两性淀粉-聚合氯化铝改性土壤在宽盐度条件下高效絮凝去除藻华的研究

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随着社会经济活动的进行,在全球范围内水体富营养化是一种普遍存在的环境问题,尤其是中国随着近些年经济的高速发展,在谋求经济增长的同时忽略了环境保护的重要性,近年来中国淡水湖泊、内陆咸水湖泊、滨海水体以及海洋都面临着不同程度的水体富营养化问题。由水体富营养化引起的海洋赤潮和淡水水体的蓝藻水华的爆发等,对人类社会的稳定、经济发展、水资源安全、生态系统稳定以及人类健康都产生了严重的负面影响。为了治理水华及赤潮,修复富营养化水体,本研究提出了一种以两性淀粉(AS)复配聚合氯化铝(PAC)改性黏土在较宽盐度条件下高效絮凝除藻的方法。在本研究中对该方法絮凝除藻的效率和机理进行了探索,并将本方法与常见的聚合氯化铝、壳聚糖和阳离子淀粉改性黏土方法进行了对比,并对絮凝剂对藻损伤的影响进行了研究。主要结果归结如下。  (1)在微波条件下,以2、3-环氧丙基三甲基氯化铵为阳离子醚化剂,以氯乙酸为阴离子改性剂,合成了羧甲基季铵盐型两性淀粉,它的阳离子取代度为0.17阴离子取代度为0.18。对产物进行了傅里叶红外光谱检测,证明了两性淀粉的成功合成。  (2)PAC-AS改性黏土对铜绿微囊藻和海水小球藻都能实现有效的去除,且其去除效率随盐度的增长没有明显的减小,表现出了优异的抗盐特性。2mg-1mg·L-1的PAC-AS就能对铜绿微囊藻实现99.9%的去除,对于海水小球藻,由于其较小的粒径,一直被视为絮凝除藻的挑战,然而在PAC-AS用量仅为4mg-2mg·L-1时,就能达到99.9%的去除率。同时由于PAC与AS的协同作用,使得其藻絮体相较PAC、壳聚糖和阳离子淀粉等改性方法具有粒径更大,更加紧实的特点,同时絮体成长也更加迅速。此外,对剂量效应的进一步研究,发现了不匹配的电中和能力和网捕架桥能力,会对絮凝产生不利影响,造成因能力不足引起的除藻率低或因性能过剩引起的絮凝剂浪费等现象。而PAC-AS双组分改性方法,通过将电中和和网捕架桥能力分开,更加灵活,更有利于充分发挥各组分的功效,精准控制絮凝剂用量,节约改性剂用量。这些对于絮凝去除藻华和絮凝收获藻类都具有巨大的实际和应用价值。  (3)在絮凝剂对藻细胞损伤的试验中,结果显示无论是在絮凝去除铜绿微囊藻还是海水小球藻时,当应用PAC-AS改性黏土絮凝除藻以后,絮体中藻细胞都没有出现大量裂解的情况,在絮凝结束10天以后藻细胞即使失去活性也依然能保持完整的结构。保证了藻细胞内的藻毒素或营养物质不会在短时间释放进入水体中,从而引起藻华的二次爆发或危害到饮用水安全。  丰富的原料来源和低廉的价格赋予了PAC-AS改性黏土优异的价格优势,同时PAC与AS的复配使用大大降低了PAC和AS的使用量,进一步增加了这种方法的价格优势。当处理铜绿微囊藻的水样,达到99.9%的去除率时,改性剂的成本仅为0.00315US$m-3;当处理海水小球藻,达到99.9%的去除率时,改性剂的成本仅为0.0065US$m-3,其价格成本远低于其他改性剂。同时更低的使用量的也赋予了该方法更高的安全性和较低的环境影响。两性淀粉的本身就可以降解,且用量远低于同类型的改性阳离子淀粉,进一步降低了其分解时对水体溶解氧的消耗。同时PAC的使用量的降低也大大降低了絮凝处理以后上浮水中剩余铝的含量,经过测定,使用PAC-AS改性黏土絮凝除藻以后,水体剩余铝含量远低于中国饮用水标准0.2mg·L-1。  根据以上结果可知,PAC-AS改性黏土是一种具有明显抗盐特性、适用于较宽盐度、使用剂量低、价格低廉、环境友好以及絮凝性质优异的絮凝除藻方法。
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