浒苔—铝盐混凝剂的絮凝效能、行为及作用机制研究

发布时间：2020-05-07 23:39

【摘要】：近几年来海洋绿潮频繁暴发,严重威胁了沿海渔业及旅游业的发展。浒苔作为主要的海洋绿潮副产物,探索其再利用的有效途径,对它带来的环境问题及经济问题具有非常重要的意义。本文秉承以废治废的原则,研发出了一种高效、安全、低毒、价廉的新型助凝剂-浒苔多糖(Ep),并将其与铝盐混凝剂复配使用应用于水处理工艺中。系统的探讨了浒苔多糖的制备方法,并针对不同待处理水样讨论浒苔-铝盐的混凝效能,产生的絮体特性及其作用机制,明确了Ep对不同水体的最佳混凝条件。此外,本文还将Ep应用于混凝-超滤工艺中,探讨其对超滤单元膜污染的影响,为这种新型助凝剂在实际超滤工艺中的应用提供理论基础和运行支持。最后,本文将这种新型助凝剂与市面上最常见的助凝剂进行混凝效能和行为的对比,分析其在混凝机理及絮体性能方面的不同之处。本文的主要研究结果总结如下：(1)采用成本较低且操作起来简单方便的水浴浸提法提取浒苔多糖。经过单因素实验,优选出浒苔多糖的最佳提取条件为：固液比1：75,水浴温度90。C,提取时间为4 h。提取液经过离心及乙醇沉淀即可得白色的粉末-浒苔多糖。经过复合和复配使用方式的混凝效能对比研究,发现浒苔多糖与传统混凝剂最佳的使用方式是复配使用,具体来说为先投加混凝剂,30 s后投加浒苔多糖助凝剂,在此情况下可以最大限度的发挥浒苔多糖的助凝效能。(2)特定量的浒苔多糖作为助凝剂使用可以增强混凝效能,提高出水水质。对于腐殖酸-高岭土模拟水样来讲,浒苔单独作为混凝剂使用时所得的混凝效果并不理想,而与硫酸铝(AS)复配使用时,浊度及有机物的去除率都得到明显的提高。AS与Ep最优投加量为10和0.1 mg/L,浒苔多糖的最佳作用pH为6,且在整个pH范围内,AS-Ep的混凝效能均高于单独使用AS时的效率。对于分散黄和活性翠蓝印染废水模拟水样,最佳的混凝剂分别为AS和氯化铝(AC)。AS-Ep和AC-Ep的性能高于AS和AC,可以在较大的投加量范围内得到较好的混凝效能,且最佳pH分别为7和6。对于腐殖酸-纳米银模拟纳米重金属废水水样,Ep的使用同样发挥了较好的助凝效能。在0.2 mg/L的投加量下,Ep可以同时提高混凝出水中纳米银和腐殖酸的去除率,降低上清液的剩余浊度。浒苔自身的线性大分子结构及羟基、羧基等,使絮体在吸附和架桥的作用下聚集变成较大颗粒得以沉降。而纳米银则是通过表面吸附附着在絮体上或者通过与铝盐水解产物的络合作用得到去除。对于引黄水库水实际水样,不同类型的混凝剂对其混凝效能差别较大,最佳混凝剂为AS,且Ep作为助凝剂与AS复配使用后,浊度、DOC和UV254的去除率均得到一定程度的提高,随着Ep投加量的增加,对AS的助凝效能表现出先增长而后下降的趋势。Ep最佳投加量为0.3 mg/L。(3)通过对浒苔-铝盐混凝动力学的研究发现,Ep作为助凝剂的使用,可以显著增大混凝过程中产生的絮体粒度,提高絮体特性。对于腐植酸-高岭土模拟水样,投加Ep时絮体在破碎后的絮体粒度较大,并且恢复后的粒度也显著增大。此外Ep作为助凝剂使用后,系统产生的絮体强度略有增加,且趋于一个稳定值,随着投加量的增加变化并不明显。对于分散黄和活性翠蓝两种模拟染料废水水样,Ep的使用可以增大絮体的强度,且pH对絮体特性影响较大。絮体粒径、生长速度及强度因子均随着pH的升高展现出先升高后降低的趋势,在中性和弱酸性条件下表现出较好的性能。对于纳米银模拟水样,Ep的投加改善了絮体的结构,可提高絮体的生长速率、平衡粒径、恢复性能,但是抗破碎能力略有下降。絮体粒径及生长速度随着pH的增大呈现出先升高后降低的趋势,在pH为6时最佳。同时,所产生絮体的强度因子和恢复因子则随着pH的升高而逐渐变小,pH较低时抗剪切能力和恢复能力都较优。对于引黄水库水实际水样,Ep的使用增大了絮体的强度,因而可以承受更大程度的水力动荡,在一个较宽的范围内保证水处理效能。在相同的剪切力条件下,AS-Ep絮体的恢复因数比AS混凝系统的絮体高,说明其恢复能力较强。当剪切时间较短时,絮体恢复能力较好,AS-Ep较AS生成絮体的恢复因数高,说明前者的絮体恢复能力强于后者,然而较长的剪切时间不利于絮体恢复。(4)当浒苔多糖应用于混凝-超滤联用工艺时,与单独使用混凝工艺时的出水水质指标相比,经过超滤单元过滤的水样具有更低的浊度和更高的有机物去除率。另一方面,浒苔助凝剂的加入增加了絮体粒度,产生了分形维数较低的絮体。低的分形维数意味着絮体具有更多的开放式分支结构,在超滤膜表面形成滤饼层透水性能较好,表面膜阻力降低。因此Ep的使用减小了对膜的污染,进一步提升了膜通量。这对实际水样尤其是实际的饮用水水样来讲是非常有利的,因为水中残余有机物的降低可以降低后续产生消毒副产物的风险,更好的保障饮用水的安全性。(5)将浒苔多糖作为一种新型的助凝剂,与传统助凝剂的助凝效能和产生的絮体特性进行对比研究,结果发现Ep可以达到与传统助凝剂相当的助凝效果,甚至优于传统助凝剂。在腐植酸-高岭土模拟水样的烧杯实验中,Ep的添加能够提高混凝效果,在各自最优投加量下,对有机物的去除来讲,Ep可以得到与传统助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)、海藻酸钠(SA)相当的去除效果。在引黄水库水实际水样的处理过程中,Ep对有机物和溶解性有机碳均具有较高的去除率,且与PAM和SA的助凝效果相当。Ep,PAM和SA的投加都能够明显提高产生絮体的粒径和生长速度,且Ep使用时产生的絮体粒度和絮体的生长速度显著高于PAM及SA。另一方面,Ep产生絮体的强度因子略低于传统助凝剂,而产生的絮体具有更密实的结构,因此沉降性能较好。(6)相对于市场上售价较高的PAM和SA来讲,Ep的制备成本较低,因为其原料浒苔可以免费获取,而水浴和醇沉成本也较低。相对于PAM和SA等传统助凝剂,Ep作为新型助凝剂对浊度、重金属和溶解性有机碳均具有较高的去除率。因此Ep可以代替传统的助凝剂,作为一种新型的药剂用于水处理过程中,与铝系混凝剂复配使用,提高混凝效果。在达到相同混凝效能的前提下,Ep的使用可大幅度减少混凝剂的投加量,这将大大降低混凝成本。此外,在饮用水的处理过程中,药剂的安全性是非常重要的,浒苔多糖从天然植物中提取,为无毒副作用的天然的高分子助凝剂,具有较高的生物安全性和易降解性,在饮用水源的处理过程中,Ep的这种优势更为明显。除去Ep的成本优势,这也是Ep优于其他助凝剂的另一个方面。
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逡逑本节对z1苔的生殖特性做较为简单的介绍：z1苔属藻类生活史为双元同形，逡逑并多呈现出绿色，其细胞及藻体的性状如下图２－１所示。不同种类的z1苔形状略逡逑有差异。Ｗ最为常见的条游苔为例，辩苔的藻体为单条，或有分支，圆管状中空，逡逑有时候部分稍扁。z1苔细胞内有一个细胞核和一个片状色素体，其藻体无柄。在逡逑我国巧苔主要生活于海水和半咸水中，，常见的游苔属约有四十种。z1苔在我国分逡逑布非常广泛，在南北各海区，山东、江宁、福建、广西、台湾化及浙江等省份均逡逑有z1苔分布。逡逑１０逡逑

山东大学博±学位论文逡逑ｍｒ逡逑图２－１z1苔的生物学特性逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｃｈａｒａｃ１：ｅｒｉｓｔｉｃ邋ｏｆ邋Ｅｎ化ｒｏｍｏｒｐｈａ逡逑２．３．２满苔绿潮及其危害逡逑由于近年来全球气候的变化，水体富营养化程度增加，大型海洋绿藻过量生逡逑长的现象越来越常见，相对于海洋赤潮来讲这种现象称为海洋绿潮。据报道称，逡逑绿潮的暴发主要是源于绿藻口石魏科的石茹属和奲苔属等大型海藻。近几年来，逡逑受绿潮影响的国家数量正在逐步上升。截止到到目前为止，已经有将近四十个国逡逑家、一百多个地区受到绿潮的影响。因而海洋绿潮问题己经逐步成为世界性的生逡逑态问题［６２－气逡逑绿潮藻在漂浮状态下对海水具有净化作用，当其大量繁殖和高速生长时可不逡逑断吸收和富集海水中的氮a惖扔�养物质，起到了对局部海域水体净化的作用。因逡逑此，２０世纪７０年代Ｗ来，石葬属藻类被许多国家用来对生活和生产废水进行生逡逑物过�

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