凹土基新型除藻剂的制备及其环境风险分析
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究的内容及意义 4
2 实验材料与方法 6
2.1 主要实验仪器 6
2.2 主要实验药品 6
2.3 实验对象 6
2.4 实验方案 7
2.5 实验测定方法 8
3 结果与讨论 11
3.1 化学药剂除藻效率的研究 11
3.2 电镜扫描结果分析 13
3.3 凹土与PAC混凝除藻效果的研究 14
3.4 环境风险分析 16
结论与展望 20
致谢 21
参 考 文 献 22
1 绪论
1.1 研究背景
随着工农业的发展，大量的氮、磷物质进入湖库及河流，引起藻类的过度繁殖，形成的富营养化水体严重破坏了水的生态平衡[1]。水体富营养化是一个全球性的重大水环境问题，近几年许多国家都有关于饮用或接触藻类污染的水而引起动物和人类疾病甚至死亡的报道。微污染饮用水源水中的藻类对供水水质和饮水安全影响较大，大量存在的藻细胞不仅产生严重的异味臭味，而且有些藻类在一定条件还会向水体释放毒素，如微囊藻毒素和节球藻毒素等,微囊藻毒素毒性已严重威胁人类的健康[2]。
我国的淡水资源原本就非常短缺，肆虐的水华暴发，又使这种短缺现象雪上加霜，如何有效地控制水华趋利弊害造福人类，让人们享有安全的淡水资源和健康的生态环境，是国内外的重大需求。目前采取最多、发展最快的，大多都是化学方法[3]。
1.1.1 藻类对饮用水的危害
藻类的大量繁殖给饮用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
水生产带来诸多不利影响[4]，主要表现在以下几个方面。
(1) 药耗增加。在光合作用下，水中pH升高，且由于藻类作用，溶解氧增加，矾花密实度降低，沉淀去除率下降，导致需要投加的混凝剂增多。含藻量高的水的处理需要消耗大量的混凝剂水中大量藻类及其产生的有机物，使混凝剂和消毒剂的用量大大增加。有机物中的酸性物质与混凝剂的水解产物发生反应，表面络合物附着在絮体颗粒表面，阻碍了颗粒相互碰撞，因此必须增加混凝剂的投加量。
(2) 干扰过滤。藻类比较轻，其密度接近于水的密度值，因而不易在混凝沉淀过程中去除。大量未去除的藻细胞能在滤床中生长而产生堵塞，从而缩短过滤运行周期，导致反洗水用量增加，反洗频率加大，实际用水产量下降。据报道，对微滤池来说，如果藻类数量在一年内有一个月增加，就将提高成本30%[5]。
(3) 影响供水构筑物卫生。藻类繁殖旺盛时，絮凝池、沉淀池和滤池内壁都会有藻类附着生长，影响美观，也使厂区卫生条件恶化。构筑物池壁由于藻类等物质的长期腐蚀，致使池壁粗糙老化，反过来又给藻类等物质的寄生繁殖，水垢、青苔的附着生长，提供了有利的栖息场所，更严重的甚至加速管网腐蚀[6]。为了消除不利影响，要经常组织清洗，耗费人力物力。有的还在藻类生长处涂抹石灰，以期彻底杀灭藻细胞，同样会增加生产成本。
1.1.2 藻类对水体水质的影响
藻类对水体水质的影响主要表现在藻类影响水的感官性状和饮水安全性两个方面。藻类导致异臭异味并且产生毒素，它和有机物是消毒副产物的前体物。
(1)藻类导致异臭物
在藻类大量繁殖的水体中，藻类一般是主要的致臭味微生物。不同藻类会引起不同的异臭味，且常规净水工艺很难去除。水中产生臭味的微生物主要有放线菌、藻类和真菌，主要是它们分泌的包括上味素、2—异丁基—3—甲氧基毗嗦、三甲基胺等物质破坏水体的正常气味[7]。中国、美国是对饮用水异臭异味抱怨最多的国家。
(2)藻类分泌有机质
藻类及其分泌的有机物质是产生消毒副产物的前体物，而对于饮用水处理工艺过程产生的消毒副产物的研究是当今给水领域的一个研究热点。根据目前研究发现，在使用氯气消毒时，饮用水源水中会产生三卤甲烷(THMs)和危害更大的卤乙(HAAs)。在使用臭氧消毒的过程中则会产生溴酸盐等“三致”物质，使饮用水的使用安全性下降。
(3)藻类产生毒素
某些藻类在一定的环境下会产生毒素，能产生毒素的藻类多为蓝藻，最主要的是铜绿微囊藻、水华鱼腥藻等。藻毒素的种类很多，以微囊藻毒素(Miorocystins，简称MCS)最为常见。MCS是一类具有生物活性的七肤单环肝毒素，其中Mc-LR是迄今为止发现的最强的肝脏肿瘤促进剂。因此藻毒素对人们的饮水安全造成了严重的威胁[8]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 化学除藻剂的研究现状
近几年，许多国家都有关于饮用或接触藻类污染的水而引起动物和人类疾病甚至死亡的报道[9]。 利用化学药剂对藻类进行杀除是目前国内外使用最多、最为成熟的除藻技术[10]。化学除藻法是目前常用的一种除藻方法，该工艺的基建费用就相对较低，是一种简单高效的除藻方法。经常被用作化学除藻剂的物质有高锰酸钾及其高锰酸盐、高铁酸钾、硫酸铜、臭氧、氯等。
目前国内外大多采用高锰酸钾和聚合氯化铝（PAC）联合投加的方法可明显提高常规工艺的除藻效果。在取水口处投加1.5mg/L的高锰酸钾、投加混凝剂前投加20mg/L的PAC，可使除藻率高达96%，同时高锰酸钾和PAC的投加也可有效控制氯消毒副产物三卤甲烷的生成、降低氯耗，且可使出水MC-LR<0.000 2mg/L(远低于0.001mg/L的标准限值)。另外，高锰酸钾与PAC的联用还显著降低了沉后水浊度，减轻了后续滤池的处理负荷，缩短了其反冲洗时间[11]。 另有文献[12]报道高锰酸盐具有良好的除藻效果，而且不会破坏藻细胞，不会导致内部毒素及有机质的泄漏。为此，作者以高锰酸盐、氯化铝、氯化钠、酸溶氯化亚铜按一定比例混合制取除藻剂，以叶绿素 a、浊度为评价指标考察其对总氮和总磷的影响，通过高倍光学显微镜观察复合除藻剂对藻细胞的作用行为，以期获得一种安全、高效的化学除藻方法。
重庆大学的邓琳莉针对大学某池塘实际废水进行了除藻处理[13]，该废水的特征藻主要是月形藻。作为具有强氧化性的高铁酸钾，在反应中可以破坏废水中月形藻的细胞壁，使其营养物质流失，而最终死亡。通过对处理过程中藻类废水 Zeta 电位的测定发现，其自身还原物 Fe(OH)3及 Fe3+可以降低废水的 Zeta 电位，使原来稳定性较高的藻类脱稳。通过显微镜可以观察到，大部分藻被 Fe(OH)3吸附，沉降，达到了较好的处理结果。论文通过单因素实验考察了各影响因素。并对高铁酸钾去除废水中的藻类进行了正交实验，确定了各影响因素的大小，并确定了最优值，即pH 值为6，投加量为120mg/L，水温为常温。
藻类对铜离子有很强的吸附能力，这也是铜离子能有效除藻的重要原因[14]。 硫酸铜是目前应用最广泛的化学除藻剂，尹澄清等[15]用铁盐、铝盐作增效剂，提高了硫酸铜的除藻效果，0. 2 ~0. 3 mg/L的Cu2 +能控制微囊藻水华的生长。美国威斯康星的几个湖泊[15]和 Green 湖[16]中都有投加铜盐的应用实例，使水体得到了明显改善，总磷亦有明显下降。
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究的内容及意义 4
2 实验材料与方法 6
2.1 主要实验仪器 6
2.2 主要实验药品 6
2.3 实验对象 6
2.4 实验方案 7
2.5 实验测定方法 8
3 结果与讨论 11
3.1 化学药剂除藻效率的研究 11
3.2 电镜扫描结果分析 13
3.3 凹土与PAC混凝除藻效果的研究 14
3.4 环境风险分析 16
结论与展望 20
致谢 21
参 考 文 献 22
1 绪论
1.1 研究背景
随着工农业的发展，大量的氮、磷物质进入湖库及河流，引起藻类的过度繁殖，形成的富营养化水体严重破坏了水的生态平衡[1]。水体富营养化是一个全球性的重大水环境问题，近几年许多国家都有关于饮用或接触藻类污染的水而引起动物和人类疾病甚至死亡的报道。微污染饮用水源水中的藻类对供水水质和饮水安全影响较大，大量存在的藻细胞不仅产生严重的异味臭味，而且有些藻类在一定条件还会向水体释放毒素，如微囊藻毒素和节球藻毒素等,微囊藻毒素毒性已严重威胁人类的健康[2]。
我国的淡水资源原本就非常短缺，肆虐的水华暴发，又使这种短缺现象雪上加霜，如何有效地控制水华趋利弊害造福人类，让人们享有安全的淡水资源和健康的生态环境，是国内外的重大需求。目前采取最多、发展最快的，大多都是化学方法[3]。
1.1.1 藻类对饮用水的危害
藻类的大量繁殖给饮用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
水生产带来诸多不利影响[4]，主要表现在以下几个方面。
(1) 药耗增加。在光合作用下，水中pH升高，且由于藻类作用，溶解氧增加，矾花密实度降低，沉淀去除率下降，导致需要投加的混凝剂增多。含藻量高的水的处理需要消耗大量的混凝剂水中大量藻类及其产生的有机物，使混凝剂和消毒剂的用量大大增加。有机物中的酸性物质与混凝剂的水解产物发生反应，表面络合物附着在絮体颗粒表面，阻碍了颗粒相互碰撞，因此必须增加混凝剂的投加量。
(2) 干扰过滤。藻类比较轻，其密度接近于水的密度值，因而不易在混凝沉淀过程中去除。大量未去除的藻细胞能在滤床中生长而产生堵塞，从而缩短过滤运行周期，导致反洗水用量增加，反洗频率加大，实际用水产量下降。据报道，对微滤池来说，如果藻类数量在一年内有一个月增加，就将提高成本30%[5]。
(3) 影响供水构筑物卫生。藻类繁殖旺盛时，絮凝池、沉淀池和滤池内壁都会有藻类附着生长，影响美观，也使厂区卫生条件恶化。构筑物池壁由于藻类等物质的长期腐蚀，致使池壁粗糙老化，反过来又给藻类等物质的寄生繁殖，水垢、青苔的附着生长，提供了有利的栖息场所，更严重的甚至加速管网腐蚀[6]。为了消除不利影响，要经常组织清洗，耗费人力物力。有的还在藻类生长处涂抹石灰，以期彻底杀灭藻细胞，同样会增加生产成本。
1.1.2 藻类对水体水质的影响
藻类对水体水质的影响主要表现在藻类影响水的感官性状和饮水安全性两个方面。藻类导致异臭异味并且产生毒素，它和有机物是消毒副产物的前体物。
(1)藻类导致异臭物
在藻类大量繁殖的水体中，藻类一般是主要的致臭味微生物。不同藻类会引起不同的异臭味，且常规净水工艺很难去除。水中产生臭味的微生物主要有放线菌、藻类和真菌，主要是它们分泌的包括上味素、2—异丁基—3—甲氧基毗嗦、三甲基胺等物质破坏水体的正常气味[7]。中国、美国是对饮用水异臭异味抱怨最多的国家。
(2)藻类分泌有机质
藻类及其分泌的有机物质是产生消毒副产物的前体物，而对于饮用水处理工艺过程产生的消毒副产物的研究是当今给水领域的一个研究热点。根据目前研究发现，在使用氯气消毒时，饮用水源水中会产生三卤甲烷(THMs)和危害更大的卤乙(HAAs)。在使用臭氧消毒的过程中则会产生溴酸盐等“三致”物质，使饮用水的使用安全性下降。
(3)藻类产生毒素
某些藻类在一定的环境下会产生毒素，能产生毒素的藻类多为蓝藻，最主要的是铜绿微囊藻、水华鱼腥藻等。藻毒素的种类很多，以微囊藻毒素(Miorocystins，简称MCS)最为常见。MCS是一类具有生物活性的七肤单环肝毒素，其中Mc-LR是迄今为止发现的最强的肝脏肿瘤促进剂。因此藻毒素对人们的饮水安全造成了严重的威胁[8]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 化学除藻剂的研究现状
近几年，许多国家都有关于饮用或接触藻类污染的水而引起动物和人类疾病甚至死亡的报道[9]。 利用化学药剂对藻类进行杀除是目前国内外使用最多、最为成熟的除藻技术[10]。化学除藻法是目前常用的一种除藻方法，该工艺的基建费用就相对较低，是一种简单高效的除藻方法。经常被用作化学除藻剂的物质有高锰酸钾及其高锰酸盐、高铁酸钾、硫酸铜、臭氧、氯等。
目前国内外大多采用高锰酸钾和聚合氯化铝（PAC）联合投加的方法可明显提高常规工艺的除藻效果。在取水口处投加1.5mg/L的高锰酸钾、投加混凝剂前投加20mg/L的PAC，可使除藻率高达96%，同时高锰酸钾和PAC的投加也可有效控制氯消毒副产物三卤甲烷的生成、降低氯耗，且可使出水MC-LR<0.000 2mg/L(远低于0.001mg/L的标准限值)。另外，高锰酸钾与PAC的联用还显著降低了沉后水浊度，减轻了后续滤池的处理负荷，缩短了其反冲洗时间[11]。 另有文献[12]报道高锰酸盐具有良好的除藻效果，而且不会破坏藻细胞，不会导致内部毒素及有机质的泄漏。为此，作者以高锰酸盐、氯化铝、氯化钠、酸溶氯化亚铜按一定比例混合制取除藻剂，以叶绿素 a、浊度为评价指标考察其对总氮和总磷的影响，通过高倍光学显微镜观察复合除藻剂对藻细胞的作用行为，以期获得一种安全、高效的化学除藻方法。
重庆大学的邓琳莉针对大学某池塘实际废水进行了除藻处理[13]，该废水的特征藻主要是月形藻。作为具有强氧化性的高铁酸钾，在反应中可以破坏废水中月形藻的细胞壁，使其营养物质流失，而最终死亡。通过对处理过程中藻类废水 Zeta 电位的测定发现，其自身还原物 Fe(OH)3及 Fe3+可以降低废水的 Zeta 电位，使原来稳定性较高的藻类脱稳。通过显微镜可以观察到，大部分藻被 Fe(OH)3吸附，沉降，达到了较好的处理结果。论文通过单因素实验考察了各影响因素。并对高铁酸钾去除废水中的藻类进行了正交实验，确定了各影响因素的大小，并确定了最优值，即pH 值为6，投加量为120mg/L，水温为常温。
藻类对铜离子有很强的吸附能力，这也是铜离子能有效除藻的重要原因[14]。 硫酸铜是目前应用最广泛的化学除藻剂，尹澄清等[15]用铁盐、铝盐作增效剂，提高了硫酸铜的除藻效果，0. 2 ~0. 3 mg/L的Cu2 +能控制微囊藻水华的生长。美国威斯康星的几个湖泊[15]和 Green 湖[16]中都有投加铜盐的应用实例，使水体得到了明显改善，总磷亦有明显下降。
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