CN111908679A - 一种通过提高藻类自絮凝能力去除水体中藻类污染物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过提高藻类自絮凝能力去除水体中藻类污染物的方法，具体包括以下步骤：（1）试剂加入：在含藻水体中加入AM、AIBI，AM和AIBI在搅拌下溶解、混匀；（2）光照：将放有混合水溶液的反应器置于自然光照下反应，随后静置；（3）静置：水体静置、固液分离，即可有效沉降藻类，以及去除水体中藻类所分泌的胞外有机物（EOM）。该方法对藻类的沉降率稳定在95%以上，对难去除的藻类胞外有机物去除率稳定在90%以上，具有去除效率高和应用潜能大的优点。

Description

一种通过提高藻类自絮凝能力去除水体中藻类污染物的方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种通过提高藻类自絮凝能力去除水体中藻类污染物的方法。

背景技术

胞外有机物在藻类的收集、处理和利用中起着至关重要的作用，其污染物广泛威胁着公众健康和生态环境。然而它们的难收集、难处理和少利用问题较为麻烦，近乎游离于现有水处理体系。

藻类的过量繁殖对生态环境的破坏是显而易见的。然而，藻类在生长、增殖过程中不断合成、分泌的藻类有机物（AOM）对人类健康和饮用水处理构成的威胁同样不容忽视。其威胁和影响主要分为以下三个方面：藻毒素的威胁、形成消毒副产物的威胁、对膜处理技术的影响。在相关研究中，关注的焦点往往集中于藻类和藻毒素的去除。但是近年来有学者发现藻类所产 EOM 对人类健康的威胁和对饮用水处理的影响实在不容小觑。

目前EOM的问题主要通过两条路径着手，源头控制和处理方法。国内外学者希望通过源头控制（减少氮、磷排放量以及控制土壤流失）来减少进入水体的氮磷浓度。还通过引水冲湖、疏浚底泥、生物治理以及强化的脱氮除磷水处理工艺（例如：生物转盘法、接触曝气法、厌氧性滤床、曝气塘、氧化塘）来降低水体中氮、磷的含量。当这些控制措施不能将水体中氮磷含量控制在一定限值以下，并且适宜的环境造成藻类大量繁殖时，需采取其它水处理技术对藻类进行去除。常用的除藻方法包括物理法、生物法、化学法以及自絮凝。

物理法包括气浮法、活性炭吸附法、过滤法、微波除藻法、超声杀藻法等。离心法是回收悬浮微藻最快最可靠的方法，是在离心力的作用下使藻液中的藻细胞快速沉降，从而达到与水分离的采收方法。物理法相对较为便捷，但处理效果往往较差、成本较高或易导致藻细胞破裂，细胞内藻毒素被释放。处理含藻废水的生物法主要为菌藻共培法。生物法是利用生态系统内部调节机制，藻类被其它生物捕食和抑制生长，从而其数量得到有效控制。此方法属于前期控制，具有运行成本低、生态适应性好等优点。但其前期投入较大（需提前筛选抑制藻类生长的生物）、见效较慢，且不能快速处置已发生的藻类过度繁殖情况。化学法处理含藻废水主要分为化学氧化除藻和混凝除藻。微藻有时能在没有添加任何絮凝剂的情况下发生絮凝，这一现象被称为自发性絮凝。部分藻种在其生理活动中能产生大量胞外聚合物，起到生物絮凝剂的作用从而引发絮凝。因为该情况下的生物絮凝剂为藻细胞自身所产生，在此也将其纳入自发性絮凝并定义为EOM引起的自发性絮凝。目前对于藻类胞外有机物去除的相关研究甚少，而利用藻类本身自絮凝能力来去除其胞外有机物的研究更是屈指可数。

中国专利申请号CN201810487509.1，发明名称为“一种去除高藻水中藻类及有机物的方法”。该方法通过首次预氧化将源水中藻类灭活并氧化消除部分DBPs前驱体,二次预氧化去除由于藻细胞破损产生的藻毒素、胞内有机物等有害物质及DBPs前驱体；最终将经过高锰酸钾预氧化后含天然有机物及Mn²⁺的余液通过含锰氧化细菌的生物滤池进行水质优化,将预氧化所产生的可溶性Mn²⁺转化为不可溶的Mn⁴⁺氧化物,同时通过Mn⁴⁺氧化物与锰氧化细菌结和所产生的生物氧化锰有效的氧化吸附天然有机物及藻细胞破裂所产生的胞内有机物,操作简单,能够有效的一站式去除可溶性Mn²⁺、藻类及其胞内物质、MC#LR以及酪氨酸等天然有机物。但其尽管效果显著，这种方法的处理步骤较为繁琐，菌体培养难较难控制，且仅处理了藻类胞内有机物，忽视了藻类胞外有机物的处理问题。

因此，研发出一种工序简洁、处理能耗低效果稳定、应用范围广，且对环境污染小的新工艺来处理含藻废水中藻类污染物特别是藻类胞外有机物尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种通过提高藻类自絮凝能力去除水体中藻类污染物的方法，在沉降藻类的同时也能高效、稳定的去除含藻废水中的藻类胞外有机物，具有较好的应用潜能。

本发明的技术方案是这样实现的：

1、一种通过提高藻类自絮凝能力去除水体中藻类污染物的方法，具体包括以下步骤：

（1）试剂加入：在含藻水体中加入AM、AIBI，AM和AIBI在搅拌下溶解、混匀；（2）光照：将放有混合水溶液的反应器置于自然光照下反应，随后静置；

（3）静置：水体静置、固液分离，即可有效沉降藻类，以及去除水体中藻类所分泌的胞外有机物（EOM）。

其中：步骤1）中含藻水体为小球藻模拟水体，小球藻为富营养化水体中最常见的藻类之一，且小球藻其生理活动中能产生大量胞外聚合物，具备自絮凝的能力。

步骤1）中含藻水体藻细胞个数为5.00×10⁶~10.00×10⁶cells/mL、胞外有机物量为50~100mg/L，依据某一富营养化水体水样采取检测其吸光度结果进行模拟。

步骤1）得到的混合水溶液中AM浓度为0.005~0.01%，当AM的浓度为0.005~0.01%时，处理效率最优。当AM浓度小于0.005%时，单体浓度过低，很难发生AM与胞外有机物的共聚反应，或所需的反应时间较长，不适合用于与含藻水体中的胞外有机物共聚；当单体浓度超过0.01%时，AM投加量过高，单体残留毒性风险增大，不适用于自然水体的处理。因此，在本实验条件下参与AM单体浓度不宜超过0.01%。

步骤1）中AIBI引发剂浓度为AM单体质量的0.4~0.5%，引发剂浓度低于0.4%时，不能较好的引发聚合反应；而高于0.5%时，过多AIBI也会对水质产生影响。

步骤2）中自然光光照强度为3.00~5.00mw/cm²，光照时长为4~8h。当光照改性强度低于3.00mw/cm²，光照时长短于4h时，能量达不到足以激发胞外有机物与AM共聚从而提高其自絮凝的能力；当光照改性强度高于5.00mw/cm²，光照时长长于8h时，可能导致藻类大量死亡或生长受到抑制，且改性效果不再明显提高，浪费能源。

步骤2）中温度为25~35℃，该温度范围为小球藻适宜的生长温度。

步骤3）中静置时长为1~3h，经本发明方法处理后的含藻水体能够实现快速沉降的目的，经数次实验证明，在1~3h内沉降效果已达到最优。小于1h时，藻类并未完全沉降，胞外有机物也未完全去除；大于3h时，并不能显著提高处理性能，且增长处理时间可能导致实际处理时成本增加。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、AM是一种常见的水处理剂，但其用量尤需谨慎。本发明采用与胞外有机物聚合的方法，大大降低了丙烯酰胺的用量，既节约了原料的成本又降低了操作的风险。

2、本发明中自然光照改性的方法，将AM与含藻废水中胞外有机物有效结合，大大提高了藻类的自絮凝能力从而提高了藻类胞外有机物的去除率，去除率稳定在90%以上。

3、本发明的处理工艺简单，能耗小，效率高，成本较低，易于操作、易控制，且无二次污染，在实际应用中具有良好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，实施例中如无特殊说明，采用的原料即为普通市售产品。

实施例1

采用以下方法去除含藻废水中藻类污染物：

1）试剂加入：在5.32×10⁶cells/mL、胞外有机物量为54mg/L的小球藻处理水体中加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4%；AM和AIBI在搅拌下溶解、混匀，得到混合水溶液。

2）光照：将放有混合水溶液的反应器置于自然光下反应，其自然光照强度为3.00mw/cm²，温度为30℃，光照改性时长为4h，随后静置；

3）静置：水体静置、固液分离，即可有效沉降小球藻，以及去除水体中小球藻所分泌的胞外有机物（EOM）。

实施例2

采用以下方法去除含藻废水中藻类污染物：

1）试剂加入：在6.18×10⁶cells/mL、胞外有机物量为61mg/L的小球藻处理水体中加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4%；AM和AIBI在搅拌下溶解、混匀，得到混合水溶液。

2）光照：将放有混合水溶液的反应器置于自然光下反应，其自然光照强度为3.00mw/cm²，温度为30℃，光照改性时长为4h，随后静置；

3）静置：水体静置、固液分离，即可有效沉降小球藻，以及去除水体中小球藻所分泌的胞外有机物（EOM）。

实施例3

采用以下方法去除含藻废水中藻类污染物：

1）试剂加入：在7.08×10⁶cells/mL、胞外有机物量为69mg/L的小球藻处理水体中加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4%；AM和AIBI在搅拌下溶解、混匀，得到混合水溶液。

2）光照：将放有混合水溶液的反应器置于自然光下反应，其自然光照强度为3.00mw/cm²，温度为30℃，光照改性时长为4h，随后静置；

3）静置：水体静置、固液分离，即可有效沉降小球藻，以及去除水体中小球藻所分泌的胞外有机物（EOM）。

实施例4

采用以下方法去除含藻废水中藻类污染物：

1）试剂加入：在7.85×10⁶cells/mL、胞外有机物量为76mg/L的小球藻处理水体中加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4%；AM和AIBI在搅拌下溶解、混匀，得到混合水溶液。

2）光照：将放有混合水溶液的反应器置于自然光下反应，其自然光照强度为3.00mw/cm²，温度为30℃，光照改性时长为4h，随后静置；

3）静置：水体静置、固液分离，即可有效沉降小球藻，以及去除水体中小球藻所分泌的胞外有机物（EOM）。

实施例5

采用以下方法去除含藻废水中藻类污染物：

1）试剂加入：在8.95×10⁶cells/mL、胞外有机物量为85mg/L的小球藻处理水体中加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4%；AM和AIBI在搅拌下溶解、混匀，得到混合水溶液。

2）光照：将放有混合水溶液的反应器置于自然光下反应，其自然光照强度为3.00mw/cm²，温度为30℃，光照改性时长为4h，随后静置；

3）静置：水体静置、固液分离，即可有效沉降小球藻，以及去除水体中小球藻所分泌的胞外有机物（EOM）。

实施例6

采用以下方法去除含藻废水中藻类污染物：

1）试剂加入：在9.78×10⁶cells/mL、胞外有机物量为96mg/L的小球藻处理水体中加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4%；AM和AIBI在搅拌下溶解、混匀，得到混合水溶液。

2）光照：将放有混合水溶液的反应器置于自然光下反应，其自然光照强度为3.00mw/cm²，温度为30℃，光照改性时长为4h，随后静置；

3）静置：水体静置、固液分离，即可有效沉降小球藻，以及去除水体中小球藻所分泌的胞外有机物（EOM）。

分别测定实施例1~6含藻废水中藻类沉降率和胞外有机物去除率，数据详见表1。

表1 含藻废水中藻类沉降率和胞外有机物去除率

实例	藻类沉降率（%）	胞外有机物去除率（%）
			实施例1	95.77	90.95
实施例2	96.42	92.02
			实施例3	95.89	91.45
实施例4	97.02	92.43
			实施例5	96.97	91.97
实施例6	95.61	91.34

由上表1可以看出，本发明的方法对藻类的沉降率稳定在95%以上，对难去除的藻类胞外有机物去除率稳定在90%以上，而现有技术中藻类胞外有机物的去除研究甚少，去除率也难以达到50%以上。本发明方法效果优异且稳定，是一套切实可行且能广泛推广的水处理方法。这套方法不单工艺简单，对环境适应能力强，能耗小，不需用大功率的反应器，简单搅拌即可，不需升温，只需自然光照就能提高胞外有机物的自絮凝能力，是一个极其适合处理含藻废水中藻类胞外有机物的方法。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种通过提高藻类自絮凝能力去除水体中藻类污染物的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1）试剂加入：在小球藻藻细胞个数为5.00×10⁶~10.00×10⁶cells/mL、胞外有机物量为50~100mg/L的水体中加入丙烯酰胺（AM）和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（AIBI），AM在水体中浓度为0.005~0.01%，AIBI在水体中浓度为AM单体质量的0.4~0.5%；AM和AIBI在搅拌下溶解、混匀，得到混合水溶液。

2）光照：将放有混合水溶液的反应器置于自然光下反应，其自然光光照强度为3.00~5.00mw/cm²，温度为25~35℃，光照改性时长为4~8h，随后静置；

3）静置：水体静置、固液分离，即可有效沉降小球藻，以及去除水体中小球藻所分泌的胞外有机物（EOM）。

2.根据权利要求1所述的一种通过提高藻类自絮凝能力去除水体中藻类污染物的方法，其特征在于，步骤3）中所述静置时长为1~3h。