一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，包括以下步驟：步驟一、在藻液中加入混凝劑和助凝劑；步驟二、對藻液先以200r/min攪拌2min;再以lOOr/min攪拌lOmin;步驟三、藻液經(jīng)沉淀，藻液中的藻細(xì)胞被去除。藻液經(jīng)攪拌后沉淀，在整個藻液體系1/2高度處取樣測定吸光度確定藻細(xì)胞濃度，并計算去除率。該方法能夠提高銅綠微囊藻的去除效果，力口快絮體沉降速率，并能夠應(yīng)用于不同藻類濃度的水體。
【專利說明】一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類 的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會發(fā)展，含大量氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)被排放到水體中，造成大量水體污染，富 營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重 [1]。根據(jù)"2012年中國環(huán)境狀況公報"，全國60個重點湖泊（水庫） 中，6. 7%為中度富營養(yǎng)狀態(tài)，18. 3%為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，61. 7%為中營養(yǎng)狀態(tài)。水體富營 養(yǎng)化導(dǎo)致的藻類水華頻發(fā)，會導(dǎo)致大面積水質(zhì)變差，釋放藻毒素危害動植物以及人類身體 健康，造成飲用水安全隱患，增加城市供水成本等問題 [2]。因此，水中藻類的去除是我們必 須面對的一個重要的問題?；炷恋碜鳛橐环N傳統(tǒng)的水處理工藝，在除藻方面也有廣泛的 應(yīng)用。
[0003] 混凝沉淀工藝的實際應(yīng)用中，常見的混凝劑一般為聚合氯化鋁（PACl)[M]，與作為 助凝劑的聚丙烯酰胺（PAM)配合使用，以達到去除水中污染物的目的 [M]。PAM作為一種 大分子聚合物，在石油工業(yè)、印染工業(yè)、環(huán)境治理、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)等許多方面有廣泛的應(yīng)用
[7]。但關(guān)于聚丙烯酰胺的毒性問題一直都存在爭議[8]，并且PAM難以降解也是對環(huán)境的一 種威脅[9]。為了降低對環(huán)境產(chǎn)生二次污染的可能性，研究一種低毒的混凝技術(shù)是十分必要 的。如高健等人用粘土礦復(fù)合PACl除藻 [1°]，張龍等人用高錳酸鉀預(yù)氧化來強化混凝除藻 的效果[11]，Chun-De Wu等人用硅藻土作為助凝劑與PACl聯(lián)用除藻[12]。
[0004] 納米材料因其具有小尺寸效應(yīng)和大的比表面積近些年受到了廣泛的關(guān)注。其中納 米Fe3O 4因其具有磁性而應(yīng)用于許多領(lǐng)域。如在生物醫(yī)藥方面，納米Fe3O4和納米Y-Fe 2O3 因具有物料性質(zhì)穩(wěn)定、與生物相容性較好、強度較高，且無毒副作用等特點，而被廣泛的應(yīng) 用于生物醫(yī)用的多個領(lǐng)域[13_ 14]。而且，兩種材料在水處理上也有應(yīng)用，可以被用作吸附劑 吸附和回收水中的重金屬和有機物等。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何高效去除水體中的藻類，特別是水華爆發(fā)時藍 藻中的優(yōu)勢藻種--銅綠微囊藻。
[0021] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中選取水華爆發(fā)時藍藻中的優(yōu)勢藻種一銅綠微 囊藻作為研究對象，用納米四氧化三鐵（納米Fe 3O4)或納米Y-氧化鐵（納米Y-Fe2O3)作 為助凝劑，配合作為混凝劑使用的聚合氯化鋁（PACl)，去除水中的藻類。具體技術(shù)方案是：
[0022] -種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，包括以下步驟：
[0023] 步驟一、在藻液中加入混凝劑和助凝劑；
[0024] 步驟二、對藻液先以200r/min攪拌2min ;再以100r/min攪拌IOmin ;
[0025] 步驟三、藻液經(jīng)沉淀，藻液中的藻細(xì)胞被去除。
[0026] 優(yōu)選地，步驟一中，混凝劑為堿式氯化鋁。
[0027] 優(yōu)選地，步驟一中，混凝劑為納米四氧化三鐵和/或納米Y -氧化鐵。
[0028] 優(yōu)選地，加入的混凝劑與助凝劑的質(zhì)量比為4:1。
[0029] 優(yōu)選地，當(dāng)藻液中藻細(xì)胞濃度為IO5個/mL時，混凝劑和助凝劑總的加入量為Img/ L ?10mg/L〇
[0030] 優(yōu)選地，當(dāng)藻液中藻細(xì)胞濃度為IO6個/mL時，混凝劑和助凝劑總的加入量為 10mg/L ?50mg/L〇
[0031] 優(yōu)選地，當(dāng)藻液中藻細(xì)胞濃度為IO7個/mL時，混凝劑和助凝劑總的加入量為 50mg/L ?300mg/L。
[0032] 優(yōu)選地，藻液經(jīng)攪拌后沉淀，在整個藻液體系1/2高度處取樣測定吸光度確定藻 細(xì)胞濃度，并計算去除率。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是，該方法能夠提高銅綠微囊藻的去除效果，加快絮體沉降速 率，并能夠應(yīng)用于不同藻類濃度的水體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034] 圖1是投加納米四氧化三鐵后在不同PACl濃度下銅綠微囊藻去除率的影響示意 圖；
[0035] 圖2是投加納米四氧化三鐵對銅綠微囊藻的沉降速率的影響示意圖；
[0036] 圖3納米四氧化三鐵作為助凝劑對不同濃度銅綠微囊藻的去除效果示意圖。

【具體實施方式】
[0037] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明：本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。
[0038] 在IOOmL的燒杯中加入50mL OD值在0.25左右、藻細(xì)胞濃度為IO6個/mL的藻 液，再分別加入濃度為l〇mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L的PACl溶液，將納米Fe 3O4 與PACl的投加比例設(shè)定為1:4?；炷^程不加磁場沉淀的體系先以200r/min的轉(zhuǎn)速快攪 2min，再以100r/min慢攪IOmin,沉淀60min。沉淀后在體系1/2高度處取樣測定吸光度確 定參與藻類濃度，并計算去除率。每組試驗設(shè)三個平行樣，取平均值。
[0039] 實施例1 :不同PACl濃度下銅綠微囊藻去除率
[0040] 圖1顯示了投加納米Fe3O4后在不同PACl濃度下銅綠微囊藻去除率的影響。結(jié)果 表明，隨著PACl投加量的提高，藻類去除效率逐漸提高。單獨投加PACl的量小于20mg/L 時，對藻的去除率只能達到60%左右，當(dāng)PACl的投量增大到30mg/L時，體系的藻去除率也 可達到80 %左右，當(dāng)投加量大于40mg/L時，對藻的混凝處理去除率就可達到95 %左右。投 加納米Fe3O4作為助凝劑后極大降低了 PACl的投加量。PACl投加量小于20mg/L時，加入 助凝劑納米Fe3O4后，銅綠微囊藻的去除率可達到85%?89%。
[0041] 實施例2 :銅綠微囊藻的沉降速率
[0042] 根據(jù)混凝效果試驗的實驗結(jié)果，PACl單獨投量為30mg/L時，銅綠微囊藻的去除 率能夠達到較高的水平，同時PACl濃度為30mg/L時，還能對該去除率有一定提高，故選取 PACl濃度為30mg/L作為銅綠微囊藻沉降速率試驗的基本條件。
[0043] 圖2為投加納米Fe3O4對銅綠微囊藻的沉降速率的影響。如圖2所示，在相同的時 間內(nèi)，添加助凝劑的體系中藻的去除率要高于單獨投加PACl的體系，沉降終點時的藻去除 率也要高于單獨投加PACl的體系。這說明了納米Fe 3O4作為助凝劑除了對藻去除率有一定 提高之外，還有提高藻的沉降速率的效果。
[0044] 上述實驗中，作為助凝劑使用的納米四氧化三鐵可以用納米Y-氧化鐵代替，或 者兩者混合使用。
[0045] 實施例3 :對不同濃度銅綠微囊藻的去除
[0046] 圖3顯示了納米Fe3O4作為助凝劑對不同濃度銅綠微囊藻的去除效果。針對不同濃 度級的藻液，選取的混凝劑的濃度也不同。從圖3可知，在不同數(shù)量級藻密度下，納米Fe 3O4 的加入對銅綠微囊藻去除率的提高有著類似的效果。加入納米Fe3O4都可以在一定程度減 少PACl的投加量，提高去除率。
[0047] 選取藻去除率在80%以上的混凝劑最低投量進行對比，得到表1。由圖3及表1可 以看出，隨著藻濃度降低，所需的混凝劑投加量減小。數(shù)量級在IO 7個/mL的銅綠微囊藻，單 獨加入PACl時所需濃度高達250mg/L，而數(shù)量級在10個/mL的銅綠微囊藻，單獨加入PACl 時所需的濃度也只有6mg/L。同時，隨著藻濃度降低，納米Fe 3O4對去除率的提高作用更為 明顯。在不同藻濃度下，納米Fe3O 4的加入都可提高銅綠微囊藻的去除率，降低混凝劑PACl 的投加量，但低藻濃度下，PACl投加減少的百分比更大，納米Fe 3O4加入的作用也就更為顯 著。在同樣的條件下，加入納米Fe3O 4自由沉淀體系和只加PACl體系的去除率相對比結(jié)果 如表2所示。
[0048] 表1不同藻濃度下加入納米Fe3O4對PACl投加量的減少

【權(quán)利要求】
1. 一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一、在藻液中加入混凝劑和助凝劑； 步驟二、對藻液先以200r/min攪拌2min ;再以100r/min攪拌IOmin ; 步驟三、藻液經(jīng)沉淀，藻液中的藻細(xì)胞被去除。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，其特 征在于，步驟一中，所述混凝劑為堿式氯化鋁。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，其特 征在于，步驟一中，所述混凝劑為納米四氧化三鐵和/或納米Y -氧化鐵。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，其特 征在于，加入的所述混凝劑與所述助凝劑的質(zhì)量比為4:1。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，其特 征在于，當(dāng)所述藻液中藻細(xì)胞濃度為IO5個/mL時，所述混凝劑和所述助凝劑總的加入量為 lmg/L ?10mg/L〇
6. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，其特 征在于，當(dāng)所述藻液中藻細(xì)胞濃度為IO6個/mL時，所述混凝劑和所述助凝劑總的加入量為 10mg/L ?50mg/L〇
7. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，其特 征在于，當(dāng)所述藻液中藻細(xì)胞濃度為IO7個/mL時，所述混凝劑和所述助凝劑總的加入量為 50mg/L ?300mg/L。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料作為助凝劑去除水體中藻類的方法，其特 征在于，藻液經(jīng)攪拌后沉淀，在整個藻液體系1/2高度處取樣測定吸光度確定藻細(xì)胞濃度， 并計算去除率。
【文檔編號】C02F1/52GK104211152SQ201410471278
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】張波, 何義亮 申請人:上海交通大學(xué)