CN113845196A - 一种利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理及浒苔资源化利用技术领域，涉及一种利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，包括：将浒苔清洗干净，烘干，研磨，筛分，得到浒苔粉末；将浒苔粉末水浴后醇沉，经过冷冻干燥后得到提取出的浒苔多糖粉末；溶于去离子水得到浒苔多糖絮凝剂产品。所得浒苔多糖絮凝剂用于与聚合氯化铝混凝剂复配处理重金属污染废水，可有效提高铜离子去除效果。本发明的浒苔多糖絮凝剂制备方法操作简单，成本低，用于处理重金属废水在获得高效铜离子去除效果的同时，也为浒苔的资源化利用提供了一条可行的途径。

Description

一种利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法
技术领域
本发明属于污水处理及浒苔资源化利用技术领域，具体设计一种浒苔多糖污水处理剂的制备与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着冶金工程、金属电镀、电池制造等工业发展水平的不断提高，大量重金属离子和重金属化合物被排入自然水体中，导致了严重的重金属水体污染和重金属底泥污染。如Hg、Cu、Cd、Ni等重金属对人体具有致癌作用，且不可降解，水体中大量重金属的富集对地球的生态安全产生了巨大威胁。因此，对重金属废水进行高效处理已成为刻不容缓的问题。
对重金属污染废水的传统方法在处理含多种重金属离子的废水时，处理后往往较难达到国家排放标准。絮凝沉淀法因操作简便、成本低、处理效果好等优势是一种经济又简便的水处理方法，但传统的絮凝剂已无法满足重金属废水的处理现状。因此，急需开发一种高效、廉价、实用的重金属处理药剂，保证我国水体和底泥安全无害。
藻类在我国分布广泛、生长迅速，在有些地方甚至泛滥成灾，大型绿藻浒苔便是其中之一。浒苔多糖(Ep)主要由木糖、鼠李糖及葡萄糖等单糖通过多种连接键组成，分子量较大。其分子含有大量的羧酸基、羟基和磺酸基，在混凝过程中能够与某些金属离子发生螯合作用，既有利于吸附重金属，又可发挥交联网状结构的网捕作用；此外，浒苔多糖对Cu2+、Pb2 +、Ni2+等重金属离子均表现出良好的吸附能力。因此，浒苔多糖理论上可与传统混凝剂配合使用混凝去除重金属离子，不仅可以提高重金属处理效能，同时也能解决浒苔泛滥带来的危害，为浒苔的资源化利用提供一条可行途径。
例如：专利CN202110212641.3公开了一种浒苔多糖水凝胶与制备方法及在重金属(Cu2+、Pb2+和Cd2+)污染处理中的应用，但该工艺制备方法复杂，需要加入化学助剂。
论文《浒苔多糖复配聚合氯化铝去除纳米重金属颗粒物和离子的研究》公开了浒苔多糖(Ep)，与聚合氯化铝(PAC)复配使用进行污染处理应用。但发明人发现：上述研究中浒苔多糖(Ep)，与聚合氯化铝(PAC)复配后的絮凝效率仍有待提高。
发明内容
为了克服现有絮凝剂处理重金属废水的不足与缺点，本发明的目的在于提供一种利用浒苔制备絮凝剂并用于处理重金属废水的方法。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，包括：
将浒苔多糖溶液作为絮凝剂；
向待处理的废水中加入混凝剂，混合均匀后，在机械搅拌条件下分两次间隔投加浒苔多糖溶液，静置，即得。
本发明的第二个方面，提供了浒苔多糖在处理重金属废水中的应用，所述重金属包括：Cu2+、Pb2+、Ni2+。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的浒苔多糖絮凝剂制备方法操作简单，成本低，用于处理重金属废水在获得高效铜离子去除效果的同时，也为浒苔的资源化利用提供了一条可行的途径。
(2)液体浒苔多糖絮凝剂产品结构呈现分枝状，在絮凝过程中能够较好地发挥吸附架桥作用和网捕卷扫作用。传统工艺普遍采用一次投加的方式，认为二次投加效果与一次投加相差不大，还会增加处理时间和成本，但本申请研究发现：对于采用水浴后醇沉法制备的浒苔多糖，第一次投加浒苔多糖可以发挥其吸附架桥作用，而二次投加则可以更好地发挥其网捕卷扫作用，提高絮凝效果。
(3)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1中浒苔多糖的粒度分布(左图)和透射电镜图(右图)；
图2为本发明实施例1和对比例1中铜离子去除效果图，其中，PAC为只加入PAC混凝剂的处理效果，PAC+Ep为对比例1的处理效果，PAC+Ep+Ep为实施例1的处理效果。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种利用浒苔制备絮凝剂并用于去除水体重金属的方法，包括：
(1)浒苔的前处理
从沿海区域打捞出绿藻浒苔，将浒苔清洗干净后进行干燥，随后研磨，得到浒苔粗颗粒。对浒苔粗颗粒进行筛分，获得浒苔粉末，备用。
(2)提取浒苔多糖
将上述预处理后得到的浒苔粉末放进去离子水中，进行高温搅拌；冷却至室温后，取出上清液，进行高速离心；取出离心后的上清液，倒入过量无水乙醇，搅拌后开始静置沉淀；将沉淀物取出进行冷冻干燥，制得粉末状浒苔多糖。
(3)混凝模块
取配制的模拟水样快速搅拌60s使待处理水样混合均匀，随后加入聚合氯化铝混凝剂并保持快速搅拌30s，随后加入浒苔多糖，继续搅拌30s使絮凝剂充分分散在待处理水样中，混合均匀后，进行二次投加浒苔多糖，并持续快速搅拌30s，快速搅拌结束后进入15min的慢速搅拌阶段，慢速搅拌阶段结束后静置沉淀20min使絮体自然沉降。
本发明还提供了一种用于重金属污水处理的浒苔多糖絮凝剂的制备和使用方法，该絮凝剂是由浒苔中提取制得的，可用来与混凝剂二次投加复配使用去除重金属废水中的二价铜重金属。
在一些实施例中，浒苔多糖的制备包括如下步骤：
(1)将海边取得的浒苔洗净后干燥；
(2)将干燥后的浒苔研磨并筛分；
(3)将通过步骤(2)筛分获得的浒苔粉末与去离子水混合，进行加热搅拌，将上清液取出加入过量无水乙醇搅拌后沉淀，将沉淀物冷冻干燥，即可得到浒苔多糖絮凝剂。
在一些实施例中，步骤(1)所述洗净干燥过程为，用自来水将浒苔洗干净后置于烘箱内在40-60℃下进行烘干。
在一些实施例中，步骤(2)所述筛分的过程为，采用80目和100目标准筛对研磨后的浒苔粗颗粒进行筛分，获得尺寸在125μm-150μm之间的浒苔粉末。
在一些实施例中，步骤(3)所述的水浴醇沉过程中，浒苔粉末与去离子水的体积比为1:70-1:80，加热搅拌的温度为70-95℃，时间为3-5h，离心后上清液与无水乙醇的体积比为1:7-1:11，沉淀时间为5-20h。
在一些实施例中，将浒苔多糖粉末配制成溶液，投加量为0.25-1.0mg/L，先投加混凝剂，随后分别二次投加浒苔多糖，与混凝剂复配使用去除重金属废水中的铜离子。
在一些实施例中，采用上述方法制得的浒苔多糖絮凝剂进行二次投加与混凝剂复配应用在去除含不同铜离子浓度的重金属废水。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1：
本发明的絮凝剂的制备和应用方法。
(1)将取自青岛沿海区域的浒苔用自来水洗净，放入烘箱内在60℃下烘干8小时，然后取出浒苔将其用粉碎机进行粉碎，随后过100目和120目的筛子进行筛分，获得尺寸在125μm-150μm之间的浒苔粉末干样，备用。
(2)将步骤(1)得到的浒苔粉末按照1:75的体积比与去离子水混合置于单口烧瓶内，在90℃下持续搅拌4小时，随后等待其冷却至室温。取出上清液进行离心(10000转)20分钟后，将上清液取出按照1:10的体积比与无水乙醇混合置于烧杯内，快速搅拌2分钟。随后静置沉淀10小时，出现沉淀。取出沉淀物置于超低温冰箱内在-80℃下进行冷冻，随后进行冷冻干燥得到粉末状浒苔多糖。
(3)将步骤(2)提取的浒苔多糖粉末溶解于去离子水，得到质量浓度为1.0g/L的浒苔多糖溶液。
(4)准确称取一定量的AlCl3·6H2O溶解于去离子水得到AlCl3·6H2O溶液，再称取一定量的NaOH溶解于去离子水得到NaOH溶液，随后将NaOH溶液匀速缓慢地滴加在AlCl3·6H2O溶液中并持续以较慢的转速搅拌12小时，将澄清的溶液定容后即可得到Al3+浓度为10g/L，碱化度B为2.0的液体PAC混凝剂产品。
(5)将一定量的高岭土和氯化铜溶液加入自来水中，配制出模拟含重金属铜离子的污水。
(6)向步骤(5)配制的模拟水样中加入液体PAC混凝剂产品10mg/L，快速搅拌30秒，随后加入步骤(3)配制的浒苔多糖絮凝剂产品0.5mg/L，继续快速搅拌30秒，随后二次投加步骤(3)配制的浒苔多糖絮凝剂产品0.25mg/L，随后慢速搅拌15分钟，静置20分钟，使污染物沉淀。
在本实例中，对制备的浒苔多糖絮凝剂进行粒度和透射电镜测试，可以看出浒苔多糖絮凝剂具有相较于PAC混凝剂产品更广的粒度分布(图1)。液体浒苔多糖絮凝剂产品结构呈现分枝状，在絮凝过程中能够较好地发挥吸附架桥作用和网捕卷扫作用。第一次投加浒苔多糖可以发挥其吸附架桥作用，而二次投加则可以更好地发挥其网捕卷扫作用，提高絮凝效果。
通过配制初始铜离子浓度不同的模拟水样，分别采用PAC混凝剂单独处理和PAC混凝剂与二次投加浒苔多糖絮凝剂复配处理，对比分析浒苔多糖絮凝剂对重金属铜离子的去除效果提升作用。可以看出，铜离子浓度在2.5mg/L-20mg/L范围内，加入浒苔多糖絮凝剂后，铜离子的去除效果均得到了显著提升，如图2所示。
实施例2：
本发明的絮凝剂的制备和应用方法。
(1)将取自青岛沿海区域的浒苔用自来水洗净，放入烘箱内在40℃下烘干5小时，然后取出浒苔将其用粉碎机进行粉碎，随后过100目和120目的筛子进行筛分，获得尺寸在125μm-150μm之间的浒苔粉末干样，备用。
(2)将步骤(1)得到的浒苔粉末按照1:70的体积比与去离子水混合置于单口烧瓶内，在95℃下持续搅拌3小时，随后等待其冷却至室温。取出上清液进行离心(10000转)20分钟后，将上清液取出按照1:7的体积比与无水乙醇混合置于烧杯内，快速搅拌3分钟。随后静置沉淀20小时，出现沉淀。取出沉淀物置于超低温冰箱内在-80℃下进行冷冻，随后进行冷冻干燥得到粉末状浒苔多糖。
(3)将步骤(2)提取的浒苔多糖粉末溶解于去离子水，得到质量浓度为1.0g/L的浒苔多糖溶液。
(4)准确称取一定量的AlCl3·6H2O溶解于去离子水得到AlCl3·6H2O溶液，再称取一定量的NaOH溶解于去离子水得到NaOH溶液，随后将NaOH溶液匀速缓慢地滴加在AlCl3·6H2O溶液中并持续以较慢的转速搅拌12小时，将澄清的溶液定容后即可得到Al3+浓度为10g/L，碱化度B为2.0的液体PAC混凝剂产品。
(5)将一定量的高岭土和氯化铜溶液加入自来水中，配制出模拟含重金属铜离子的污水。
(6)向步骤(5)配制的模拟水样中加入液体PAC混凝剂产品10mg/L，快速搅拌30秒，随后加入步骤(3)配制的浒苔多糖絮凝剂产品1.0mg/L，继续快速搅拌30秒，随后二次投加步骤(3)配制的浒苔多糖絮凝剂产品0.5mg/L，随后慢速搅拌15分钟，静置20分钟，使污染物沉淀。
实施例3：
本发明的絮凝剂的制备和应用方法。
(1)将取自青岛沿海区域的浒苔用自来水洗净，放入烘箱内在50℃下烘干10小时，然后取出浒苔将其用粉碎机进行粉碎，随后过100目和120目的筛子进行筛分，获得尺寸在125μm-150μm之间的浒苔粉末干样，备用。
(2)将步骤(1)得到的浒苔粉末按照1:80的体积比与去离子水混合置于单口烧瓶内，在70℃下持续搅拌3小时，随后等待其冷却至室温。取出上清液进行离心(10000转)20分钟后，将上清液取出按照1:11的体积比与无水乙醇混合置于烧杯内，快速搅拌1分钟。随后静置沉淀5小时，出现沉淀。取出沉淀物置于超低温冰箱内在-80℃下进行冷冻，随后进行冷冻干燥得到粉末状浒苔多糖。
(3)将步骤(2)提取的浒苔多糖粉末溶解于去离子水，得到质量浓度为1.0g/L的浒苔多糖溶液。
(4)准确称取一定量的AlCl3·6H2O溶解于去离子水得到AlCl3·6H2O溶液，再称取一定量的NaOH溶解于去离子水得到NaOH溶液，随后将NaOH溶液匀速缓慢地滴加在AlCl3·6H2O溶液中并持续以较慢的转速搅拌12小时，将澄清的溶液定容后即可得到Al3+浓度为10g/L，碱化度B为2.0的液体PAC混凝剂产品。
(5)将一定量的高岭土和氯化铜溶液加入自来水中，配制出模拟含重金属铜离子的污水。
(6)向步骤(5)配制的模拟水样中加入液体PAC混凝剂产品10mg/L，快速搅拌30秒，随后加入步骤(3)配制的浒苔多糖絮凝剂产品0.25mg/L，继续快速搅拌30秒，随后二次投加步骤(3)配制的浒苔多糖絮凝剂产品0.125mg/L，随后慢速搅拌15分钟，静置20分钟，使污染物沉淀。
对比例1
与实施例1的不同之处，只投加一次浒苔多糖絮凝剂产品，投加量为0.75mg/L。铜离子浓度在2.5mg/L-20mg/L范围内，加入浒苔多糖絮凝剂后，铜离子的去除效果为96.4％、90.6％、69.9％、66.1％、47.9和45％，如图2所示。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，其特征在于，包括：
将浒苔多糖溶液作为絮凝剂；
向待处理的废水中加入混凝剂，混合均匀后，在机械搅拌条件下分两次间隔投加浒苔多糖溶液，静置，即得。
2.如权利要求1所述的利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，其特征在于，所述浒苔多糖溶液的制备方法为：
将浒苔清洗干净，烘干，研磨，筛分，得到浒苔粉末；
将浒苔粉末水浴后醇沉，冷冻干燥，得到浒苔多糖粉末；
将浒苔多糖粉末溶解在水中，得到浒苔多糖溶液。
3.如权利要求2所述的利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，其特征在于，所述浒苔粉末的尺寸范围在125μm-150μm之间。
4.如权利要求2所述的利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，其特征在于，所述水浴后醇沉的具体条件为：浒苔粉末与去离子水的体积比为1:70-1:80，加热搅拌的温度为70-95℃，时间为3-5h，离心后上清液与无水乙醇的体积比为1:7-1:11，沉淀时间为5-20h。
5.如权利要求1所述的利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，其特征在于，两次投加浒苔多糖溶液的时间间隔为30～40s。
6.如权利要求1所述的利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，其特征在于，第一次投加的浒苔多糖溶液与第二次投加的浒苔多糖溶液的体积比为2～4:1～2。
7.如权利要求1所述的利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，其特征在于，第一次投加的浒苔多糖溶液的量为0.25-1.0mg/L，以废水的总体积计。
8.如权利要求1所述的利用浒苔制备絮凝剂并用于重金属废水处理的方法，其特征在于，混凝过程具体为：向待处理的废水中加入混凝剂，快速搅拌30～40s，加入浒苔多糖溶液，机械搅拌30～40s，再次加入浒苔多糖溶液，继续搅拌30～40s，再进行15～20min的慢速搅拌，静置沉淀20～25min。
9.浒苔多糖在处理重金属废水中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述重金属包括：Cu2+、Pb2+、Ni2+。
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