水源地电浮快速藻水分离技术研究

发布时间：2017-06-06 10:10

  本文关键词：水源地电浮快速藻水分离技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：富营养化水体中藻类的快速增长仍旧是一个世界性的问题。在含藻水处理过程中,新鲜的藻渣因为其较高的含水率使得运输和后期处理成本很高。同时,处理过程中藻细胞破裂释放的藻毒素往往会带来新的水质问题。传统含藻水处理技术不仅效率低,能耗高,还存在着二次污染的风险。电浮(electro-flotation, EF),作为新兴的水处理技术,在含藻水理中的应用逐渐受到重视。电浮藻水分离反应动力学的研究不仅可以了解分离的机制还可以预测分离的结果。藻水分离后水质的分析可以说明电浮影响水质的情况。因此,本研究通过探讨不同实验室条件下的藻去除率、藻渣含水率、渣水比和藻细胞受损情况,优选最佳分离参数；并通过藻水分离反应动力学方程的建立,对反应机制进行初步探讨；进一步研究电浮后现场水质的变化：最后根据实验结果进行分离行装置的构建。研究结果为藻水分离的工程应用提供了新的选择。一、电浮技术快速安全藻水分离的实验研究通过测定不同电流密度(1mA/cm2、2mA/cm2、3mA/cm2、4mA/cm2)、不同作用时间(5min、10min、 15min、20min)、不同初始浓度(1.5×109/L、1.4×108/L、1.5×107/L、1.5×106/L)下的OD值、残渣、渣水体积,计算相应的藻去除率、藻渣含水率、渣水比,评价藻水分离的效果,优选最佳的分离参数。研究结果表明：随着电流密度的增加,藻去除率升高,藻渣含水率逐渐降低,渣水比缓慢上升；随着初始藻浓度的升高,除藻率总体上呈现先上升后下降的趋势,藻渣含水率逐渐越低,而渣水比缓慢上升；随着作用时间的延长,藻去除率升高,藻渣含水率逐渐越低,而渣水比缓慢上升。综合各评价指标,当电流密度为3mA/cm2,作用时间为20min时为藻水快速分离的最佳参数。应用FDA-P I双色荧光法检测上述电流密度和作用时间条件下的藻细胞活性。结果显示：随着电流密度的增加,被染成红色的藻细胞比重增加,表明藻细胞受损程度增加,到4mA/cm2时,藻细胞已全部染成红色,且亮场下开始观察到藻细胞破裂现象。应用高效液相色谱技术检测胞外藻毒素。结果显示,当电流密度为1mA/cm2-3mA/cm2时,随着作用时间的延长,胞外藻毒素浓度水平不断下降；而电流密度为4mA/cm2时,随着时间的延长,胞外藻毒素逐渐上升,提示胞内藻毒素向外释放。综合各评价指标,藻水安全分离的最佳参数是3mA/cm2,20min。二、电浮技术藻水分离反应动力学的初步探讨通过反应曲线可知：电流密度、作用时间和初始藻浓度都会影响电浮去藻的速度；电流密度值越大,电浮除藻的速度越快；作用时间越长,电浮除藻的速度越慢；在低藻浓度水平,电浮除藻速度逐渐减慢,在高藻浓度水平,电浮除藻速度稳定不变。应用origin8.0对不同条件下的藻去除反应曲线进行拟合,结果显示：当初始藻浓度在较低的水平(C≤8.1×108/L)时,不同电流密度下藻去除率的一级反应动力学拟合曲线R2较高；当初始藻浓度在较高的水平(C≥8.1×108/L)时,按照零级反应动力学直接拟合的曲线要比按照一级反应动力学拟合的曲线的相关系数高。通过SPSS13.0对藻去除反应结果进行多元回归分析,建立反应动力学方程：Ct=C0-C=C0-C0e(-0.01-0.041)t(C≥8.1×108/L),Ct=C0(1.135-0.015it)(C≤8.1×108/L)。由动力学结果分析可知,电浮除藻的反应速度是电流密度和作用时间的函数,且二者为反比关系。初始浓度对电浮除藻速度的影响主要表现在反应形式上：在低浓度藻溶液中反应属于一级反应,而在高浓度藻溶液中属于零级反应。三、现场水源水样的处理及水质分析在太湖某水域取样,通过上述电浮最佳参数条件对水样进行处理,并于电浮处理前、电浮处理后即刻、电浮处理后24h对水样水质指标(包括温度、色、臭和味、pH值、化学需氧量、总磷、氨氮)的变化进行分析。研究结果表明：水样中的藻被完全去除；电浮处理后即刻的温度比处理前上升了0.6℃；色度降低,且24h后无变化；臭和味消失；pH值有所上升；化学需氧量从120mg/L降为60mg/L,去除率为50%；总磷从0.068mg/L降至0mg/L,被完全去除；氨氮含量处理后即刻浓度从0.1mg/L上升为0.11mg/L,出现了略微的上升,但是24h后恢复到初始水平。虽然电浮处理过程会使水体温度和pH值升高,但都未造成新的污染；氨氮的短暂改变也是因为水体内总氮的转换。结合臭和味、化学需氧量、总磷的改变,认为电浮可以改善水质。四、反应装置的构建为了降低电路负载和能耗,设计了分布式脉冲电源电浮的除藻方式,并对比直流电浮、脉冲电浮以及分布式脉冲电源电浮方式下的除藻率、电流和能耗。结果显示,当极板分布极数为4时,在除藻率几乎不变的情况下,能耗和电流明显降低；且随着分布极数的增加,电流和能耗呈下降趋势。基于电浮藻水分离原理,并结合实验研究结果和反应动力学研究,设计了以分布式脉冲电源电浮系统和一体式藻渣去除系统为关键技术的反应装置。在保证安全快速藻水分离的同时,扩大了装置的使用规模。
【关键词】：电浮 藻水分离 反应动力学 水质
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;TU991.2
【目录】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-13
• 前言13-20
• 1 污染概况13-14
• 2 藻水分离技术简介14-16
• 3 电浮技术简介16-18
• 4 本课题的研究目的、意义18
• 5 本课题的研究内容18
• 6 技术路线18-20
• 第一章 电浮技术快速安全藻水分离的实验研究20-32
• 1.1 实验目的20
• 1.2 实验材料20-21
• 1.3 实验装置21-22
• 1.4 实验方法22-23
• 1.5 实验结果和讨论23-31
• 1.6 本章小结31-32
• 第二章 电浮技术藻水分离反应动力学的初步探讨32-44
• 2.1 实验目的32
• 2.2 实验材料32
• 2.3 实验装置32
• 2.4 实验方法32
• 2.5 实验结果和讨论32-43
• 2.6 本章小结43-44
• 第三章 现场含藻水的处理及水质分析44-48
• 3.1 实验目的44
• 3.2 实验材料44
• 3.3 实验装置44
• 3.4 实验方法44-45
• 3.5 实验结果和讨论45-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 反应装置的构建48-52
• 4.1 改进型实验装置的构建48
• 4.2 处理效果48-49
• 4.3 中试装置的构建49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 结论和建议52-53
• 5.1 结论52
• 5.2 建议52-53
• 参考文献53-58
• 综述58-65
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 作者简介66

【参考文献】

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1 赵远;谷娜;李恒;谢倩婷;吴云霞;秦会会;;可见光下亚微米Cu_2O微球光催化去除铜绿微囊藻[J];环境污染与防治;2016年04期

2 赵宗宇;文刚;黄廷林;;预氯化含蓝藻水过程中AOC变化规律及作用机理[J];中国给水排水;2016年03期

3 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

4 赵晓伟;沈为民;黄杰;余庆;楼俊;;基于三波长透射率的水体色度检测标准[J];环境工程学报;2013年12期

5 袁俊;朱光灿;吕锡武;;气浮除藻工艺的比较及影响因素[J];净水技术;2012年06期

6 汝旋;喻泽斌;韦武林;杨腾飞;;低频交变脉冲电絮凝气浮法修复重度富营养化水体[J];中国给水排水;2011年09期

7 居静娟;浦跃朴;尹立红;王大勇;;微囊藻毒素神经毒理学研究进展[J];生态毒理学报;2011年01期

8 朱能;姜科声;梁伟;胡啸剑;;水体热污染对金鱼的影响[J];黑龙江科技信息;2010年28期

9 李波均;唐章奎;王栋;杨高照;彭太平;;分布式脉冲源的产额测量技术[J];核电子学与探测技术;2009年06期

10 王惠;朱喜;;太湖蓝藻打捞和资源化利用的实践与思考[J];江苏水利;2009年07期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 孙凤;饮用水处理工艺中微囊藻毒素污染调控技术的优化研究[D];山东大学;2013年

2 张艳;浸没式超滤膜处理含藻水及膜污染控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

3 高珊珊;电絮凝—电气浮工艺处理微污染含藻水的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

4 刘善培;强化混凝气浮工艺处理微污染原水的中试研究[D];南开大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王林;PAC与硅藻土强化混凝处理水中铜绿微囊藻影响因素的研究[D];华南理工大学;2014年

2 张永路;水华蓝藻微囊藻毒素-RR分离纯化及急性毒性效应[D];华中科技大学;2013年

3 张素春;高铁酸盐预氧化处理微污染含藻水试验研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

4 舒坦;聚硅酸铝铁混凝处理微污染含藻水试验研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

5 董莉莉;新立城水库臭氧预氧化除藻和复苏过程研究[D];吉林大学;2012年

6 段玮娟;湘江流域饮用水源水藻类特征及除藻工艺的研究[D];湖南大学;2012年

7 吕佳佳;黑臭水形成的水质和环境条件研究[D];华中师范大学;2011年

8 刘丽娟;微污染饮用水源水中藻类的去除研究[D];暨南大学;2010年

9 涂刚;电解法处理含藻水的试验研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

10 张丽娟;水中铜绿微囊藻的强化混凝处理技术研究[D];湖南大学;2009年

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本文编号：426046