專利名稱：一種采用電芬頓去除水體中有害藻類的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用電芬頓去除水體中有害藻類污染 的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，水體富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)成為全球關(guān)注的環(huán)境熱點(diǎn)問題。富營(yíng)養(yǎng)化直接導(dǎo)致藻 類大量生長(zhǎng)，產(chǎn)生“水華”現(xiàn)象。水華暴發(fā)導(dǎo)致水體溶解氧下降，水體渾濁，阻塞水處理管道， 從而嚴(yán)重?fù)p害水處理設(shè)備。同時(shí)，部分產(chǎn)生“水華”的藻類會(huì)產(chǎn)生毒素(環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2005，28:46 47)。其中淡水中藍(lán)綠藻屬力acieria，Blue-green Algae)分泌產(chǎn)生 的微囊藻毒素Microcystin-LR (MCLR)是目前已知的毒性最強(qiáng)的、急性危害最大的一種淡 水藻類毒素。MCLR是一種肝毒素，是目前發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的肝臟腫瘤促進(jìn)劑，已被證實(shí)屬于“三 致”(致癌、致畸、致突變)物質(zhì)，難降解，具有生物放大作用，可通過(guò)食物鏈對(duì)生態(tài)環(huán)境造成 破壞。目前使用較多的物理或化學(xué)方法并不能有效去除藻類，同時(shí)容易導(dǎo)致藻細(xì)胞破 碎后，藻毒素大量釋放到水體中，引起二次污染問題。電芬頓除藻是通過(guò)強(qiáng)氧化劑，羥基 自由基的產(chǎn)生，破壞藻細(xì)胞，使其失活。同時(shí)，當(dāng)藻細(xì)胞體內(nèi)毒素釋放到水體后，在羥基自 由基的氧化作用下，迅速分解礦化，生成對(duì)人體無(wú)毒的降解產(chǎn)物，從而有效避免二次污染。 電芬頓目前可以分為四大類，其中，雙氧水外部投加，亞鐵離子在電解槽內(nèi)通過(guò)鐵離子和 氫氧化鐵的還原再生的方式，最有應(yīng)用前景(Journal of hazardous materials, 2009, 161:1484 1490)。針對(duì)傳統(tǒng)的芬頓反應(yīng)中亞鐵離子不可再生且易產(chǎn)生大量絮凝沉淀等問 題，以及傳統(tǒng)電解除藻的電流效率較低，耗時(shí)，二次污染等問題，本發(fā)明結(jié)合以上兩種方法， 通過(guò)工藝合適的工藝流程和參數(shù)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)藻類污染的快速去除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作方便，快速高效同時(shí)無(wú)二次污染的用電芬頓去除 水體中有害藻類污染的方法。本發(fā)明提出的采用電芬頓去除水體中有害藻類污染的方法，具體步驟如下將待 處理的含藻水引入電解槽，啟動(dòng)磁力攪拌器，接通電源，同時(shí)加入雙氧水及硫酸亞鐵，用硫 酸鈉45飛5 mM作為電解質(zhì)，并用硫酸調(diào)節(jié)藻水pH值在4.CT5.0之間；控制電流密度為3、 mA/cm2 ；去除時(shí)間為30 60 min。本發(fā)明中，電流密度通過(guò)恒壓恒流儀調(diào)節(jié)，用固定在水體中的溫度計(jì)和PH計(jì)監(jiān)測(cè) 溫度和PH值變化，通過(guò)電解槽下端的取樣口取樣監(jiān)測(cè)藻細(xì)胞死亡和藻毒素降解情況。本發(fā)明中，磁力攪拌器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一般為15(T200 r/min為宜。本發(fā)明中，控制硫酸亞鐵濃度為0. 8^1. 5 mM ；控制雙氧水濃度為18 25 mM。本發(fā)明中，電解槽中的電極采用鈦電極板。本發(fā)明提出的利用電芬頓去除水體有害藻類污染方法的工藝流程圖1所示。電芬頓反應(yīng)器的主體由恒流恒壓儀、電解槽，鈦電極板和磁力攪拌器組成。其中，鈦電極板通過(guò) 其上的凹槽與玻璃梳形卡槽嵌合固定于電解槽中，電極間距由梳齒間距決定；所述電解槽 為開口的長(zhǎng)方體有機(jī)玻璃槽，其下端一側(cè)設(shè)有一個(gè)取樣口 ；所述磁力攪拌器置于電解槽底 部；電解槽上方的溫度計(jì)和PH計(jì)通過(guò)鐵架臺(tái)置于反應(yīng)水體中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程中溫度和 PH值的變化。本發(fā)明去除水體中有害藻類污染的方法的原理如下在反應(yīng)器電解槽內(nèi)，外加的 雙氧水和亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，同時(shí)亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子或氫氧化鐵；鐵離子 或氫氧化鐵在電解陰極區(qū)得到還原再生，在磁力攪拌器的作用下，再生亞鐵離子均勻分布 于水體中，并再次與雙氧水反應(yīng)生成羥基自由基。如此循環(huán)，持續(xù)產(chǎn)生大量羥基自由基，從 而實(shí)現(xiàn)對(duì)有害藻細(xì)胞快速滅活和對(duì)微囊藻毒素的氧化分解。其中，通過(guò)控制時(shí)間、電流密 度，外加雙氧水濃度和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)調(diào)節(jié)反應(yīng)器的運(yùn)行情況。本發(fā)明的有益效果是
(1)采用鈦板作為電極材料，具有性質(zhì)較穩(wěn)定，持久耐用，并不產(chǎn)生電絮凝等優(yōu)點(diǎn)。(2)亞鐵離子在電極陰極區(qū)還原再生，一方面確保芬頓反應(yīng)的快速持續(xù)進(jìn)行，另一 方面避免產(chǎn)生絮凝沉淀。(3)電芬頓反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，不僅有效滅活藻細(xì)胞，同時(shí)快速降解藻毒素。在 處理高濃度含藻水體時(shí)，不僅反應(yīng)時(shí)間縮短到Ih以內(nèi)，同時(shí)免除了二次污染問題。(4)在適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行條件下，本發(fā)明可徹底滅活有害藻細(xì)胞，同時(shí)藻毒素的降解率達(dá) 95%以上。


圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式使用本發(fā)明方法的裝置和流程如圖1所示。打開恒流恒壓儀，接通電源，藻液在磁力攪拌子的攪拌下，在電解槽內(nèi)保持均勻分 布。于電解槽中加入一定量的雙氧水和硫酸亞鐵溶液進(jìn)行電芬頓抑藻，同時(shí)加入硫酸鈉 45-55 mM作為電解質(zhì)，能達(dá)到很高的滅活效果。電解抑藻過(guò)程中，溫度計(jì)和pH計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)藻液的溫度和PH值變化；磁力攪拌器能保證陰陽(yáng)極區(qū)反應(yīng)產(chǎn)物及時(shí)均勻分布，以加速反 應(yīng)速度和效率；取樣口便于實(shí)時(shí)取樣，對(duì)槽內(nèi)水質(zhì)進(jìn)行分析。下面為本發(fā)明使用的一些例子，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1
以高濃度的銅綠微囊藻藻液處理為例，工藝流程按圖1所示。待處理的藻液體積1.0 L，電流密度為3.0 mA/cm2，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速200 r/min，初始藻液藻細(xì)胞密度為2. 25 X IO6個(gè)/mL， 硫酸亞鐵濃度為1. 0 mM，雙氧水濃度為20. 0 mM，硫酸鈉50. 0 mM作為電解質(zhì)，用稀硫酸調(diào) 節(jié)PH值為4. 0，電解30 min,出水藻液變的透明，藻細(xì)胞基本全部破碎去除，藻細(xì)胞密度下 降至2. 45 X IO3個(gè)/mL,去除率達(dá)到100%。實(shí)施例2
以高濃度的銅綠微囊藻藻液處理為例，工藝流程按圖1所示。待處理的藻液體積1.0L，電流密度為3.0 mA/cm2，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速150 r/min，初始藻液藻細(xì)胞密度為2. 25 X IO6個(gè)/mL， 硫酸亞鐵濃度為1.5 mM，雙氧水濃度為18.0 mM，硫酸鈉55.0 mM作為電解質(zhì)，用稀硫酸調(diào) 節(jié)PH值為5.0，電解30 min，出水藻液變的透明，藻細(xì)胞基本全部破碎去除，藻細(xì)胞密度下 降至3. 2 X IO3個(gè)/mL，去除率達(dá)100%。實(shí)施例3
以高濃度的銅綠微囊藻藻液處理為例，工藝流程按圖1所示。待處理的藻液體積1.0 L，電流密度為3.0 mA/cm2，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速200 r/min，初始藻液微囊藻毒素MCLR總量(胞內(nèi)和胞 外)為110. 0 μ g/L，硫酸亞鐵濃度為0. 8 mM，雙氧水濃度為25. 0 mM，硫酸鈉45. 0 mM作為 電解質(zhì)，用稀硫酸調(diào)節(jié)PH值為4.0，電解60 min，出水微囊藻毒素MCLR總量約為13.0 μ g/ L，去除率達(dá)88. 2%。實(shí)施例4
以高濃度的銅綠微囊藻藻液處理為例，工藝流程按圖1所示。待處理的藻液體積1.0 L,電流密度為4. 0 mA/cm2，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速200 r/min，初始藻液藻細(xì)胞密度為3. IXlO6個(gè)/mL， 硫酸亞鐵濃度為1. 0 mM,雙氧水濃度為20. 0 mM，硫酸鈉50. 0 mM作為電解質(zhì)，用稀硫酸 調(diào)節(jié)PH值為4. 0，電解30 min,出水藻液變的透明，藻細(xì)胞基本全部破碎去除，細(xì)胞密度為 3. 2 X IO3 個(gè) /mL,去除率達(dá) 100%。實(shí)施例5
以高濃度的銅綠微囊藻藻液處理為例，工藝流程按圖1所示。待處理的藻液體積1.0 L，電流密度為5.0 mA/cm2，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速150 r/min，初始藻液藻細(xì)胞密度為2. 86 X IO6個(gè)/ mL，硫酸亞鐵濃度為1. 0 mM，雙氧水濃度為20. 0 mM，硫酸鈉50. 0 mM作為電解質(zhì)，用稀硫酸 調(diào)節(jié)PH值為4. 0，電解30 min,出水藻液變的透明，藻細(xì)胞基本全部破碎去除，細(xì)胞密度為 1. 43 X IO3 個(gè) /mL,去除率達(dá) 100%。實(shí)施例6
以高濃度的銅綠微囊藻藻液處理為例，工藝流程按圖1所示。待處理的藻液體積1.0 L，電流密度為5.0 mA/cm2，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速200 r/min，初始藻液微囊藻毒素MCLR總量(胞內(nèi)和胞 外)約為50. 0 μ g/L，硫酸亞鐵濃度為1.0 mM，雙氧水濃度為20. 0 mM，硫酸鈉50. 0 mM作為 電解質(zhì)，用稀硫酸調(diào)節(jié)PH值為4. 0，電解60 min,出水微囊藻毒素MCLR總量約為0. 4 μ g/ L，去除率達(dá)99. 2%。
權(quán)利要求
一種采用電芬頓去除水體中有害藻類污染的方法，其特征在于具體步驟如下將待處理的含藻水引入電解槽，啟動(dòng)磁力攪拌器，接通電源，同時(shí)加入雙氧水及硫酸亞鐵，用硫酸鈉45 55 mM作為電解質(zhì)，并用硫酸調(diào)節(jié)藻水pH值在4.0~5.0之間；控制電流密度為3~5 mA/cm2；去除時(shí)間為30~60 min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于電解用的電極為鈦電極板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于磁力攪拌器的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為15(T200r/min。全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用電芬頓去除水體中有害藻類污染的方法。本發(fā)明通過(guò)反應(yīng)器中的雙氧水與亞鐵離子產(chǎn)生羥基自由基，同時(shí)亞鐵離子由電解陰極區(qū)的鐵離子和氫氧化鐵還原再生，從而持續(xù)性產(chǎn)生大量羥基自由基，高效滅活藻細(xì)胞，同時(shí)快速氧化降解微囊藻毒素，有效避免了二次污染問題。反應(yīng)器的主體部分由電源、電極、電解槽及磁力攪拌器構(gòu)成。待處理藻液引入電解槽后，由電解槽底部的磁力攪拌器確保其在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)均勻分布。在設(shè)定的工藝參數(shù)運(yùn)行下，采用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)污染藻類的迅速滅活，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)微囊藻毒素的高效降解。
文檔編號(hào)C02F1/72GK101962216SQ201010288358
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者任晶, 樊正球, 王祥榮 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)