CN113248078A - 一种低剂量絮凝剂联合大型溞治理富营养化水体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水体处理技术领域,特别是涉及一种低剂量絮凝剂联合大型溞治理富营养化水体的方法。本发明要解决的技术问题是絮凝沉淀中高剂量絮凝剂带来的生态风险。本发明的技术方案是一种絮凝剂联合大型溞治理富营养化水体的方法,包括如下步骤:a、将聚合三氯化铝PAC投入到水体中对藻类进行沉淀;b、对沉淀下来的藻絮体进行物理覆盖;c、投入浮游动物捕食未沉降的小颗粒藻群体。本发明提供的治理方法主要针对藻华爆发的湖泊、河道、小流域水体等污染水体的处理,其除藻效果显著,可以实现可持续的藻类生长的控制,具有操作简单高效和处理费用低的优点。且,采用本发明的方法,可以有效降低PAC的使用量,减少对生态的危险。
Description
技术领域
本发明属于水体处理技术领域,特别是涉及一种低剂量絮凝剂联合大型溞治理富营养化水体的方法。
背景技术
水体富营养化主要是指由于水体营养过剩而造成的某些种类的浮游植物异常增殖进而导致水环境恶化的现象,其中水华爆发是水体富营养化的典型特征(水华标准:水体中的叶绿素a浓度≥10μg/L或者藻类细胞达到1.5×107cell/L)。水体富营养化是全球性的水环境问题,很大程度上危害着水环境以及水生态系统,而且引发饮用水源地水污染及水质安全危机,严重的可引起水生生物中毒,对人类健康也有潜在危险。同时,富营养化水体中所含的细小、稳定的颗粒物会提高水体的浊度,影响水体景观及水生植物的光合作用,进而影响水生态系统的健康。
治理富营养化水体藻华的技术方法主要分为四大类:化学杀灭法、物理去除法、生物克制法以及絮凝沉降法。化学杀灭法所导致的藻细胞破裂及藻代谢物的释放会对水体产生二次污染。生物克制法包括利用微生物或者病毒灭杀藻细胞、利用生物间的“竞争捕食关系”控制藻类生长等,具有无污染、低消耗、可持续等优点,但往往对水体富营养化程度有一定的要求,难以广泛、大规模施用,目前高效广谱的生物技术仍然有待开发。物理方法包括机械去除法、光控制法、超声波法以及电解法等。作为应急除藻的物理方法,原理简单、操作方便、效果显著且无污染,但成本高、工作量大、周期长,难以大面积使用。目前,絮凝沉降法是应用最广泛的治理方法,在改善水体透明度、降低成本方面都起到了一定的作用,如专利“一种富营养化水体藻类的化学除藻剂及其使用方法(CN106417365A)、一种去除蓝藻水华微囊藻的絮凝剂及其制备方法和应用(CN106477697A)、一种用于水华治理絮凝剂的制备和应用(CN105692842A)”等(包括但不限于上述专利),均是基于絮凝沉降的原理。但是,随着研究的深入与技术的推广,这一方法也逐渐显现出三方面的问题:首先,藻类的去除率与絮凝剂的剂量密切相关,但高剂量的絮凝剂的投加会对水体造成二次污染并且加重生态风险。其次,单纯采用絮凝的方法对低密度藻类的去除效果差,并且在絮凝操作之后水体里会存在大量的小颗粒的藻类的群体,在适宜的温度营养盐等条件下会快速繁殖,导致藻华的再次爆发。最后,由于絮凝的方法区别于化学杀灭藻细胞,只是利用电性中和、吸附架桥以及网捕卷扫使藻类聚集产生沉淀来达到去除水体中的藻类的目的,而吸附产生的沉淀很可能会在风力或水动力条件下再次悬浮。因此单纯采用絮凝的方法很难做到高效去除富营养化水体中藻华和浊度,实现藻类长期可持续的去除,并且降低高剂量的絮凝剂所带来的生态风险。在此基础上,为了避免常规的絮凝剂所带来的更高的生态风险,很多专利尝试寻找低生态风险的絮凝材料来实现藻类的去除,如“壳聚糖改性黏土的方法及其除藻技术应用(CN107512799A)、一种无公害新型除藻剂(CN106689207A)”等,但这些方法在降低了生态风险的同时,往往提高了应用成本,并且同样难以实现对于未能沉降的小颗粒藻群体生长繁殖的长期控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是絮凝沉淀中高剂量絮凝剂带来的生态风险。
本发明的技术方案是一种低剂量絮凝剂联合大型溞治理富营养化水体的方法,包括如下步骤:
a、将聚合三氯化铝PAC投入到水体中对藻类进行沉淀;
b、对沉淀下来的藻絮体进行物理覆盖;
c、投入浮游动物捕食未沉降的小颗粒藻群体。
具体的,所述聚合三氯化铝PAC纯度为分析纯级,质量百分数为30%Al2O3。
进一步的,将聚合三氯化铝PAC配制成浓度为2克/升的母液以备用。
优选的,富营养化水体藻细胞浓度为1.5×107个藻细胞/毫升时,添加浓度为15~30mg/L的PAC,此时藻细胞去除率可达80~95%。
最优选的,富营养化水体藻细胞浓度为1.5×107个藻细胞/毫升时,添加浓度为15mg/L的PAC,此时藻细胞去除率可达93%以上。
其中,所述物理覆盖的材料为平均粒径为0.5mm的石英砂或粘土,覆盖厚度为0.5~2cm。为了避免覆盖材料的添加降低水体透明度、影响水生生物的生长,石英砂粒径不易过多或过小。
具体的,所述浮游动物为大型溞。
进一步的,大型溞的培养条件为:在25±1℃的温度条件下,以16h光照/8h黑暗的光周期条件。
具体的,大型溞按照5~10只/升的标准添加到需要进行富营养化治理的水体中。
进一步的,在步骤a操作后24h进行步骤b的操作。
其中,在步骤a操作后48h进行步骤c的操作。
向水体投加絮凝剂可直接用于水体中藻类与浊度的去除,而无需向水体中添加土壤或粘土等其它改性基质;絮凝剂可通过人工或者机械喷洒方式投加到水体中。PAC的添加浓度主要依据富营养化水体的藻细胞密度,因此在添加之前应先取样测量水体的叶绿素a浓度。
本发明的主要工作机理如下:
聚合氯化铝(PAC)作为最常用的无机高分子絮凝剂,它是一种含羟基的聚合物,有很强烈的界面吸附能力,其在藻细胞表面结合的效应,是其负电荷向正电荷的转化,此时凝聚作用转化为絮凝作用为主,电中和作用转化为粘附卷扫作用为主。与传统的铝盐相比,PAC由于含有更多的高电荷,因而具有更强的电中和能力和强烈的吸附能力,投加到水中后能在短时间内使藻细胞形成大的絮体并在重力作用下沉降在水体底层。由于沉降到水体底部的藻絮体呈现一种松散的海绵状质地,在风力带动水体扰动下,藻细胞极易发生逃逸现象重新进入水相中,使水体恢复絮凝前的状态。通过添加覆盖材料能够很好的阻止沉淀中藻细胞的逃逸。通过絮凝以及覆盖的方法可以去除水相中大部分的藻细胞,但仍有一部分小粒径的藻群体无法被沉降下去,有研究表明,能够捕食浮游植物的浮游动物大型溞可以有效去除并控制小粒径的藻细胞的生长,在本发明中选用浮游植物大型溞来控制未能沉降下去的小粒径的藻细胞在适宜生长条件下的快速增殖,以期达到大型溞捕食与藻细胞增殖的动态平衡,从而实现长期的藻类的去除以及富营养化水体的治理。
本发明的有益效果:本发明提供的治理方法主要针对藻华爆发的湖泊、河道、小流域水体等污染水体的处理,其除藻效果显著,可以实现可持续的藻类生长的控制,具有操作简单高效和处理费用低的优点。本发明首先利用在絮凝反应中应用广泛的聚合三氯化铝(PAC)絮凝剂用于藻华爆发水体快速除藻除浊,接着利用物理覆盖的方法极大程度上减少沉淀的藻絮体“快速逃逸”,最后利用浮游动物对藻类的捕食作用来抑制未沉降的小颗粒的藻群体的生长,以实现藻类去除的长期效果。且,采用本发明的方法,可以有效降低PAC的使用量,减少对生态的危险。
附图说明
图1、利用PAC絮凝剂联合大型溞生物操纵治理富营养化水体的示意图;
图2、利用PAC絮凝剂联合大型溞生物操纵对水体中藻细胞的去除效果图;
图3、利用PAC絮凝剂联合大型溞生物操纵水体中Al3+的释放情况图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1采用本发明方法治理富营养化水体
为了研究上述治理富营养化的方法的效果,从重庆大学内一藻华爆发的湖泊采集了地表水(0~0.5m,pH8.21),并带回实验室进行论证。首先对原位水进行了鉴定,发现微囊藻占浮游植物总数的95%,并且实验初始的藻密度为1.5×107个藻细胞/毫升。分别设置如下处理:原位水对照组、原位水对照组+10只/升大型溞生物操纵、15mg/L PAC絮凝、15mg/LPAC絮凝+10只/升大型溞生物操纵、20mg/L PAC絮凝、20mg/L PAC絮凝+10只/升大型溞生物操纵、30mg/L PAC絮凝、30mg/L PAC絮凝+10只/升大型溞生物操纵(每个处理组体系均为2升),测定不同处理组下水体藻细胞密度的变化情况以及不同浓度PAC加入后Al3+的释放情况。结果发现PAC的剂量与藻细胞的去除率有显著的正相关关系(图2)。PAC用量为15mg/L,减少了近93%的微囊藻华(图2),然而,PAC用量增加到30mg/L时对藻类去除效果仅有轻微改善,去除率为96%(图2),同时30mg/L浓度PAC的处理组释放了68.5μg/L Al3+,是15mg/L浓度PAC的处理组的两倍还多(图3),也就是说,30mg/L会对水环境造成更大的危害,因此通过不断提高PAC的浓度来达到更好的藻华去除效果的做法是不可取的。
投加15mg/L浓度的PAC,减少了近93%的微囊藻,同时释放了33.2μg/L Al3+是显著低于投加30mg/L浓度的PAC处理组,也就是说对水生态系统的危害是较小的,同时大型溞的加入使15mg/L PAC絮凝+10只/升大型溞生物操纵这一处理组在实验第25天时藻细胞仍然维持在一个稳定的较低状态,没有藻华反复的现象发生。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种低剂量絮凝剂联合大型溞治理富营养化水体的方法,其特征在于,包括如下步骤:
a、将聚合三氯化铝PAC投入到水体中对藻类进行沉淀;
b、对沉淀下来的藻絮体进行物理覆盖;
c、投入浮游动物捕食未沉降的小颗粒藻群体。
2.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述聚合三氯化铝PAC纯度为分析纯级,质量百分比为30%Al2O3。
3.如权利要求1所述方法,其特征在于,将聚合三氯化铝PAC配制成浓度为2克/升的母液以备使用。
4.如权利要求3所述方法,其特征在于,富营养化水体藻细胞浓度为1.5×107个藻细胞/毫升时,添加浓度为15~30mg/L的PAC。
5.如权利要求4所述方法,其特征在于,富营养化水体藻细胞浓度为1.5×107个藻细胞/毫升时,添加浓度为15mg/L的PAC。
6.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述物理覆盖的材料为平均粒径为0.5mm的石英砂或粘土,覆盖厚度为0.5~2cm。
7.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述浮游动物为大型溞;
优选的,大型溞的培养条件为:在25±1℃的温度条件下,以16h光照/8h黑暗的光周期条件。
8.如权利要求7所述方法,其特征在于,大型溞按照5~10只/升的标准添加到需要进行富营养化治理的水体中。
9.如权利要求1所述方法,其特征在于,进一步的,在步骤a操作后24h进行步骤b的操作;优选的,在步骤a操作后48h进行步骤c的操作。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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