PAC与粘土矿物混凝去除颤藻及残余铝形态研究.pdf

第 卷第 期 环 境 工 程 学 报 年 月 与粘土矿物混凝去除颤藻及 残余铝形态研究 刘振儒安娣 青岛科技大学环境与安全工程学院 青岛 摘要研究了 与不同粒径的天然粘土矿物复合混凝去除给水中的颤藻 结果表明两者复合除藻效果显著优 于单加 当 浓度为 矿物浓度为 粒径为 目时除藻效果最好浊度和叶绿素 去除率分别 为 和 两者复合后 形态含量都发生了变化悬浮态铝含量相对增加溶解态铝含量相对减少总残余铝 量减小 关键词颤藻粘土矿物浊度和叶绿素 去除率悬浮态铝溶解态铝 中图分类号 文献标识码 文章编号 基金项目青岛市科技计划项目 收稿日期 修订日期 作者简介刘振儒 女教授主要研究方向环境水化学 颤藻是一种很普通的蓝绿藻该藻类生长在停 滞和富含腐败有机物的水体中并与蓝藻门的小席 藻水华束丝藻和铜绿微囊藻等一起形成水华污染 水体 目前已有很多关于混凝除藻的研究报道 但利用粘土矿物与聚合氯化铝 复合去除颤藻 的研究报道并不多见 本研究采用 与不同粒 径的粘土矿物复合混凝去除给水中的颤藻找出了 复合的最佳粒径以及最佳药剂投量并研究了复合 粘土对残余铝形态及含量的影响 实验部分 实验仪器和材料 仪器 混凝试验搅拌机 散射式 浊度仪 原子吸收分光光度计 材 料 盐 基 度 配制成浓度为 的溶液 以 计粘土矿物经烘干研磨分别过 和 目筛为片状结构其中 实验方法 颤藻培养 颤藻藻种由中科院生态环境研究中心提供 采 用 锥 形 瓶 和 培 养 基 每 瓶 培 养 量 培养条件为温度 光强 光暗比 所用实验器皿和配制的液体 培养基均经过 的高温高压灭菌 实验前在无 菌操作箱内接种颤藻然后置于培养箱中培养 环境工程学报第 卷 实验方法 当颤藻达到指数生长期时离心收获藻细胞 弃去上清液用储备的自来水配制成一定藻细胞浓 度的藻悬液 个 值为 调节其 值为 浊度为 左右在 混凝试验搅拌机上进行混凝实验依次以 和 的转速分别搅拌 和 静置 后于液面下 处取样测 定浊度叶绿素 浓度和各种残余铝形态及含量 与矿物复合除藻采用循环迭代法 由于实验 用水的浊度主要是由藻类细胞引起的因此浊度去 除率可以反映藻类的去除情况 叶绿素 浓度的测定采用分光光度法残余 铝形态及其含量测定参照文献其中 测 定铝含量改为氢火焰原子吸收分光光度法测定 凝 胶层析色谱方法参照文献阳离子交换树脂方 法参照文献 结果与讨论 颤藻的生长 每天测定 处藻液吸光度连续进行 培养 后颤藻进入了对数生长期 时间 吸光 度曲线如图 所示 从图 可以看出颤藻生长分 个阶段 适应期对数生长期稳定期和衰亡 期符合一般微生物的生长规律 当颤藻生长到对 数生长期时正是颤藻大量繁殖的时候取此时的颤 藻进行实验具有实际意义和代表性 图 颤藻生长曲线 混凝实验 单独除藻投加量的确定 为了确定 的相对用量进行了单独使用 的除藻实验 的投加量分别为 和 实验结果如表 所示 由表 看出随 投量增加浊度和叶绿素 的去除率均呈现先增大后减小的趋势在 投量 为 时浊度和叶绿素 的去除率均最高分 别为 和 表 单加 的实验结果 投量 浊度去除率 叶绿素 去除率 实验还发现单独使用 处理静置沉淀一段 时间后由于藻类的光合作用有气泡出现在沉积物 表面已沉降絮凝体大部分重新升浮至水面破碎 消除气泡后重新结合形成絮块后又沉入水底但一 些破碎后重新释放出的藻所形成小块漂浮物在水面 很难沉降并有部分漂浮藻体粘在烧杯壁上 这就 是城市供水处理厂一旦发生藻类爆发时单独使用 絮凝剂难以奏效的原因 与矿物复合絮凝除藻实验 与不同粒径不同浓度矿物的复合 为了确定不同粒径矿物与 的最佳复配量 固定 的投加量 复合不同粒径不同用 量的矿物的实验结果如表 所示 从表 可以看出当固定 投量为 改变矿物投量时各组不同粒径的矿物与 复合 后浊度和叶绿素 去除率均随矿物投量的增加先提 高后降低矿物投量为 时各组浊度和叶绿 素 去除率都达到最大但最好的是 目去除率 分别为 和 这是因为矿物质的加入不 仅增大了颗粒间的碰撞机率而且矿物本身良好的 吸附性能为藻类细胞的凝聚提供了凝聚核特别是 粒径在 目以下时单位质量的矿物质具有的粒 径和比表面积都为藻类的混凝提供了良好的条件 当粒径继续减小可能形成的絮体密度减小并有少 量的超细颗粒物难以絮凝沉降而使浊度和叶绿素 去除率均降低 第 期刘振儒等 与粘土矿物混凝去除颤藻及残余铝形态研究 表 与不同粒径不同浓度的矿物复合实验结果 矿物投量 浊度去除率 目 目 目 目 目 目 叶绿素 去除率 目 目 目 目 目 目 实验还发现随着矿物投量的增加搅拌过程中 形成的絮体颗粒越小沉淀絮体越密实 静置一段 时间后絮体没有再悬浮现象 这在藻类爆发时给 水处理厂有效防止藻类进入滤池形成对滤池的堵 塞具有重要意义同时显著减小沉淀浓缩后絮体的 体积降低其含水率这对污泥的处理也是十分有意 义的 不同粒径的矿物质与 复合 不同粒径的矿物与不同量 复合实 验结果见表 可见当固定矿物投量为 时随 投量增加不同粒径矿物对浊度和叶绿 素 去除率也表现为先增大后减小具有良好的规 律性 投加量为 时各种粒径的矿物复 合 对浊度和叶绿素 的去除率最高而不同粒 径矿物中 目的矿物对于浊度和叶绿素 的去 除率最高 从表 和表 还可以看出随粒径的变化浊度 和叶绿素 去除率呈现良好的对应关系 当固定 浓度为 矿物投量 时粒径为 目的矿物与 复合除藻效果最好浊度和叶 绿素 去除率分别达到 和 去除效果 是理想的 表 不同粒径矿物与不同浓度 复合的实验结果 投量 浊度去除率 目 目 目 目 目 目 叶绿素 去除率 目 目 目 目 目 目 当加入粘土矿物粒径从 目到 目时随着 粒径逐渐变小不仅有效增加水中悬浮颗粒的浓度 而且比表面积相对变大粘土对藻类的吸附性能增 强对混凝起到了良好的助凝作用 当粒径为 目时由于粒径太小作为凝聚核的作用下降再加 之微小的粘土颗粒物不能生成絮体与藻絮体同时沉 降留存在水体中增加了水体的浊度而凝聚性能的 下降对藻类的去除率也受到影响叶绿素 的去除 率也有所降低 因此复合 的浓度为 粘土粒径为 目投加量为 为最佳 铝形态分析 单加 混凝除藻后残余铝浓度以及各形态 所占比例如表 所示 从表 和表 可以看出矿物与 复合后残 余铝总浓度有所下降复合 目天然矿物质时残 余铝浓度最低为 这可能是矿物与 复合絮凝形成的絮团具有密实而良好的沉降性能和 网捕作用使更多的水解形态的铝随絮体沉降而 所致 环境工程学报第 卷 表 单加 絮凝后残余铝形态分布 投量 总铝 悬浮态 总铝 胶体态 总铝 溶解态 总铝 投加量为 矿物投加量为 和不同粒径矿物复合混凝除藻后残余铝浓 度以及各形态所占比例如表 所示 表 与矿物复合絮凝后残余铝形态分布 粒径 目 总铝 悬浮态 总铝 胶体态 总铝 溶解态 总铝 滤膜的过滤性能基本代表了常规水处 理工艺过滤处理的能力即 以上的颗粒在 过滤中可分离去除 矿物与 复合后铝的形 态含量也发生了变化 与单加 处理结果相 比悬浮态铝含量明显增多尤其是粒径为 目 时悬浮态铝的含量接近总铝含量的一半溶解态铝 含量所占比例近似于单加 时的一半有研究表 明铝形态的毒性随溶解性的增大而增强 因 此通过复合适中粒径的天然矿物可使水体中总 铝特别是人体较易吸收并对人体毒性较强的溶解 态铝的含量显著减小 结论 与不同粒径的矿物复合絮凝去除颤 藻效果要显著优于单加 的除藻效果 当固定 浓度为 矿物浓度 时粒径为 目的矿物与 复配除藻效果最好浊度和叶 绿素 去除率分别为 和 单加 絮凝除藻时残余铝中溶解态铝 所占比例较高加入矿物质后溶解态铝含量显著降 低这对减小铝对人体的危害是十分有利的 参 考 文 献 傅华龙陈昭麟编译 藻类学教程 成都四川大学出版 社 国家环境保护总局 水和废水监测分析方法第四版 北京中国环境科学出版社 赵华章杨宏伟蒋展鹏等 混凝实验过程中铝系混凝 剂的形态转化规律 中国环境科学 赵华章杨宏伟蒋展鹏等 利用凝胶层析分离测定胶 体态 铝 和 溶 解 态 铝 的 研 究 环 境 科 学 学 报 李玉珍陈德勋 环境样品中铝的形态分析 岩矿测试 常青 水处理絮凝学 北京化学工业出版社