CN114590880A - 一种去除微塑料的混凝水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种去除微塑料的混凝水处理方法,属于微塑料处理技术领域。本发明公开了一种去除微塑料的混凝水处理方法,主要采用混凝法工艺的同时使用了阴离子型聚丙烯酰胺或非离子型的聚丙烯酰胺作为助凝剂,提高了混凝效果,有效地去除了水体中的微塑料,其操作简便,效果显著,成本低;同时与采用传统的絮凝剂进行处理的方法相比,本发明的处理方法中利用的聚合氯化铝用量可减少30%以上,成本节省40%以上,且其混凝效果更好,适应能力强,腐蚀性小,利于运输,还能去除多种污染物(如水中含有的磷)。
Description
技术领域
本发明属于微塑料处理技术领域,涉及一种去除微塑料的混凝水处理方法。
背景技术
微塑料(d<5mm)污染被公认为全球性环境问题之一。由于微塑料粒径小、比表面积大、容易吸附有毒有害物质(如重金属、抗生素、有机污染物和病原菌等),一旦被排放到水生态环境中,微塑料可通过降水、径流、污水排放等途径进入海水和淡水系统,从而对水生态健康和动植物的正常发育和繁殖造成潜在的危害。虽然污水处理厂是控制和去除微塑料的重要场所,但经过一系列污水处理单元,得到的出水中依然含有微塑料。因此需要重视污水处理厂中微塑料的去除。
在污水处理工艺中,传统的活性污泥法、氧化沟、SBR(序列间歇式活性污泥法)、快速砂滤、溶解气浮、混凝、反渗透及膜生物反应器等对微塑料都有一定的去除效果。虽然传统的生物和物理处理工艺成本低,但存在着一些缺陷,如在快速砂滤过程中通过摩擦等作用可能会减小微塑料的粒径,不易于后续的检测及去除;而溶解气浮只适用于低密度的微塑料;相比之下,反渗透技术和膜生物反应器不仅对污染物的去除范围广,且其对微塑料的去除效果最好,但微塑料会加剧膜污染,且膜耗和能耗较大,成本高,不能作为去除微塑料的主流技术,与之相比,混凝法具有成本低,适用范围广的优点,且也已被证明其对微塑料有一定的去除效果。有研究者利用AlCl3·6H2O和FeCl3·6H2O对高浓度聚乙烯微塑料进行去除,发现AlCl3·6H2O具有更好的效果,但是去除效率也只有36.89±3.24%,进一步添加了聚丙烯酰胺后,其去除效率提高到了61.19±3.67%,但此去除效率依然有待提高。随后有研究报道利用无机高分子絮凝剂聚合氯化铝可以有效地去除高浓度的聚苯乙烯,但是这些研究中所用到的微塑料浓度远远高于实际浓度。
综合目前的研究来看,提高微塑料的去除效果就需要添加聚丙烯酰胺,改善混凝条件。而聚合氯化铝是目前最常用的水处理药剂,通过添加不同离子型的聚丙烯酰胺,能够使絮凝体更加紧密,更易于沉淀。从而能后有效的去除水体中的微塑料。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种去除微塑料的混凝水处理方法。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
1.一种去除微塑料的混凝水处理方法,所述混凝水处理方法具体如下:
向含有微塑料的水溶液中加入聚合氯化铝,再添加阴离子型聚丙烯酰胺或非离子型的聚丙烯酰胺,在温度为24~26℃、pH值为5.0~9.0的条件下进行搅拌混凝,搅拌完后将溶液静置沉淀,固液分离即可将微塑料去除。
优选的,所述聚合氯化铝与水溶液的质量体积比为20~600:1,mg:L。
优选的,所述阴离子型聚丙烯酰胺或非离子型的聚丙烯酰胺与水溶液的质量体积比为2~10:1,mg:L。
优选的,所述微塑料为粒径为50~200μm的聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯中的任意一种。
优选的,所述搅拌具体为:以300rpm的转速搅拌1min后以200rpm的转速搅拌3min,然后再以100rpm的转速搅拌10min。
优选的,所述沉淀时间为10~40min。
优选的,所述HCl浓度为1M,浸泡的时间为1h。
优选的,所述含有微塑料的水溶液中微塑料的浓度为10~200mg/L。
优选的,pH值采用浓度为1M的HCl溶液和浓度为1M的NaOH溶液进行调节。
本发明的有益效果在于:
本发明公开了一种去除微塑料的混凝水处理方法,主要采用混凝法工艺的同时使用了阴离子型聚丙烯酰胺或非离子型的聚丙烯酰胺作为助凝剂,提高了混凝效果,有效地去除了水体中的微塑料,其操作简便,效果显著,成本低;同时与采用传统的絮凝剂进行处理的方法相比,本发明的处理方法中利用的聚合氯化铝用量可减少30%以上,成本节省40%以上,且其混凝效果更好,适应能力强,腐蚀性小,利于运输,还具有除臭、杀菌和脱色的作用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为实施例1中静置沉淀后的图片;
图2为实施例1中非离子型聚丙烯酰胺和实施例7中阳离子型聚丙烯酰胺用于去除微塑料的去除效率;
图3为不同浓度的聚合氯化铝浓度对混凝水处理方法中去除微塑料效率的影响。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员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与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例所用原料聚合氯化铝和聚丙烯酰胺分别购置于上海源叶生物科技有限公司和上海麦克林生化科技有限公司。
实施例1
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
以含有50mg/L的微塑料(粒径为100μm的聚乙烯,在60℃下烘干12h)的水溶液为待处理溶液,加入聚合氯化铝使其在溶液中的浓度为400mg/L,再添加非离子型聚丙烯酰胺使其在溶液中的浓度为10mg/L,形成混凝溶液,混凝溶液用浓度为1M的HCl和NaOH调节使其pH=7.0,随后在25℃下进行搅拌(搅拌具体为:以300rpm的转速搅拌1min后以200rps的转速搅拌3min,然后再以100rpm的转速搅拌10min)然后静置沉淀30min(如图1所示),去除上清液的微塑料即可。
将去除的微塑料进行烘干(60℃下烘干12h),通过称量反应前后微塑料的质量以计算去除率,得到微塑料去除效率为89%。
实施例2
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
以含有50mg/L的微塑料(粒径为50μm的聚乙烯,在60℃下烘干12h)的水溶液为待处理溶液,加入聚合氯化铝使其在溶液中的浓度为400mg/L,再添加非离子型聚丙烯酰胺使其在溶液中的浓度为10mg/L,形成混凝溶液,混凝溶液用浓度为1M的HCl和NaOH调节使其pH=7.0,随后在25℃下进行搅拌(搅拌具体为:以300rpm的转速搅拌1min后以200rps的转速搅拌3min,然后再以100rpm的转速搅拌10min)然后静置沉淀30min,去除上清液的微塑料即可。
将去除的微塑料进行烘干(60℃下烘干12h),通过称量反应前后微塑料的质量以计算去除率,得到微塑料去除效率为95%,其原因在于:微塑料粒径,其越小比表面积越大,越易于絮凝体聚集,通过沉淀后上清液存在的微塑料越少。
实施例3:
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
同时将实施例1中微塑料聚苯乙烯分别变成聚丙烯、聚氯乙烯和聚四氟乙烯,其它按照实施例1中的条件进行,经过测试当微塑料分别为聚丙烯、聚氯乙烯和聚四氟乙烯时,去除效率分别为88%、91%和93%,其原因在于:聚丙烯的密度略小于水,聚氯乙烯和聚四氟乙烯密度大于水,密度大更利于沉淀,从而利于颗粒物的去除。
实施例4
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
将实施例1中的搅拌条件修改为项以200rpm的转速搅拌4min后再以100rpm的转速搅拌10min,得到微塑料去除效率为91%,其原因在于:搅拌速率合适,更易于使絮凝体和颗粒聚集,从而通过沉淀达到去除效果。
实施例5
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
修改实施例1中的非离子型聚丙烯酰胺的添加量,使其浓度为12mg/L,其它按照实施例1中的方法进行,测试得到微塑料去除效率为95%,其原因在于:聚丙烯酰胺能够改善絮凝体结构,提高吸附架桥作用,更有利于颗粒物的去除。
实施例6
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
将实施例1中的非离子型聚丙烯酰胺修改为阴离子型聚丙烯酰胺,其余处理方案如实施例1,测试得到的微塑料去除效率为85%,其原因在于:与非离子型聚丙烯酰胺相比,添加阴离子聚丙烯酰胺所产生的电中和能力较弱,产生的絮凝体较松散,相比之下不利于捕捉和包裹微塑料。
实施例7
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
将实施例1中的非离子型聚丙烯酰胺修改为阳离子型聚丙烯酰胺,其余处理方案如实施例1,测试得到的微塑料去除效率为93%。
图2为实施例1中非离子型聚丙烯酰胺和施例7中阳离子型聚丙烯酰胺用于去除微塑料的去除效率。从图2中可知,非离子型聚丙烯酰胺修改为阳离子型聚丙烯酰胺均可以用于混凝水处理方法中去除微塑料,且非离子型聚丙烯酰胺的去除效率优于阳离子型聚丙烯酰胺,其原因在于:阳离子型聚丙烯酰胺产生的絮凝体比非离子型和阴离子型紧密一些,因此能够加强微塑料的去除效果。
实施例8
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
将实施例1中微塑料的浓度修改为100mg/L,其余处理方案如实施例1,测试得到的微塑料去除效率为94%其原因在于:微塑料浓度越高,颗粒越容易碰撞聚集,从而颗粒去除效率提高。
实施例9
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
将实施例1中聚合氯化铝的浓度分别修改为0mg/L、20mg/L、40mg/L、80mg/L、160mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、和600mg/L。其余处理方案如实施例1,测试得到的微塑料去除率如图3所示。从图3可知,在混凝水处理方法中添加的聚合氯化铝的浓度在0~600mg/L的范围均可以达到去除微塑料的目的。
实施例10
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
将实施例1中混凝溶液的pH修改为5.0或9.0,其余处理方案如实施例1,测试得到的微塑料去除率分别为80%和82%,其原因在于:偏酸或偏碱条件不利于发挥非离子型聚丙烯酰胺的作用。
实施例11
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
将实施例1中的沉淀时间改为10min。测试得到的微塑料去除率为80%。其原因在于:沉淀时间过短,被凝聚的微料与絮凝体未完全沉淀,因此减小了微塑料的去除效果。
实施例12
一种去除微塑料的混凝水处理方法,具体如下:
将实施例1中的微塑料水样换成富含磷的水样,其余处理方案如实施例1,测试得到磷的去除率接近100%。
综上所述,本发明公开了一种去除微塑料的混凝水处理方法,主要采用混凝法工艺的同时使用了阴离子型聚丙烯酰胺或非离子型的聚丙烯酰胺作为助凝剂,提高了混凝效果,有效地去除了水体中的微塑料,其操作简便,效果显著,成本低;同时与采用传统的絮凝剂进行处理的方法相比,本发明的处理方法中利用的聚合氯化铝用量可减少30%以上,成本节省40%以上,且其混凝效果更好,适应能力强,腐蚀性小,利于运输,还能去除多种污染物(如水中含有的磷)。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种去除微塑料的混凝水处理方法,其特征在于,所述混凝水处理方法具体如下:
向含有微塑料的水溶液中加入聚合氯化铝,再添加阴离子型聚丙烯酰胺或非离子型的聚丙烯酰胺,在温度为24~26℃、pH值为5.0~9.0的条件下进行搅拌混凝,搅拌完后将溶液静置沉淀,固液分离即可将微塑料去除。
2.根据权利要求1所述的混凝水处理方法,其特征在于,所述聚合氯化铝与水溶液的质量体积比为20~600:1,mg:L。
3.根据权利要求1所述的混凝水处理方法,其特征在于,所述阴离子型聚丙烯酰胺或非离子型的聚丙烯酰胺与水溶液的质量体积比为2~10:1,mg:L。
4.根据权利要求1所述的混凝水处理方法,其特征在于,所述微塑料为粒径为50~200μm的聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的混凝水处理方法,其特征在于,所述搅拌具体为:以300rpm的转速搅拌1min后以200rpm的转速搅拌3min,然后再以100rpm的转速搅拌10min。
6.根据权利要求1所述的混凝水处理方法,其特征在于,所述沉淀时间为10~40min。
7.根据权利要求1所述的混凝水处理方法,其特征在于,所述HCl浓度为1M,浸泡的时间为1h。
8.根据权利要求1所述的混凝水处理方法,其特征在于,所述含有微塑料的水溶液中微塑料的浓度为10~200mg/L。
9.根据权利要求1所述的混凝水处理方法,其特征在于,pH值采用浓度为1M的HCl溶液和浓度为1M的NaOH溶液进行调节。
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