專利名稱：利用超聲強化絮凝去除水體中藻類的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲波強化混凝去除水體中藻類的方法，屬于水處理應(yīng)用領(lǐng)域。該方法利用低強度超聲強化混凝過程，改善混凝效果，在不破碎藻細(xì)胞的前提下去除水體中藻類，使藻類在混凝后處理工序中不再懸浮繼續(xù)生長，并可減少絮凝劑投加量，增加絮體密實度，提高混凝去除率。
背景技術(shù)：
在富營養(yǎng)化天然地表水體中廣泛存在的藍(lán)綠藻是一種可進行光合作用的原核生物，含有葉綠素a，比重約為1左右，多在水體中懸浮生長，在適宜的條件下容易迅猛生長形成水華或赤潮。
藍(lán)綠藻過度繁殖形成的水華會嚴(yán)重影響水體的使用功能。對地表飲用水源，藻類水華會給水廠水處理帶來嚴(yán)重的影響。一方面，它們不僅污染輸水管道，且容易堵塞濾池，在夏季用水高峰期有時會造成供水事故。另一方面，大量藻類死亡后，會產(chǎn)生臭味物質(zhì)，一些產(chǎn)毒藻類還會釋放藻毒素進一步惡化水質(zhì)，增加水處理的難度和成本。對景觀水體藍(lán)綠藻過度繁殖將導(dǎo)致大量的藻類浮渣飄浮在水面嚴(yán)重降低水體的景觀效果。對養(yǎng)殖水體，藻類夜間呼吸作用或死亡后分解會大量消耗水中溶解氧，導(dǎo)致魚類死亡，造成經(jīng)濟損失和經(jīng)營成本的增加。
除藻的方法很多，大體可分為物理方法、化學(xué)方法和生物方法三大類。在實際使用中通常根據(jù)具體需要多種方法配合使用。
物理除藻法包括氣浮、過濾等。微濾法是一種簡單的表面過濾方法，對藻類的去除效果優(yōu)于混凝沉淀，但對色度、CODMn的去除率都很低，遠(yuǎn)不及混凝沉淀。氣浮法的除藻效率可達(dá)60％-90％以上，但藻類可依賴其浮沉調(diào)節(jié)機制對氣浮工藝造成影響，為達(dá)到較好的除藻效果，氣浮前需進行預(yù)加氯，這就降低了飲水安全性。直接過濾除藻適用于原水濁度較低時，經(jīng)加礬、加助凝劑后，除藻率可達(dá)70％-90％，但易于堵塞和穿透濾床。
化學(xué)除藻法主要使用一些化學(xué)殺藻藥劑滅藻。應(yīng)用最廣泛的殺藻劑是硫酸銅，多用于水源水殺藻。但這會導(dǎo)致水中銅鹽濃度上升，危害人體健康，使細(xì)胞內(nèi)大部分藻毒素釋放入水體中。Ca(OH)2作為處理藥劑也常被使用，但Ca(OH)2只有以大劑量投入水中時，才能明顯去除藻類。ClO2的除藻效果較好，投加量僅為1mg/L時，去除率就可達(dá)75％，但其成本較高。預(yù)氯化常用于水處理工藝中，可以殺死藻類，但可能使水中消毒副產(chǎn)物增加，對人體健康不利。臭氧去除藻和藻毒素效果好，但成本高。
生物除藻法主要是利用一些水生動物捕食藻類或一些微生物抑制藻類生長。生物處理工藝由于操作方便、易于管理、處理效率高、成本低等優(yōu)點，近幾年來已逐漸受到國內(nèi)外研究者的重視，但相關(guān)研究還不深入。
在眾多的除藻方法中，最常用最有效的方法是絮凝法。但絮凝法也存在以下兩方面的問題1.絮凝只是使水中的藻類暫時失穩(wěn)凝聚變得易于分離，而藻類細(xì)胞活性并沒有降低，藻細(xì)胞內(nèi)的類囊體沒有受到破壞，光合作用系統(tǒng)依然完好，因而它們往往在后續(xù)處理工序中會繼續(xù)生長并進入被凈化的水中，造成沉淀池產(chǎn)生浮渣，并在氯消毒時產(chǎn)生副產(chǎn)物。
2.當(dāng)藻類濃度較高時，混凝除藻效果較差，需要較高投藥量。
因此，往往對混凝法加以強化，以提高除藻效率。常用的強化絮凝的方法是，在使用常規(guī)混凝劑的同時，調(diào)節(jié)pH值或加入一定量的活性硅酸、藻原酸鈉、有機高分子助凝劑、粘土等藥劑。
雖然已有超聲抑制藻類生長的報道和超聲促進親水膠體凝聚的報道，但超聲強化絮凝除藻的報道還比較少見。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的利用控制超聲來強化混凝過程，一方面，使藻細(xì)胞水化層減薄，zeta電位降低，表面絮凝特性改善；另一方面，加速絮凝劑在水中的分散，促進絮凝劑與藻細(xì)胞反應(yīng)，提高絮凝效率；更為重要的是，利用超聲破壞藻細(xì)胞內(nèi)的氣囊和光合作用系統(tǒng)，使已經(jīng)絮凝沉淀的藻細(xì)胞在后處理工序中無法再懸浮并繼續(xù)生長。
本發(fā)明的技術(shù)方案首先利用頻率為20kHz的超聲，在超聲功率為10～200W的范圍內(nèi)對含藻水進行不同時間的超聲處理，然后加入絮凝劑(如聚合氯化鋁等)進行常規(guī)混凝實驗?；蛟诨炷端幍耐瑫r進行低強度超聲處理，超聲處理的時間3秒～10分鐘，加速絮凝劑在水中的分散，促進絮凝劑與顆粒物的反應(yīng)。
本發(fā)明的特點是1.該發(fā)明通過超聲強化了常規(guī)的絮凝除藻工藝，使已經(jīng)絮凝沉淀的藻細(xì)胞無法再上浮并繼續(xù)生長。
2.該發(fā)明利用超聲使藻細(xì)胞和懸浮物顆粒水化層減薄，zeta電位降，表面絮凝特性改善，提高絮凝沉淀效率。
3.該發(fā)明利用超聲加速絮凝劑在水中的分散，促進絮凝劑與藻細(xì)胞和懸浮顆粒物反應(yīng)，提高絮凝速率。
本發(fā)明方法具體實施步驟如下將含藻水轉(zhuǎn)移至一系列250ml的量筒內(nèi)，以不同劑量的超聲處理不同時間，依次投加一定量的聚合氯化鋁(PAC)絮凝劑進行混凝，然后靜置沉淀，觀測絮體分層沉淀的速度，并通過濁度儀測定處理前后的濁度變化，鏡檢，用血球計數(shù)板計算藻類個數(shù)。
實施例實施例1.利用超聲強化絮凝去除圓明園景觀水體中藻類及懸浮物2003年8月從圓明園景觀水體中取含藻水50L立即送回實驗室測定相關(guān)指標(biāo)。經(jīng)測定，此含藻水pH為9.3，濁度為185NTU，懸浮物總量228mg/L，鏡檢發(fā)現(xiàn)懸浮物90％以上由藻類組成，藻類優(yōu)勢種為微囊藻。在一系列1000ml的量筒內(nèi)，以不同劑量的超聲處理不同時間，依次投加一定量的聚合氯化鋁(PACl)絮凝劑進行混凝，然后靜置沉淀，觀測絮體分層沉淀的速度，并通過濁度儀測定處理前后的濁度變化，鏡檢，用血球計數(shù)板計算藻類個數(shù)。

實施例2.利用超聲強化絮凝去除實驗室培養(yǎng)的純種銅綠微囊藻在三組250ml量筒內(nèi)，同時取室內(nèi)培養(yǎng)的處于對數(shù)生長期的純種銅綠微囊藻250ml，藻細(xì)胞含量約為280萬個/mL，A組不作任何處理，B組進行常規(guī)絮凝，C組進行超聲強化絮凝，B、C兩組所用絮凝劑為聚合氯化鋁(PAC)，處理結(jié)束后，ABC三組同時在光照培養(yǎng)箱進行相同條件下的靜置培養(yǎng)7天。通過觀測藻細(xì)胞沉淀與生長情況發(fā)現(xiàn)，超聲強化了絮凝效果，并抑制了藻細(xì)胞生長。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲強化混凝除藻的方法，具體是通過控制超聲在不破碎藻細(xì)胞的前提下破壞藻細(xì)胞內(nèi)的氣囊和光合作用系統(tǒng)，并改善藻類的絮凝特性，促進絮凝劑與藻細(xì)胞及懸浮顆粒物的反應(yīng)，從而防止藻類在混凝后處理工序中再懸浮并繼續(xù)生長，并可以減少絮凝劑投加量，增加絮體密實度，提高混凝去除率。
2.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于在混凝投藥的過程中引入低強度超聲處理，超聲開始時間在混凝投藥時刻前后約10分鐘的時間范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于通過控制超聲改善藻類絮凝特性，增加絮體密實度。
4.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于通過控制超聲促進絮凝劑與顆粒物的反應(yīng)，從而提高絮凝沉淀速度。
5.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于通過控制超聲減少絮凝劑投加量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用低強度超聲強化混凝過程去除水體中藻類的方法，屬于水處理應(yīng)用領(lǐng)域。該方法利用低強度超聲來強化混凝過程，改善混凝效果，在不破碎藻細(xì)胞的前提下去除水體中藻類。其一，利用超聲破壞藻細(xì)胞內(nèi)的氣囊和光合作用系統(tǒng)，使已經(jīng)絮凝沉淀的藻細(xì)胞無法再懸浮并繼續(xù)生長。其二，利用超聲使藻細(xì)胞和懸浮物顆粒水化層減薄，zeta電位降低，表面絮凝特性改善，提高絮凝效率。其三，利用超聲加速絮凝劑在水中的分散，促進絮凝劑與藻細(xì)胞和懸浮顆粒物反應(yīng)，提高混凝速率。使用本發(fā)明的方法可以防止藻類在混凝后處理工序中再懸浮并繼續(xù)生長，并可以減少絮凝劑投加量，增加絮體密實度，提高混凝去除率。
文檔編號C02F1/52GK1789152SQ200410098588
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者曲久輝, 史紅星, 劉會娟, 雷鵬舉, 葛建團 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心