粉煤灰改性壳聚糖混凝去除太湖藻的研究

论文导读：粉煤灰改性壳聚糖的制备。粉煤灰是粉煤燃烧后的细粒分散状残余物。实验地点选择在无锡太湖南泉水厂附近。改性壳聚糖对太湖水的除藻性能。除藻，粉煤灰改性壳聚糖混凝去除太湖藻的研究。
关键词：壳聚糖，粉煤灰，太湖，除藻
 

蓝藻水华已给我国国民经济和社会发展造成了巨大危害[1]。由于富营养化爆发的突发性和大规模性特点，混凝沉淀除藻法依然是处理这一环境污染现象中最主要的方法[2-7]。毕业论文，除藻。壳聚糖作为效果好而且安全的天然高分子絮凝剂，在水华暴发应急处理上有广泛的应用前景。但是壳聚糖价格昂贵，也限制了其大规模的应用，Pan G.[5-7]，柳丹[8]等将壳聚糖与其他物质复配改性既提高了除藻效率，又减少了壳聚糖用量，取得了较好的效果。

粉煤灰是粉煤燃烧后的细粒分散状残余物，2002年世界粉煤灰年排放量为5.0亿t，其中只有15％的被再利用于水泥和混凝土等建材行业[9]，剩余的大量粉煤灰被作为固体废弃物就地堆放或填埋，不仅占用大量的土地，而且造成严重的环境污染。我们将粉煤灰再利用，酸活化后再对壳聚糖进行改性，改性后的壳聚糖用于实验室絮凝除藻投加0.25mg/L藻去除率即可以大于90%[10]，大大降低了壳聚糖的用量，减少了处理费用。毕业论文，除藻。本文将新型药剂粉煤灰改性壳聚糖用于太湖实际水的处理，考察其对太湖藻华的处理是否也具有优良的效果。

1实验材料与方法

1.1 实验药剂与仪器

聚合氯化铝（市售，Al2O3，29-32%，盐基度，50-85%）；壳聚糖（脱乙酰度>90%，国药集团）；粉煤灰（河南平顶山某火力发电厂）；0.45mm微孔滤膜；聚二甲基二烯丙基氯化铵（海宁市黄山化工）；氢氧化钠（>96%，国药集团）

ZR4-6混凝实验搅拌机、XSP-8C三目生物显微镜、浮游生物计数框、UV-1800紫外可见分光光度计、Zetasizer Nano Z 型Zeta电位分析仪、101a-1型电热干燥箱，TGL-16C台式离心机、HY - 4 型调速多用振荡器、FA2004N电子天平

1.2 实验方法

1.2.1粉煤灰改性壳聚糖的制备

将定量粉煤灰中与20.0mL的浓盐酸混合搅拌，在一定温度下反应2h。过滤得到活化后的粉煤灰滤液并定容至500mL，在滤液中加入定量壳聚糖，使壳聚糖浓度为0.25g/L，混合1小时后即改性壳聚糖。同时，将滤纸上的粉煤灰残渣收集、烘干、研磨，过80 目筛后备用。

1.2.2 絮凝效果的测定

实验地点选择在无锡太湖南泉水厂附近，时间为6月上旬。毕业论文，除藻。现场发现，蓝藻水华在太湖岸边5m范围内很严重，水体的恶臭也主要发生在这一范围，而湖中心到离岸边5m范围内藻数量明显下降，对比鲜明。所以实验中我们分别针对太湖岸边高浓藻和水厂泵取水两种不同水质进行了混凝实验，考察粉煤灰改性壳聚糖作为新型除藻药剂对太湖水华的治理效果。在1000mL烧杯中加满太湖藻水，投加定量的改性壳聚糖絮凝剂。250r/min快速搅拌3min，30r/min慢速搅拌10min。静沉0.5h后，于液面下2cm处取上清液计藻数目。

2实验结果与讨论

2.1太湖水质分析

连续跟踪太湖水五天，每天做水质分析实验，得到太湖岸边高浓藻和水厂泵取水的两种水质情况如表1。

表1 太湖南泉水厂附近水质情况

由表1可知，两块区域都属于高藻、高有机物劣性水质。

2.2改性壳聚糖对太湖水的除藻性能

对太湖岸边高浓藻和水厂泵取水使用粉煤灰改性壳聚糖进行混凝实验，结果如图1所示，可以看出改性壳聚糖投加量对藻去除率影响很大：对于岸边高浓藻，投加量少于2mg/L时，去除率小于50%，当投加量增加到3mg/L时，去除率会迅速上升到接近80%，4mg/L时的去除率为85.77%，继续增加投加量，除藻率上升不明显，3mg/L可看作药剂投加量的阈值。泵取水的实验结果类似，投加量的阈值出现在0.4mg/L，去除率80.3%。当投加0.7mg/L，去除率最高可达89.6%。可见改性壳聚糖对泵取水也有很好的除藻效果。

图1 改性壳聚糖对太湖水的除藻性能

同时可以看出，改性壳聚糖对太湖水UV254也有较好的去除，岸边高浓藻水的UV254去除率可达70%以上，因为泵取水口的水质要远远优于岸边高浓藻水，有机物含量低(见表1)，所以改性壳聚糖对泵取水的去除率相对比较低，可以达到40%。这样的实验结果与实验室所得到的结论基本吻合，进一步说明了粉煤灰改性壳聚糖作为新型环保性药剂除藻性能的优越性。毕业论文，除藻。

需要补充说明的是，岸边高浓藻形成的絮体是全部浮在水面上的，而泵取水形成的絮体沉降性很好，不会出现上浮，这点和实验室培养藻的实验结果一样。出现这种结果的原因应该是由于岸边藻的活性比较低，液泡比较大，大多处于衰亡期甚至包含很多死藻。絮体的上浮有诸多消极影响，是藻混凝中所不想看到的，尤其是在藻类大量爆发时的应急处理中。所以，实际运用中，解决岸边高浓藻水的上浮问题亟待需要的。Pan G.等人提出利用太湖岸边黏土或底泥原位处理太湖水的思想[5-7]，因此本文考虑通过投加改性壳聚糖复配黏土来提升絮体的密度，达到使絮体下沉的目的。

2.3改性壳聚糖复配黏土处理太湖岸边高浓藻

改性壳聚糖投加量4mg/L，黏土投加量梯度上升，实验设置单独投加太湖黏土作对照。太湖岸边就地取回的黏土烘干后经研磨，80目筛分后使用。实验结果如图2所示，单独投加黏土对太湖岸边高浓藻和泵取水都没有明显的除藻除浊性能，甚至会使水样的浊度上升。分析原因是由于黏土的表面带负电，无法凝聚带负电的藻细胞，Henderson R. K.[11]等经实验认为控制表面电位对絮凝除藻起至关重要的作用，不能中和藻细胞的表面电位，黏土所具有的架桥和网捕作用也无法发挥作用。所以太湖黏土必须经过改性，才能发挥积极的作用，潘纲等人在这点上已做了大量的研究[5-7]。

图2 改性壳聚糖+黏土对太湖水的除藻性能

图3 改性壳聚糖+黏土混凝实验图4 投加0.8g/L黏土形成的絮体

由图2可以看出，改性壳聚糖+黏土的在投加量区间内除藻率都在95%左右，优于单独投加4mg/L改性壳聚糖的效果（85.77%），除藻效果得到了明显提升。同时，更重要的是，当黏土的投加量为0.4g/L时，絮体出现下沉现象，投加量为0.6g/L时，絮体全部下沉，藻去除率达到94.35%。图3所示的分别是黏土投加0.4g/L、0.6 g/L、0.8 g/L絮凝结果图，图4是黏土投加0.8g/L的絮体图。而且实验中发现，即使把絮体打碎再搅，15分钟内絮体也能重新聚在一起沉在水底，可见投加改性壳聚糖复配黏土后形成的絮体沉降性能和抗水流冲击性都特别好。

但从UV254的去除来看，复配黏土后UV254的去除受到了干扰，黏土投加1g/L时UV254的去除率最高也只有52%，低于单独投加改性壳聚糖的效果（56.94%）。毕业论文，除藻。

分析出现这种结果的原因是改性壳聚糖作为优良的高分子强阳离子絮凝剂，和黏土一起使用后，由于改性壳聚糖本身的特点相当于对黏土进行了改性，使得黏土既能通过壳聚糖的粘结架桥作用絮凝藻细胞，又能通过表面电性的改变(变为正电) 凝聚带负电的藻细胞，具有了粘结架桥和电中和双重作用使黏土絮凝除藻的能力大幅度提高，和改性壳聚糖共同发挥除藻的功能，同时，黏土粒子和藻细胞结合后，增加了絮体的密度，从而大大提高了絮体的沉降性。毕业论文，除藻。但由于改性壳聚糖对黏土改性的同时，消耗了作用于除藻和除有机物的有效剂量，因此导致了UV254去除率的下降。

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