计的浓度在0.4mmol/L，表面活性剂的浓度在0.1mmol/L)，以6000rpm的转速下搅拌90s后，用泵将产生得到的微米气泡泵入1-气泡释放器，船速1-3m/min下流量计控制捕藻微米气泡流量1-4L/min并在水下0.10m处释放，3min后取水下0.10m处悬液测定相关指标，结果见表3。同时由2-浮渣收集器对浮在水面的藻渣进行收集，收集好的藻渣经过6-固液分离器分离后，藻渣经10-藻渣运输带送至7-藻渣储存罐。
ii.传统混凝气浮：在OD680为0.050的水华水中，先向水中加入等量的PAS，然后通过控制8-泵和9-流量计将4-CTAB储存罐中的表面活性剂加入到3-气泡发生器中，以6000rpm的转速下搅拌90s后，用泵将产生得到的微米气泡泵入1-气泡释放器流量计控制流量在水下0.10m处释放，3min后取水下0.10m出悬液测定相关指标，结果见表3。同时由2-浮渣收集器对浮在水面的藻渣进行收集，收集好的藻渣经过6-固液分离器分离后，藻渣经10-藻渣运输带送至至7-藻渣储存罐。
表3：OD680＝0.050，不同处理方式的处理效果

Claims (7)

1.一种捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在捕藻装置中，通过控制流量计将混凝剂与表面活性剂在气泡发生器中混合，得到气泡发生液；
所述混凝剂为铝系混凝剂；
所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；
(2)在搅拌速率为5000～8000rpm的条件下，对气泡发生液进行搅拌，得到捕藻微米气泡；
(3)将捕藻微米气泡泵入气泡释放器通入水华区域，进行靶向除藻；
(4)启动浮渣收集器对上浮至水面的藻渣进行收集；
(5)收集的藻渣通过泵输送至固液分离器进行固液分离，分离后的固体藻渣经藻渣运输带送至藻渣储存罐进行储存，分离后的液体回用至气泡发生器。
2.如权利要求1所述的捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝或硫酸铝。
3.如权利要求1所述的捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，其特征在于，步骤(1)中，当藻密度低于4×106cell/ml时，所得气泡发生液中混凝剂以Al计的浓度在0.3～0.5mmol/L，表面活性剂的浓度在0.1～0.2mmol/L；当藻密度低于1×107cell/ml时，所得气泡发生液中混凝剂以Al计的浓度在0.5～0.8mmol/L，表面活性剂的浓度在0.2～0.3mmol/L。
4.如权利要求1所述的捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，其特征在于，步骤(2)中，搅拌时间为1～3min。
5.如权利要求1所述的捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，其特征在于，步骤(3)中，当船速为1～3m/min时，捕藻微米气泡以1～4L/min通入水华区域，并且从液面下0.05～0.3m处通入水华区域。
6.如权利要求1所述的捕藻微米气泡原位快速靶向根除蓝藻水华的方法，其特征在于，步骤(4)中，启动浮渣收集器的时间在通入捕藻微米气泡3min后。
7.一种捕藻装置，其特征在于，所述捕藻装置包括设在船体上的表面活性剂储存罐、混凝剂储存罐、气泡发生器、气泡释放器、浮渣收集器、固液分离器和藻渣储存罐；所述气泡发生器经泵、阀门与气泡释放器连接，所述表面活性剂储存罐、混凝剂储存罐各自经泵、流量计与气泡发生器连接，所述浮渣收集器经泵与固液分离器连接，所述固液分离器经藻渣运输带与藻渣储存罐连接，所述固液分离器还经泵、阀门与气泡发生器连接。
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