PDM改性伊利石絮凝除藻效果及机理研究

发布时间：2020-07-08 00:56

【摘要】：氮、磷等营养物质大量排入湖泊水库,造成水体富营养化,蓝藻等藻类迅速繁殖,使水质恶化,进而影响饮用水供水安全,威胁人类健康。粘土絮凝法是一种安全高效且被认为是较具潜力的藻类去除方法。本文以蓝藻中的水华微囊藻为研究对象,采用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDM)改性伊利石絮凝除藻,考察了粒径、投加量、复合比、初始pH值、藻类生长期、胞外分泌物(EOM)、搅拌时间、静沉时间等因素对除藻效果的影响;通过对生长期、投加量、复合比和静沉时间等因素进行正交实验分析,优化实验条件,并与实际水体中藻的去除效果相比较,分析实际应用的可行性;从伊利石改性前后的表征、藻絮体形态和Zeta电位分析等方面揭示PDM改性伊利石除藻机理。得出主要结论如下:(1)单独伊利石除藻效果表明,伊利石对藻的去除率仅约5%。分别采用高温、超声波、盐酸、氢氧化钠、硫酸亚铁以及PDM对伊利石进行改性,结果表明,PDM改性伊利石的处理效果最优,浊度、藻密度、叶绿素a(Chl-a)的去除率分别为93.96%、96.84%、98.27%。故选用PDM作改性剂对伊利石进行改性。(2)研究单独PDM对藻的处理效果,结果表明,PDM投加量为2.6 mg/L时,浊度、藻密度、Chl-a的去除率分别为89.91%、93.89%、95.45%,且对水体pH的适应性也较好;但所得絮体较松散且易上浮。(3)通过不同因素对PDM改性伊利石除藻效果影响研究表明,PDM改性伊利石粒径80目、投加量25mg/L、复合比1:15、藻液初始pH值7~8、藻生长期为对数期时,浊度、藻密度、Chl-a、UV_(254)、DOC的去除率分别为95.96%、99.34%、100%、84.21%、50.32%,所得絮体大且密实,抗扰动能力强。达到最佳处理效果时,未移除EOM和移除EOM时PDM改性伊利石的投加量分别为25 mg/L、12 mg/L,EOM会减少絮凝剂的有效投加量。EOM在低浓度(DOC20 mL)下可发挥高分子的架桥作用从而利于絮体凝聚,在高浓度(DOC60 mL)下由于EOM的电负性过强从而阻碍絮凝。在此基础上当搅拌时间15min,静沉时间40min时,浊度、藻密度、Chl-a去除率分别为95.98%、98.77%、99.87%。(4)正交实验结果表明,藻类生长期、投加量、复合比、静沉时间对除藻效果的影响均较小,PDM改性伊利石除藻效果稳定性好。最佳除藻工艺条件为对数期、投加量25mg/L、复合比1:15、静沉40min,此时浊度、藻密度、Chl-a、UV_(254)去除率分别为96.06%、99.75%、100%、86.03%。PDM改性伊利石处理实际水体中的藻类时,投加量为45 mg/L时四者去除率分别达到92.70%、94.17%、98.50%、81.67%,故PDM改性伊利石在实际藻污染处理中同样有较好的应用价值。(5)对PDM改性伊利石絮凝除藻进行机理分析。伊利石改性前后的表征结果表明,经PDM改性后,伊利石表面结构发生了变化,比表面积增大。藻絮体形态分析表明,PDM改性伊利石将絮体凝结成团,呈球状;PDM的架桥与伊利石的网捕作用将絮体粘结在一起,得到以伊利石为凝结核心的藻絮体,絮体粒径增大,水扰稳定性增强。Zeta电位结果表明,水体pH值8条件下,PDM改变伊利石的Zeta电位为正,与带负电荷的藻细胞电性中和,使藻细胞脱稳而相互碰撞,聚集沉降。PDM改性伊利石絮凝除藻主要机理为电性中和、架桥和网捕作用。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X524
【图文】：

伊利石实物图

53]，具有一定的比表面积与离子交换量。伊利石的化学组成成分见表1.1，其层结构见图1.2。图1.2 伊利石层结构图[54]表1.1 伊利石原矿的化学成分分析矿石 SiO2Al2O3Fe2O3TiO2K2O Na2O Cu Mu H2O含量/% 63.05 17.34 3.90 0.98 7.45 0.04 0.00126 0.014 4.28伊利石具有安全无毒、廉价易得、储量丰富的特点，广泛应用于改善陶瓷、制备塑胶、制造高级纸张、生产化肥、改进建筑材料和农牧业等领域。在水处理中，由于其粒径小、比表面积大和胶体性质，可作为吸附剂使用，具有较好的发展前景[55]。1.3.2 伊利石在水处理中的应用伊利石的研究主要体现在改善陶瓷、塑胶和建筑材料性能方面[56]，近年来在水处理中的应用也日益增多。改性后的伊利石离子交换能力增强，层间结构和表面结构发生变化[57]，吸附性能增强，在水处理中取得了较好的成果。张灿梅、黄晓东等[58,59]通过利用天然壳聚糖对伊利石进行改性，分别用以清除水体中酸性大红 3R 和日落黄。伊利石的表征结果显示

[64]。图1.3PDM 结构图PDM 使用时溶解时间短，具有较强的杀菌能力和较高的正电荷密度的特点，并且受水体 pH 影响较小，因此在污水净化、石油开采、采挖矿石、工业造纸和纺织印染等领域具有较好的运用[65]。1.4.2 PDM 在水处理中的应用PDM 作为一种新型的水处理絮凝剂，具有无毒无污染的特点，是第一个通过美国公共卫生署（FDA）批准的可以用于饮用水生产的有机化合物[66]，常被美国等发达国家用于水源水污染处理[67]。近年来，PDM 在国内的发展也较为迅速，并取得了较好的水

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 向斯;刘世昌;赵以军;程凯;;pH值及黏土密度对壳聚糖改性絮凝剂除藻效果的影响[J];中国环境科学;2015年05期

2 王大卫;邵红;刘相龙;丁佳;;PDMDAAC改性膨润土的制备及吸附性能[J];沈阳化工大学学报;2015年01期

3 高雪;付乐;陈才高;李跃增;李树苑;;高效浅层气浮工艺除藻效能研究[J];中国给水排水;2014年22期

4 邵红;刘相龙;王大卫;徐微雪;;壳聚糖和PDMDAAC改性膨润土用于处理含油废水的研究[J];岩矿测试;2014年03期

5 张灿梅;郭淑芳;张俊;黄晓东;;伊利石负载壳聚糖去除水中酸性大红3R的研究[J];化学工程与装备;2014年04期

6 熊鸿斌;李耀耀;张强;;巢湖蓝藻的机械清除工艺以及藻水分离实验研究[J];环境工程学报;2014年02期

7 黄晓东;欧阳晓燕;;伊利石负载壳聚糖吸附水中日落黄的研究[J];非金属矿;2014年01期

8 董锐;周健;董毛毛;张建勋;孙晓斌;;壳聚糖絮凝微藻的研究进展及展望[J];环境科学与技术;2014年01期

9 邵迎;姚峻嵘;;混凝除藻在常规工艺自来水厂中的应用[J];中国给水排水;2013年21期

10 林勇新;曹西华;宋秀贤;俞志明;;海藻酸钠对改性黏土絮凝特征的影响[J];中国环境科学;2013年02期

相关博士学位论文 前1条

1 刘扬;提高改性粘土除藻效率的机理与方法研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2016年

相关硕士学位论文 前5条

1 卢艳秋;盐酸改性粉煤灰强化混凝除藻研究[D];江西理工大学;2018年

2 董春伟;伊利石改性及性能研究[D];长春工业大学;2016年

3 韩冬雪;壳聚糖改性蛭石絮凝除藻研究[D];江西理工大学;2016年

4 殷世强;改性伊利石的制备及其对Pb~(2+)的吸附特性研究[D];郑州大学;2015年

5 贾钗;季铵盐型Gemini表面活性及其复合粘土去除铜绿微囊藻的研究[D];湖北大学;2011年

本文编号：2745861