一种使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂及其除藻方法

摘要

本发明涉及一种除藻剂以及应用该除藻剂进行除藻的方法。一种使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖3.75～30份，80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末200～1000份；将所述壳聚糖用1～5体积份浓度为0.4%～2%的HCl溶液溶解，然后加入粉煤灰蒸压砖粉末，制成所述除藻剂。一种使藻体絮凝并快速沉降的除藻方法，先将一定量的高锰酸钾投入到藻污染水体内，预氧化0～50分钟；再将壳聚糖用稀盐酸溶解后加入粉煤灰蒸压砖粉末，制成除藻剂；然后将一定量的除藻剂投加到藻污染的水体中，静置，使藻体絮凝后沉降到水底。本发明使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂及其除藻方法，使用安全可靠，除藻彻底、速快，除藻剂用量小且无需搅拌，能够安全有效地控制藻类水华，保持水面干净。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种使藻体絮凝并快速沉降的安全除藻剂，以及应用该除藻剂进行除藻的方法。

背景技术

目前空气环境/水环境都被严重污染。局部地区蓝藻水华频繁爆发，不但会引起水体DO 急剧下降、水质腐败，而且藻细胞衰亡或破裂释放出的微囊藻毒素也对人体健康构成了严重威胁。因此，控制和去除水体中的藻类对水环境的改善及饮水安全具有重大意义。

当前采用的除藻技术主要有气浮、微滤、接触过滤、投加氧化剂等几种方式。其中普遍采用的预氧化方法是预氯化工艺。尽管预氯化可以强化除藻的效率，但在氯化过程中氯与水中较高浓度的有机物作用生成三卤甲烷等多种有害副产物，此工艺的使用受到越来越多国家限制。而国外一些发达国家采用臭氧氧化除藻效果虽好，但投资太大，运行成本高，难于在发展中国家使用。高锰酸钾是一种强氧化剂, 利用其预氧化藻污染水体可以去除水中微量有机污染物、强化混凝，将它用于水处理中,具有投资小、高效、使用方便等优点。

胡颖慧等用粉煤灰酸活化后过滤得到的滤液对壳聚糖进行改性，制备一种新型絮凝剂，用该絮凝剂对上海市和平公园、松鹤公园、鲁迅公园、彰武路某河的景观水体进行处理研究，并采用高锰酸钾预氧化，加强絮凝效果，除藻效率可达90%以上（发表于水处理技术，2010，36(70):50-52）。该改性壳聚糖絮凝剂投加前需用1mg/L的高锰酸钾对污染水体预氧化1小时，并且投加絮凝剂后还需250r.min^-1快速搅拌3min，30r.min^-1慢速搅拌10min，后静沉1小时。操作复杂，使用不方便，影响其实用价值。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出了一种以壳聚糖、粉煤灰蒸压砖粉末为原材料制作的能使藻体快速沉降并有效除藻的除藻剂；

同时，提出了一种应用该除藻剂进行有效除藻的方法，围绕预氧化、混凝和沉降三个过程，利用该除藻剂快速除藻，可使藻体快速沉降。

本发明所采用的技术方案：

一种使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖、粉煤灰蒸压砖粉末，所述的除藻剂，以重量份含量计，含有壳聚糖3.75～30份，80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末200～1000份；壳聚糖每重量份单位以g计，盐酸体积份单位以L计，将所述壳聚糖用1～5体积份浓度为0.4%～2%的HCl溶液溶解，然后加入粉煤灰蒸压砖粉末，制成所述除藻剂。

所述的粉煤灰蒸压砖粉末，通过如下的方式获得：

首先将建筑工地上废弃的粉煤灰蒸压砖块粉碎过筛，得到80～160目的粉末，再对其进行预处理，去除所含的有机物，得到粉煤灰蒸压砖粉末；

然后用20～40%的 H₂O₂对得到的粉煤灰蒸压砖粉末进行清洗；

最后，用去离子水反复清洗粉煤灰蒸压砖粉末，倒掉上清液过滤，于50～60℃温度的烘箱烘干。

一种使藻体絮凝并快速沉降的除藻方法，以壳聚糖、粉煤灰蒸压砖粉末制作除藻剂，和高锰酸钾联合进行除藻，

先将一定量的高锰酸钾投入到藻污染水体内，预氧化0～50分钟；

再将壳聚糖用稀盐酸溶解后加入粉煤灰蒸压砖粉末，制成除藻剂；

然后将一定量的除藻剂投加到藻污染的水体中，静置，使藻体絮凝后沉降到水底。

所述的除藻方法，高锰酸钾与藻污染水体的质量/体积比为0.9g：1000L。

所述除藻剂在净化藻污染水体的过程中应用时：待处理水体与除藻剂的用量的体积比为：100:2.4～4.8。

本发明的有益效果：

1、本发明使用的壳聚糖、粉煤灰蒸压砖粉末均无毒，尽管除藻剂中使用了稀HCl溶解壳聚糖，但在上述投加量范围内未造成水体大幅pH值的变化。在藻污染的水体中投加高锰酸钾后可直接加入该除藻剂，并且无需搅拌，直接静沉1小时即可以使藻体絮凝沉入水底，更加便于在野外水体中使用，对环境的影响小，无二次污染。

2、本发明除藻剂使用时无需搅拌，添加后静沉1小时内即可使藻体沉降至水底，适用于以蓝藻为优势种的小型景观水体除藻。该方法安全可靠，除藻彻底、速度快、除藻剂用量小且无需搅拌，能够使藻沉降到水底，安全有效地控制藻类水华，保持水面干净，水体清澈透明，不影响水体美观。

3、本发明除藻剂，使用建筑工地上废弃的粉煤灰蒸压砖制作粉煤灰蒸压砖粉末，实现了废物利用，有利于环保和资源节约。

附图说明

图1为高锰酸钾预氧化时间对除藻率的影响曲线图；

图2为高锰酸钾预氧化和未氧化下除藻剂添加量对除藻率的影响曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖、粉煤灰蒸压砖粉末，所述的除藻剂，以重量份含量计，含有壳聚糖3.75～30份，80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末200～1000份；壳聚糖每重量份单位以g计，盐酸体积份单位以L计，将所述壳聚糖用1～5体积份浓度为0.4%～2%的HCl溶液溶解，然后加入粉煤灰蒸压砖粉末，制成所述除藻剂。

实施例1

本实施例的使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，壳聚糖每重量份单位以g计，盐酸体积份单位以L计，含有壳聚糖3.75～10份，粉煤灰蒸压砖粉末800～1000份，将所述壳聚糖用1～3体积份浓度为1%的HCl溶液溶解，然后加入粉煤灰蒸压砖粉末。

实施例2

本实施例的使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖3.75～10份，粉煤灰蒸压砖粉末200～400份，将壳聚糖用1～2体积份浓度为0.4%的HCl溶解后加入80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末。

实施例3

本实施例的使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖3.75～10份，粉煤灰蒸压砖粉末400～800份，将壳聚糖用1～2体积份浓度为0.7%的HCl溶解后加入80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末。

实施例4

本实施例的使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖10～20份，粉煤灰蒸压砖粉末400～800份，将壳聚糖用1～2体积份浓度为1%的HCl溶解后加入80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末。

实施例5

本实施例的使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖10～20份，粉煤灰蒸压砖粉末800～1000份，将所述壳聚糖用4～5体积份浓度为0.7%的HCl溶液溶解后加入80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末。制得所述除藻剂。

实施例6

本实施例的使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖10～20份，粉煤灰蒸压砖粉末200～400份，将壳聚糖用2～3体积份浓度为0.4%的HCl溶解后加入80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末。

实施例7

本实施例的使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖20～30份，粉煤灰蒸压砖粉末400～800份，将壳聚糖用2～3体积份浓度为1%的HCl溶解后加入80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末。

实施例8

本实施例的使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖20～30份，粉煤灰蒸压砖粉末800～1000份，将壳聚糖用4～5体积份浓度为1.5%的HCl溶解后加入80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末。

实施例9

本实施例的使藻体絮凝并快速沉降的除藻剂，含有壳聚糖20～30份，粉煤灰蒸压砖粉末200～400份，将壳聚糖用1～2体积份浓度为2%的HCl溶解后加入80～160目的粉煤灰蒸压砖粉末。

前述各实施例中的粉煤灰蒸压砖粉末，通过如下的方式获得：

首先将建筑工地上废弃的粉煤灰蒸压砖块粉碎过筛，得到80～160目的粉末，再对其进行预处理，去除所含的有机物，得到粉煤灰蒸压砖粉末；

然后用20～40%的 H₂O₂对得到的粉煤灰蒸压砖粉末进行清洗；

最后，用去离子水反复清洗粉煤灰蒸压砖粉末，倒掉上清液过滤，于50～60℃温度的烘箱烘干。

对粉煤灰蒸压砖粉末进行清洗的过程中，首先将粉煤灰蒸压砖粉末放入恒温水浴锅中加热，随后缓慢加入H₂O₂，边加边搅拌；待反应完全且不再有热量释放和气体冒出时，停止添加 H₂O₂，继续水浴加热半小时。

实施例10

本实施例公开了应用前述除藻剂使藻体絮凝并快速沉降的除藻方法，以壳聚糖、粉煤灰蒸压砖粉末制作除藻剂，和高锰酸钾联合进行除藻，使藻体快速沉降并有效除藻，其步骤是：

先将一定量的高锰酸钾投入到藻污染水体内，预氧化0～50分钟；

再将壳聚糖用稀盐酸溶解后加入粉煤灰蒸压砖粉末，制成除藻剂；

然后将一定量的除藻剂投加到藻污染的水体中，静置，使藻体絮凝后沉降到水底。

所述的除藻方法，高锰酸钾与藻污染水体的质量/体积比为0.9g：1000L。

除藻剂在净化藻污染水体的过程中的应用：待处理水体与除藻剂的用量的体积比为：100:2.4～4.8。

高锰酸钾已被广泛用于生活饮用水处理中作为氧化剂，不会对水质造成污染。高锰酸钾对藻类具有很强的预氧化作用，可防止藻絮体在光合作用下释放氧气而漂浮。

壳聚糖和粉煤灰蒸压砖粉末絮凝使藻体沉降，但是并未使藻细胞灭活，沉淀后的活絮体在光合作用下释放氧气从而使藻体再次上浮；高锰酸钾在不破坏藻细胞的情况下使其失活，此外，高锰酸钾预氧化产生的水合二氧化锰提高了藻细胞的沉降性；壳聚糖包覆在粉煤灰蒸压砖粉末表面，高分子链缠绕在粉煤灰蒸压砖粉末周围，使壳聚糖的比表面积增大，增加了壳聚糖同藻类的接触，并且使粉煤灰蒸压砖粉末表面带正电，既可以通过壳聚糖的粘结架桥作用絮凝藻细胞，又可以通过粉煤灰蒸压砖粉末表面电性的改变凝聚带负电的藻细胞，使改性后的粉煤灰蒸压砖粉末的絮凝除藻能力大幅提高。该絮凝剂较现有已报道絮凝剂在应用时明显缩短了高锰酸钾预氧化时间，最短可以为0分钟，且无需搅拌，更加便于在野外水体中应用。

如下表1为除藻剂除藻效果对比：

表1中壳聚糖用量为5mg，0.7%的盐酸用量为5 mL，120目粉煤灰蒸压砖粉末用量为0.4 g，实验用藻污染水体为25 mL。

从表1可以看出当不用高锰酸钾氧化，只添加1 mL除藻剂，除藻率为88.40%；当增加0.9mg/L的高锰酸钾预氧化后再添加除藻剂，除藻率可增加至97.84%，由此可见，高锰酸钾预氧化可以增加除藻剂的除藻效果。当除藻剂中不含粉煤灰蒸压砖粉末时除藻率为28.06%；当除藻剂中不含壳聚糖，仅用超纯水和粉煤灰蒸压砖粉末代替除藻剂除藻时除藻率为24.93%，结果表明本发明所述除藻剂是在壳聚糖和粉煤灰蒸压砖粉末的共同作用下使藻体絮凝并沉降到水底的。

图1为高锰酸钾预氧化时间对除藻率的影响曲线图。由图中可以看出本发明所述除藻剂预氧化时间短（可短至0分钟），投加除藻剂后无需搅拌，具有高效、节能、环保等优点，且能使藻体快速沉降至水底，是一种较理想的除藻剂使藻类沉降的方法。

图2所示分别为高锰酸钾预氧化和未氧化下除藻剂添加量对除藻率的影响曲线图。由图中可以看出在除藻剂添加量相同的情况下，采用高锰酸钾预氧化，除藻率相对会高出3～10个百分点。

下面结合实验室的研究结果对本发明进一步详细说明：

实施例11（实验1）

将11mg壳聚糖用5mL 1%的盐酸溶液中用玻璃棒不断搅动至壳聚糖全部溶解在盐酸溶液中（可以用超声波溶解），加入1g 120目粉煤灰蒸压砖粉末制成除藻剂，取1mL除藻剂添加到经0.9mg/L的高锰酸钾预氧化50分钟的25 mL藻污染的水体中，静置1h，藻类沉降到水底，水体清澈，检测其除藻率可达到98.9%。

实施例12（实验2）

将5mg壳聚糖加入 5mL 1%的盐酸溶液中用玻璃棒不断搅动至壳聚糖全部溶解在盐酸溶液中（可以用超声波溶解）。再加入0.4g 120目粉煤灰蒸压砖粉末，用玻璃棒不断搅拌至混合均匀。在25 mL藻污染的水体中添加0.9mg/L的高锰酸钾后立即加入1mL除藻剂，静置1h，藻类沉降到水底，水体清澈，检测其除藻率可达到99.7%。

实施例13（实验3）

将11mg壳聚糖用5mL 1%的盐酸溶液中用玻璃棒不断搅动至壳聚糖全部溶解在盐酸溶液中（可以用超声波溶解），加入1g 160目粉煤灰蒸压砖粉末，用超声波助溶。取1mL除藻剂添加到经0.9mg/L的高锰酸钾预氧化50分钟的25 mL藻污染的水体中，静置1h，藻类沉降到水底，水体清澈，检测其除藻率可达到99.3%。

实施例14（实验4）

将5mg壳聚糖添加到5mL 0.4%的盐酸溶液中用玻璃棒不断搅动至壳聚糖全部溶解（可以用超声波溶解）。加入0.4g 120目粉煤灰蒸压砖粉末，用玻璃棒不断搅拌至混合均匀。在25 mL藻污染的水体中添加0.9mg/L的高锰酸钾后立即加入1mL除藻剂，静置1h，藻类沉降到水底，水体清澈，检测其除藻率可达到98.6%。

实施例15（实验5）

将7mg壳聚糖添加到5 mL 2%的盐酸溶液中用玻璃棒不断搅动至壳聚糖全部溶解在盐酸溶液中（可以用超声波溶解），加入0.6g 80目粉煤灰蒸压砖粉末，用超声波助溶。取1mL除藻剂添加到经0.9mg/L的高锰酸钾预氧化50分钟的25 mL藻污染的水体中，静置1h，藻类沉降到水底，水体清澈，检测其除藻率可达到94.5%。

实施例16（实验6）

将15mg壳聚糖添加到5 mL 2%的盐酸溶液中不断搅动至壳聚糖全部溶解在盐酸溶液中（可以用超声波溶解），加入0.6g 120目粉煤灰蒸压砖粉末，用超声波助溶。取1 mL除藻剂添加到经0.9mg/L的高锰酸钾预氧化30分钟的25 mL藻污染的水体中，静置1h，藻类沉降到水底，水体清澈，检测其除藻率可达到98.5%。

实施例17（实验7）

将20mg壳聚糖添加到5mL 1%的盐酸溶液中不断搅动至壳聚糖全部溶解在盐酸溶液中（可以用超声波溶解），加入1.0g 120目粉煤灰蒸压砖粉末，用超声波助溶。取1 mL除藻剂添加到经0.9mg/L的高锰酸钾预氧化50分钟的25 mL藻污染的水体中，静置1h，藻类沉降到水底，水体清澈，检测其除藻率可达到94.7%。

实施例18（实验8）

将25mg壳聚糖添加到5mL 2%的盐酸溶液中不断搅动至壳聚糖全部溶解在盐酸溶液中（可以用超声波溶解），加入0.4g 120目粉煤灰蒸压砖粉末，用超声波助溶。在25 mL藻污染的水体中添加0.9mg/L的高锰酸钾后立即加入1mL除藻剂，静置1h，藻类沉降到水底，水体清澈，检测其除藻率可达到99.3%。

实施例19（实验9）

将20mg壳聚糖添加到5 mL 1.5%的盐酸溶液中不断搅动至壳聚糖全部溶解在盐酸溶液中（可以用超声波溶解），加入0.6g 120目粉煤灰蒸压砖粉末，用超声波助溶。取1 mL除藻剂添加到经0.9mg/L的高锰酸钾预氧化50分钟的25 mL藻污染的水体中，静置1h，藻类沉降到水底，水体清澈，检测其除藻率可达到98.9%。