PDM改性伊利石絮凝除藻效果及机理研究

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leeo_1987
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氮、磷等营养物质大量排入湖泊水库,造成水体富营养化,蓝藻等藻类迅速繁殖,使水质恶化,进而影响饮用水供水安全,威胁人类健康。粘土絮凝法是一种安全高效且被认为是较具潜力的藻类去除方法。本文以蓝藻中的水华微囊藻为研究对象,采用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDM)改性伊利石絮凝除藻,考察了粒径、投加量、复合比、初始pH值、藻类生长期、胞外分泌物(EOM)、搅拌时间、静沉时间等因素对除藻效果的影响;通过对生长期、投加量、复合比和静沉时间等因素进行正交实验分析,优化实验条件,并与实际水体中藻的去除效果相比较,分析实际应用的可行性;从伊利石改性前后的表征、藻絮体形态和Zeta电位分析等方面揭示PDM改性伊利石除藻机理。得出主要结论如下:(1)单独伊利石除藻效果表明,伊利石对藻的去除率仅约5%。分别采用高温、超声波、盐酸、氢氧化钠、硫酸亚铁以及PDM对伊利石进行改性,结果表明,PDM改性伊利石的处理效果最优,浊度、藻密度、叶绿素a(Chl-a)的去除率分别为93.96%、96.84%、98.27%。故选用PDM作改性剂对伊利石进行改性。(2)研究单独PDM对藻的处理效果,结果表明,PDM投加量为2.6 mg/L时,浊度、藻密度、Chl-a的去除率分别为89.91%、93.89%、95.45%,且对水体pH的适应性也较好;但所得絮体较松散且易上浮。(3)通过不同因素对PDM改性伊利石除藻效果影响研究表明,PDM改性伊利石粒径80目、投加量25mg/L、复合比1:15、藻液初始pH值78、藻生长期为对数期时,浊度、藻密度、Chl-a、UV254、DOC的去除率分别为95.96%、99.34%、100%、84.21%、50.32%,所得絮体大且密实,抗扰动能力强。达到最佳处理效果时,未移除EOM和移除EOM时PDM改性伊利石的投加量分别为25 mg/L、12 mg/L,EOM会减少絮凝剂的有效投加量。EOM在低浓度(DOC<20 mL)下可发挥高分子的架桥作用从而利于絮体凝聚,在高浓度(DOC>60 mL)下由于EOM的电负性过强从而阻碍絮凝。在此基础上当搅拌时间15min,静沉时间40min时,浊度、藻密度、Chl-a去除率分别为95.98%、98.77%、99.87%。(4)正交实验结果表明,藻类生长期、投加量、复合比、静沉时间对除藻效果的影响均较小,PDM改性伊利石除藻效果稳定性好。最佳除藻工艺条件为对数期、投加量25mg/L、复合比1:15、静沉40min,此时浊度、藻密度、Chl-a、UV254去除率分别为96.06%、99.75%、100%、86.03%。PDM改性伊利石处理实际水体中的藻类时,投加量为45 mg/L时四者去除率分别达到92.70%、94.17%、98.50%、81.67%,故PDM改性伊利石在实际藻污染处理中同样有较好的应用价值。(5)对PDM改性伊利石絮凝除藻进行机理分析。伊利石改性前后的表征结果表明,经PDM改性后,伊利石表面结构发生了变化,比表面积增大。藻絮体形态分析表明,PDM改性伊利石将絮体凝结成团,呈球状;PDM的架桥与伊利石的网捕作用将絮体粘结在一起,得到以伊利石为凝结核心的藻絮体,絮体粒径增大,水扰稳定性增强。Zeta电位结果表明,水体pH值<8条件下,PDM改变伊利石的Zeta电位为正,与带负电荷的藻细胞电性中和,使藻细胞脱稳而相互碰撞,聚集沉降。PDM改性伊利石絮凝除藻主要机理为电性中和、架桥和网捕作用。
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