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次氯酸钠除藻实验

2010-03-23 16:33阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1717059564

化学氧化法除藻的试验
赵玉华,薛 飞,傅金祥,刘 畅
(沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168)
摘 要:目的为了从臭氧、二氧化氯、高锰酸钾、硫酸铜以及次氯酸钠这5种除藻剂
中,筛选出一种适宜的灭藻剂,并确定5种灭藻剂最佳投加量.方法以叶绿素a法作
为检测方法,选取一种除藻剂,通过烧杯试验,确定除藻剂浓度对藻类去除率的影响.
结果臭氧最佳投加量为4 mg/L,二氧化氯最佳投加量为2 mg/L,高锰酸钾最佳投加
量为0·8 mg/L,硫酸铜最佳投加量为1·5 mg/L,次氯酸钠最佳投加量为3 mg/L.结
论通过除藻效果的比较,得出5种除藻剂的优劣程度从优到劣顺序为:次氯酸钠>
臭氧>二氧化氯>硫酸铜>高锰酸钾.次氯酸钠除藻效果显著,可达79·07%.
关键词:除藻;臭氧;二氧化氯;高锰酸钾;硫酸铜;次氯酸钠;叶绿素a
中图分类号:X522 文献标识码:A
藻类的大量繁殖给饮用水生产带来诸多不利影响,主要表现在以下几个方面.(1)对水质的不利影响:①藻类致臭②藻类产生毒素③藻类及其可溶性代谢产物是氯化消毒副产物的前体物.(2)对滤池的影响:造成滤池堵塞,会使滤池运行周期缩短,反冲水量增加.(3)对管网造成不利影响。
因此,研究开发有效可行的除藻技术是我国目前亟待解决的问题之一.目前水处理中除藻单元工艺主要有化学药剂法、微滤机、气浮、直接过滤和生物处理5种。笔者就5种除藻剂的除藻效果进行了比较,得出如下的结果:臭氧最佳投加量为4mg/L,二氧化氯最佳投加量为2 mg/L,高锰酸钾最佳投加量为0·8 mg/L,硫酸铜最佳投加量为1·5 mg/L,次氯酸钠最佳投加量为3 mg/L.
1 试验方法
1·1 原水水
质
原水取自沈阳建筑大学人工湖,人工湖夏季昼夜温差大,水系水的对流加剧,深层水把丰富的氨、氮、磷及大量的有机物带上表层.水系水流动性小,加之表层水一直被富营养化,在强烈的光照下,藻类大量繁殖,主要以蓝藻为主,除水体发出难闻的臭味外,蓝藻及硅藻会释放各种藻毒素.试验期间原水水质见表1.
表1 试验期间原水水质情况
项目pHρ(CODMn)/(mg·L-1)浊度/NTU水温/℃
最大值7·42 9·45 6 26·4
最小值6·35 8·22 4 19·2
平均值6·88 8·84 5 22·6
1·2 试验装置及检测仪器
抽滤装置(2XZ-0·5型旋片真空泵(江宏兴机械产制造)),过滤器,直径35 mm微孔滤膜
0·45μm (混纤);小研钵(配套研杵);玻璃比色皿;80-2国立牌台式医用离心机(常州市国立试验设备研究所)、10mL具塞刻度离心管; BC-110A/H型容声冰箱(上海永乐家用电器有限公司)、9100可见光分光光度计(北京瑞利分析仪器公司),YCFYGC—0015高频臭氧设备(湖南远超臭氧设备有限公司).
2 0 0 6年0 9月
第22卷第5期
3 试验方法
试验中,以叶绿素a法监测水中藻类去除率的情况。待除藻剂反应24 h后,取样,经过过滤,
研磨后,移入带有刻度的玻璃离心管中,放入温度为3℃冰箱中,在冰箱中冷藏18~24 h后,取出水样,以90%的丙酮溶液为参比液,分别测出水样在波长D663、D750、D645、D630下的吸光度值。利用叶绿素a计算公式,如下:a(μg/L) = 11·64 (D663 - D750) - 2·16
(D645-D750)+0·1(D630-D750)算出叶绿素a值.将算出的结果与指标对照,可说明该药剂对藻类的去除效果.
指标见表2.
表2 湖泊富营养化的叶绿素评价标准
类型叶绿素a/(μg·L-1)
贫营养<4
中营养4~10
富营养10~100
2 试验结果与分析
2·1 除藻剂质量浓度对藻类去除率的影响试验中,5种除藻剂的浓度范围分别为:次氯
酸钠投量(以有效氯含量计)1~4 mg/L,硫酸铜投量0·5~2 mg/L,高锰酸钾投量0·4~1·0 mg/L,臭氧投量2~5 mg/L,二氧化氯投量(以有效氯含量计)0·5~3 mg/L,接触时间为24 h.

2·1·1 次氯酸钠
次氯酸钠(NaClO)除藻效果如图1.
图1 次氯酸钠单独除藻
NaClO的除藻活性与其强氧化性有关[4].从图1中可以看出,随着NaClO投加量的增加,Na-ClO对藻类的去除率不断提高,在投量为3·0 mg/L时,达到峰值,但当计量加大到4·0 mg/L时,去除率有一定的回落.由于此时水中的ClO-离子数目进一步增多,再加上高藻期的影响,会使某些藻类的去除率并不总随NaClO投加量的增加而增高.
2·1·2 硫酸铜
硫酸铜(CuSO4)除藻效果如图2.
图2 硫酸铜单独除藻
CuSO4除藻的机理是:铜是重金属,对于重金属对藻类的致毒机理,因为藻细胞壁带有负电荷和一些含硫、氮和氧的官能团,它们较易与阳离子发生电荷吸引和进行螯合反应,使重金属沉积在藻细胞的表面和通过细胞的生理过程转移到细胞的内部[6],当铜离子进入细胞体内后,会发生诸如氧化引入甲醛等变化,这些变化会破坏叶绿体等胞内物质,直接影响藻细胞的光合作用、呼吸作用和酶的活性,并抑制藻类生长.从图2中可以看出,随着CuSO4投加量的增加,CuSO4对藻类的去除率不断提高,在投量为1·5 mg/L时,达到峰值,但当计量加大到2·0 mg/L时,去除率有一定的回落。Chow等系统研究了传统制水工艺各处
理单元对微囊藻细胞的影响:0·25 mg/L的铜离子可抑制藻细胞的生长,使细胞破裂,细胞内的叶绿素a与藻毒素浓度下降.另外,也有大量报道指出硫酸铜会破坏藻细胞[7].在CuSO4投量为1·5mg/L时,残留的铜离子量远低于国家饮用水卫生标准中铜离子的允许值1·0 mg/L.但CuSO4往往不能破坏藻类放出的致臭物质,过量使用Cu-SO4会导致水中铜盐浓度上升,危害人体健康.另外,在CuSO4破坏藻细胞的同时,会使大部分的藻毒素渗入水体,这样就增加了水体中藻毒素的背景浓度,故不能大量投加.通过图2中可以看出,采用1·5 mg/L的投加量为佳.
2·1·3 二氧化氯
二氧化氯(ClO2)除藻效果如图3.
从图3中可以看出,随着ClO2投加量的增加,ClO2对藻类的去除率不断提高,在投量为1mg/L时,达到峰值,但当计量加大到2·0 mg/L时,去除率有一定的回落.用ClO2除藻时,不会产生三卤甲烷,但当ClO2投加量较大时可能会产生较高浓度的亚氯酸盐副产物,对微污染水源水不宜使用.另外,[2]原水中有特殊的藻类(如四尾栅藻)也将防碍ClO2除藻效果.当ClO2计量达到2mg/L时,可能受这些藻的影响,而出现去除率下滑的趋势.
图3 二氧化氯单独除藻
2·1·4 臭氧
臭氧(O3)除藻效果如图4.
图4 臭氧单独除藻
从图4中可以看出,随着O3投加量的增加,O3对藻类的去除率不断提高.但当臭氧投加量从4 mg/L增加到5 mg/L的过程中,藻类的去除率提高幅度不大。在O3投加量少时,[1]臭氧不足以使藻体细胞完全溶裂;而当剂量增大后,臭氧不仅可以使更多的藻体细胞完全溶裂,而且可以扩散至藻细胞内部,破坏叶绿素a的结构.另外,藻类被氧化剂氧化后,会释放出有机碳,土腥臭代谢物,这些产物会被臭氧立即氧化掉,而其他氧化剂对消除这些代谢物的味与臭不起作用.
2·1·5 高锰酸钾
高锰酸钾(KMnO4)除藻效果如图5.
图5 高锰酸钾单独除藻
Petrusevski等人的研究表明[8],高锰酸钾作为一种强氧化剂,其强氧化性抑制了藻类的游动性,并使具有助凝作用的生物聚合物得以释放,促使直接过滤的藻类去除率提高. Knappe则发现[9],在中等高锰酸钾的投加量3 mg/L时,藻类的去除主要是因为氧化作用使藻细胞消散与裂解,但释放出来的细胞内有机物对混凝却有副作用。从图5中可以看出,随着KMnO4投加量的增加[5],KMnO4对藻类的去除率不断提高,在投量为0·8 mg/L时,达到峰值,但当计量加大到1·0 mg/L时,去除率有一定的下滑。随着高锰酸钾投量的增加,出水的浊度也随之增高[5].而且,高锰酸钾具有较重的颜色,投加后容易使水的色度增加甚至超过超标.另外,还要注意锰是否超标.
2·2 除藻效果比较
试验结果见下图,下图中的藻类去除率是通过多次重复试验得来的.其中原水叶绿素a值
84·25~107·83μg/L,处理后水样中残留叶绿素a值17·63~43·60μg/L.图6 种杀藻杀藻效果对比图 从图6中可以看出,0·8 mg/L高锰酸钾的藻类的平均去除率为56·22%,1·5 mg/L硫酸铜的化学氧化法除藻的试验831 藻类的平均去除率为67%,1·5 mg/L二氧化氯的藻类的平均去除率为73·18%,5 mg/L臭氧的藻类的平均去除率为74·5%,3 mg/L次氯酸钠的藻类的平均去除率为79·07%.因此,在本试验条件下,5种除藻剂对藻类的去除效果依次是:次氯酸钠>臭氧>二氧化氯>硫酸铜>高锰酸钾.
3 结 论
(1)从5种除藻剂质量浓度对藻类去除率的影响的试验中,得出如下的结果:臭氧最佳投加量
为4 mg/L,二氧化氯最佳投加量为2 mg/L,高锰酸钾最佳投加量为0·8 mg/L,硫酸铜最佳投加量为1·5 mg/L,次氯酸钠最佳投加量为3 mg/L.(2)通过除藻效果的比较,得出5种除藻剂的优劣程度从优到劣顺序为:次氯酸钠>臭氧>二氧化氯>硫酸铜>高锰酸钾.(3)次氯酸钠除藻效果最为显著,可达79·07%.(4)硫酸铜对藻类的去除率除了与藻类种类有关外,还与水样的pH值有密切的联系,本文只研究了在中性条件下,硫酸铜对藻类的去除率,至于pH值对硫酸铜除藻效果的影响有待进一步研究.


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