專利名稱：一種由雙子表面活性劑和粘土組成的復(fù)合除藻劑及除藻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種除藻劑及除藻方法，具體涉及一種由雙子表面活性劑和粘土組成的復(fù)合除藻劑及除藻方法。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，由于工業(yè)廢水、生活污水及農(nóng)業(yè)廢水等廢水大量排入淡水湖泊、水庫(kù) 中，導(dǎo)致了水域中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的大量富集，使水域富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重。其中，富營(yíng)養(yǎng) 化問(wèn)題中最突出的就是藻類引起的水華。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)60%的湖泊呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，同時(shí)也 存在藻類水華現(xiàn)象。水華發(fā)生時(shí)，大量的藻類會(huì)過(guò)多消耗水中的氧，使魚類、浮游生物因缺 氧而死亡。同時(shí)，藻體的死亡會(huì)散發(fā)惡臭，并且有的藍(lán)藻在代謝和死亡時(shí)會(huì)釋放藻毒素，特 別是銅綠微囊藻、魚腥藻和束絲藻。其中銅綠微囊藻釋放的微囊藻毒素除了直接對(duì)魚類、人 畜產(chǎn)生毒害以外，也是肝癌的主要誘因；而由魚腥藻、束絲藻釋放的神經(jīng)毒素，則有可能會(huì) 損害神經(jīng)系統(tǒng)。目前治理藻類水華的方法很多，總的來(lái)說(shuō)可以分為三種物理方法，化學(xué)方法和生 物方法。物理除藻的方法可以利用殺菌設(shè)備直接消除水體中的藻類，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，但 成本較高，應(yīng)用范圍較窄，并且使用起來(lái)不方便。化學(xué)除藻的方法利用殺菌劑直接消除藻 類，雖然除藻速度快，效果明顯，但是容易造成二次污染，不利于環(huán)保。生物除藻的方法，例 如采用放養(yǎng)鰱、鳙魚的“生物操縱法”，雖然能有效控制藻類的生長(zhǎng)，但也會(huì)打破了正常的系 統(tǒng)演替、平衡規(guī)律，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生各種“下行效應(yīng)”。目前應(yīng)用最廣泛的是使用改性粘土來(lái)絮凝除藻。使用較多的改性劑包括有無(wú)機(jī)聚 合氯化鋁(鐵)、有機(jī)表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨、雙子表面活性劑三烷基聚氧乙烯 基三季銨鹽及高分子物質(zhì)殼聚糖等。用改性粘土來(lái)絮凝除藻方法安全、無(wú)毒、環(huán)保，但是這 種方法操作較為復(fù)雜，除藻的速率和效率均不能令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)單，絮凝效率高并且除藻速度快的除藻劑。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種操作簡(jiǎn)單，絮凝效率高并且除藻速度快的除藻方 法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種由雙子表面活性劑和粘土組成的復(fù)合除藻劑，它由雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活
性劑和粘土溶液混合組成，所述雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)通式為<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，R為C9 C2tl的烷基，η為2 10的整數(shù)，X為Br或者Cl。本發(fā)明較好的技術(shù)方案是所述粘土為蒙脫土、皂土、膨潤(rùn)土或高嶺土中的一種。R 為Cltl C14或C16 C2tl的烷基。所述雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑和粘土的添加比例為 1 10 1 50。所述雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑濃度為0.6 15mg/L，所述粘土溶液 濃度為10 200mg/L。一種利用復(fù)合除藻劑的除藻方法，它是將粘土溶液與藻溶液充分混勻后，加入雙 子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑，經(jīng)過(guò)絮凝沉降來(lái)去除藻細(xì)胞；或者將雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面 活性劑與藻溶液充分混勻后，加入粘土溶液，經(jīng)過(guò)絮凝沉降來(lái)去除藻細(xì)胞。其中雙子季銨鹽 陽(yáng)離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)通式為
<formula>formula see original document page 4</formula>其中，R為C9 C2tl的烷基，η為2 10的整數(shù)，X為Br或者Cl。所述粘土為蒙脫土、皂土、膨潤(rùn)土或高嶺土中的一種。R為Cltl C14或C16 C2tl的 烷基。所述表面活性劑和粘土的添加比例為1 10 1 50。藻溶液與粘土溶液或者表 面活性劑充分混勻后，間隔5 15分鐘后再加入表面活性劑或者粘土溶液。所述的雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑在水中的溶解性好，具有電中和及連接架橋 的雙重作用。此類型的表面活性劑溶于水后水解，可以使分子鏈上帶正電荷，是一種典型的 陽(yáng)離子表面活性劑。此陽(yáng)離子表面活性劑不像許多絮凝劑是依賴溶液的PH值而發(fā)生反應(yīng) 形成陽(yáng)離子，而是可以表現(xiàn)出很好的不依賴體系PH值的優(yōu)越性，并且在很寬的ρΗ值范圍內(nèi) 都具有良好的絮凝效果。經(jīng)試驗(yàn)證明，本類型的季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑在較高的離子強(qiáng) 度下也能夠絮凝去除水中的有害藻類。并且，將雙子表面活性劑的分子式簡(jiǎn)寫為Gm-n-m，其 中m代表R的烷烴鏈的碳原子數(shù)，則當(dāng)雙子表面活性劑Gm-n-m的m為10 14時(shí)，表面活 性劑的殺菌效果較好；而當(dāng)雙子表面活性劑Gm-n-m的m為16 20時(shí)，表面活性劑的絮凝 效果較好。雖然所述雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑有較好的絮凝殺菌能力，但是由于經(jīng)所述 雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑絮凝后的藻細(xì)胞形成的絮體結(jié)構(gòu)疏松，且容易在外力作用下 破碎，因此沉降并不好并且絮體不穩(wěn)定。而用粘土做助凝劑可明顯加快絮凝沉降的速度，更 有利于水體快速澄清。因此，由所述雙子表面活性劑及粘土組成的復(fù)合除藻劑可以達(dá)到良 好的除藻絮凝效果。本發(fā)明還包括一種利用復(fù)合除藻劑的除藻方法，其步驟包括先將雙子季銨鹽陽(yáng) 離子表面活性劑和過(guò)100 200目篩的粘土分別配成溶液備用，將粘土溶液與藻溶液充分 混勻后，加入雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑，經(jīng)過(guò)絮凝沉降來(lái)去除藻細(xì)胞；或者將雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑與藻溶液充分混勻后，加入粘土溶液，經(jīng)過(guò)絮凝沉降來(lái)去除藻細(xì)胞。如果單獨(dú)使用粘土溶液100 150mg/L去除銅綠微囊藻，24小時(shí)后的去除率為 10% 42% ；如果單獨(dú)使用15mg/L Gm-n-m(m為16 20)時(shí)，1小時(shí)去除率即可達(dá)到90% 以上，但絮凝沉降后的藻細(xì)胞容易受到外力時(shí)發(fā)生再懸浮現(xiàn)象，且發(fā)生再懸浮后細(xì)胞不易 再次沉降。但是按照本發(fā)明的方法把二者復(fù)合使用后，半個(gè)小時(shí)后藻細(xì)胞和葉綠素a的去 除率即可達(dá)到90%以上，且沉降后的藻細(xì)胞不易再懸浮，水體透明度高。本發(fā)明中的復(fù)合除藻劑不僅除藻效果明顯，并且除藻劑使用量也少，除藻的效率 很高。同時(shí)，本發(fā)明的除藻方法操作方便，比現(xiàn)有的粘土改性方法減少了改性的一步，使除 藻方法更簡(jiǎn)單易操作，并且除藻效果在除藻劑用量及除藻時(shí)間上均有提高，是一種比現(xiàn)有 技術(shù)更加方便實(shí)用的除藻方法。


圖1為單獨(dú)用Gm-n-m除藻時(shí)，不同的Gm-n-m的濃度與除藻效果之間的關(guān)系；圖2為不同添加除藻劑方式下，除藻時(shí)間與除藻效果之間的關(guān)系；其中曲線A表示不加任何除藻劑的對(duì)照組；曲線B為單獨(dú)加粘土溶液；曲線C為單 獨(dú)加G16-6-16的雙子表面活性劑；曲線D為先加G16-6-16的雙子表面活性劑，后加粘土溶 液；曲線E為先加粘土溶液，后加G16-6-16的雙子表面活性劑；曲線F為直接加G16-6-16 的雙子表面活性劑和粘土溶液的混合物。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例1取濃度為15mg/L的G9-2-9，Br_溶液IOmL置于50mL已滅菌的錐形瓶中，再加入 濃度為150mg/L的蒙脫土溶液10mL，搖勻后，靜置得到本發(fā)明的復(fù)合除藻劑。實(shí)施例2取濃度為4mg/L的G20_10_20，CF溶液IOmL置于50mL已滅菌的錐形瓶中，再加 入濃度為200mg/L的皂土溶液10mL，搖勻后，靜置得到本發(fā)明的復(fù)合除藻劑。實(shí)施例3取濃度為0. 6mg/L的G16-6-16，Cl—溶液IOmL置于50mL已滅菌的錐形瓶中，再加 入濃度為10mg/L的膨潤(rùn)土溶液10mL，搖勻后，靜置得到本發(fā)明的復(fù)合除藻劑。實(shí)施例4取濃度為3mg/L的G14_6_14，CF溶液IOmL置于50mL已滅菌的錐形瓶中，再加入 濃度為100mg/L的高嶺土溶液10mL，搖勻后，靜置得到本發(fā)明的復(fù)合除藻劑。實(shí)施例5取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的銅綠微囊藻藻液，用去離子水稀釋至藻細(xì)胞個(gè)數(shù)為 5. 75X IO6個(gè)/L。取200mL藻液置于250mL已滅菌的錐形瓶中，加入各濃度的G12-6-12、 G14-6-14、G16-6-16溶液各lmL，搖勻，在液面下2 3cm處取樣測(cè)定藻細(xì)胞個(gè)數(shù)及葉綠素 a含量。記錄幾種不同的Gm-n-m的濃度與除藻效果之間的關(guān)系，如圖1所示。實(shí)施例6
取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的銅綠微囊藻藻液，用去離子水稀釋至藻細(xì)胞個(gè)數(shù)為 5. 75X 106個(gè)/L。取200mL藻液置于250mL已滅菌的錐形瓶中，先加入濃度為15mg/L的 G9-2-9，Br—溶液lmL，搖勻，靜置5分鐘后，加入濃度為150mg/L的蒙脫土溶液lmL，再次搖 勻，靜置。30分鐘后于液面下2 3cm處取樣測(cè)定藻細(xì)胞個(gè)數(shù)及葉綠素a含量，去除率達(dá)到 93%。實(shí)施例7取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的銅綠微囊藻藻液，用去離子水稀釋至藻細(xì)胞個(gè)數(shù)為 5. 75X 106個(gè)/L。取200mL藻液置于250mL已滅菌的錐形瓶中，先加入濃度為4mg/L的 G20-10-20，Cl—溶液lmL，搖勻，靜置5分鐘后，加入濃度為200mg/L的皂土溶液lmL，再次搖 勻，靜置。30分鐘后于液面下2 3cm處取樣測(cè)定藻細(xì)胞個(gè)數(shù)及葉綠素a含量，去除率達(dá)到 99%。實(shí)施例8取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的銅綠微囊藻藻液，用去離子水稀釋至藻細(xì)胞個(gè)數(shù)為 5. 75X 106個(gè)/L。取200mL藻液置于250mL已滅菌的錐形瓶中，先加入濃度為3mg/L的 G14-6-14，Cl_溶液lmL，搖勻，靜置15分鐘后，加入濃度為100mg/L的高嶺土溶液lmL，再次 搖勻，靜置。30分鐘后于液面下2 3cm處取樣測(cè)定藻細(xì)胞個(gè)數(shù)及葉綠素a含量，去除率達(dá) 至Ij 95%。實(shí)施例9取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的銅綠微囊藻藻液，用去離子水稀釋至藻細(xì)胞個(gè)數(shù)為 5. 75X IO6個(gè)/L。取200mL藻液置于250mL已滅菌的錐形瓶中，先加入濃度為4mg/L的 G10-5-10, Br—溶液lmL，搖勻，靜置5分鐘后，加入濃度為100mg/L的膨潤(rùn)土溶液lmL，再次 搖勻，靜置。30分鐘后于液面下2 3cm處取樣測(cè)定藻細(xì)胞個(gè)數(shù)及葉綠素a含量，去除率達(dá) 至Ij 92%。實(shí)施例10取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的銅綠微囊藻藻液，用去離子水稀釋至藻細(xì)胞個(gè)數(shù)為 5. 75X 106個(gè)/L。取200mL藻液置于250mL已滅菌的錐形瓶中，先加入濃度為lmg/L的 G18-6-18，Br_溶液lmL，搖勻，靜置15分鐘后，加入濃度為30mg/L的高嶺土溶液lmL，再次 搖勻，靜置。30分鐘后于液面下2 3cm處取樣測(cè)定藻細(xì)胞個(gè)數(shù)及葉綠素a含量，去除率達(dá) 至Ij 98%。實(shí)施例11取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的銅綠微囊藻藻液，用去離子水稀釋至藻細(xì)胞個(gè)數(shù)為 5. 75 X 106個(gè)/L。取200mL藻液置于250mL已滅菌的錐形瓶中，先加入濃度為0. 6mg/L的 G16-6-16，Cl_溶液lmL，搖勻，靜置15分鐘后，加入濃度為10mg/L的膨潤(rùn)土溶液lmL，再次 搖勻，靜置。定時(shí)于液面下2 3cm處取樣測(cè)定藻細(xì)胞個(gè)數(shù)及葉綠素a含量，如圖2所示。實(shí)施例12取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的銅綠微囊藻藻液，用去離子水稀釋至藻細(xì)胞個(gè)數(shù)為 5. 75 X 106個(gè)/L。取200mL藻液置于250mL已滅菌的錐形瓶中，先加入濃度為10mg/L的膨 潤(rùn)土溶液lmL，混勻，靜置15分鐘后，再加入濃度為0. 6mg/L的G16-6-16，Cl_溶液lmL，再次 混勻，靜置。定時(shí)于液面下2 3cm處取樣測(cè)定藻細(xì)胞個(gè)數(shù)及葉綠素a含量，如圖2所示。
實(shí)施例13取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的銅綠微囊藻藻液，用去離子水稀釋至藻細(xì)胞個(gè)數(shù)為 5.75X 106個(gè)/L。取200mL藻液置于250mL已滅菌的錐形瓶中。同時(shí)加入濃度為10mg/L的 粘土溶液ImL和濃度為0. 6mg/L的G16-6-16，Cl_溶液ImL的混合溶液。定時(shí)于液面下2 3cm處取樣測(cè)定藻細(xì)胞個(gè)數(shù)及葉綠素a含量。記錄不同添加除藻劑方式下，除藻時(shí)間與除藻 效果之間的關(guān)系，如圖2所示，如圖2所示。通過(guò)圖1可以看出，本發(fā)明可以明顯減少雙子季銨鹽表面活性劑的使用量，從而 固定量的雙子季銨鹽表面活性劑可以除去更多的藻細(xì)胞，提高除藻效率。通過(guò)圖2可以看出，先添加雙子季銨鹽表面活性劑還是先添加粘土對(duì)除藻效果的影響不大。但是單獨(dú)添加粘土溶液，或者兩種溶液同時(shí)添加，除藻效果都不佳。另外，使用 本發(fā)明的復(fù)合除藻劑在很短的時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到90%的除藻效果，可以大大節(jié)省除藻時(shí)間， 提高除藻效率。
權(quán)利要求
一種由雙子表面活性劑和粘土組成的復(fù)合除藻劑，它由雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑和粘土溶液混合組成，所述雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)通式為其中，R為C9～C20的烷基，n為2～10的整數(shù)，X為Br或者Cl。FSA00000045161000011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由雙子表面活性劑和粘土組成的復(fù)合除藻劑，其特征在于所 述粘土為蒙脫土、皂土、膨潤(rùn)土或高嶺土中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由雙子表面活性劑和粘土組成的復(fù)合除藻劑，其特征在于R 為Cltl C14或C16 C2tl的烷基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由雙子表面活性劑和粘土組成的復(fù)合除藻劑，其特征在于所 述雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑和粘土的添加比例為1 10 1 50。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由雙子表面活性劑和粘土組成的復(fù)合除藻劑，其特征在于所 述雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑濃度為0. 6 15mg/L，所述粘土溶液濃度為10 200mg/ L0
6.一種利用復(fù)合除藻劑的除藻方法，其特征在于將粘土溶液與藻溶液充分混勻后，力口入雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑，經(jīng)過(guò)絮凝沉降來(lái)去除藻細(xì)胞；或者將雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑與藻溶液充分混勻后，加入粘土溶液，經(jīng)過(guò)絮凝沉降來(lái)去除藻細(xì)胞；其中雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)通式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，R為C9 C2tl的烷基，η為2 10的整數(shù)，X為Br或者Cl。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用復(fù)合除藻劑的除藻方法，其特征在于所述粘土為蒙脫 土、皂土、膨潤(rùn)土或高嶺土中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用復(fù)合除藻劑的除藻方法，其特征在于R為Cltl C14或 C16 C2tl的烷基。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用復(fù)合除藻劑的除藻方法，其特征在于所述表面活性劑和 粘土的添加比例為1 10 1 50。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用復(fù)合除藻劑的除藻方法，其特征在于藻溶液與粘土溶 液或者表面活性劑充分混勻后，間隔5 15分鐘后再加入表面活性劑或者粘土溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑和粘土溶液復(fù)合組成的除藻劑，所述雙子季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)通式為其中，R為C9～C20的烷基，n為2～10的整數(shù)，X為Br或者Cl。本發(fā)明中的復(fù)合除藻劑不僅除藻效果明顯，并且除藻劑使用量也少，除藻的效率很高。同時(shí)，本發(fā)明的除藻方法操作方便，并且除藻效果在除藻劑用量及除藻時(shí)間上均有提高，是一種比現(xiàn)有技術(shù)更加方便實(shí)用的除藻方法。
文檔編號(hào)C02F1/54GK101798133SQ20101011467
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者余歡, 張金枝, 柴仕淦, 毛端平, 賈釵, 鄒其超, 陳浩 申請(qǐng)人:湖北大學(xué)