1、粘土矿复合聚合氯化铝凝聚给水中的藻类第 23 卷2004 芷第 3 期5 月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYV01.23.No.3May2004粘土矿复合聚合氯化铝凝聚给水中的藻类*赵春禄于彦君(青岛科技大学材料与环境科学学院,青岛,266042)摘要采用粘土矿复合聚合氯化铝(PAC)对凝聚给水中的藻类进行了研究.结果表明,粘土矿的加入不仅可显着增加絮体的密实度,加快其沉降速度,使沉淀后的活藻絮体在微扰动下不再漂浮上升,从而可有效阻止堵塞滤池,而且使沉淀后的底泥体积减少了3l%,沉降后出水中叶绿素 a 的浓度降到 1.3/tg?l,铝的含量低于 0.2mg?l.关键词聚合氯
2、化铝,粘土矿物质,混凝,藻.水藻爆发时对饮用水处理和水质造成的危害已成为重大难题 lJ,特别是死藻释放的毒素引发的各种疾病已成为一大公害.Anderson2J 指出:“天然矿物混凝法是最有希望解决水藻污染的方法之一“.向水中投加粘土是目前在韩国的海湾和湖泊使用的主要除藻补救措施 L3J.天然矿物虽然具有优异的凝聚藻类的性能,但沉降后残留在水体中的微小颗粒物往往加大水体的浊度;聚合氯化铝(PAC)对藻类与天然矿物都有优良的凝聚性能,但所形成的藻华絮体疏松,沉降性能较差,不能达到有效分离水藻的目的.本文旨在将具有优良凝聚沉降性能的聚合氯化铝与可用于食品添加剂的天然矿物质复配,有效增加絮体的密实性和
3、沉降性能,从而达到分离水藻的目的.结果表明,采用粘土矿物质 T1 复合聚合氯化铝(PAC)混凝工艺,不仅可以显着增加絮体的密实度 ,加快其沉降速度,并能使沉淀后的絮体不再漂浮,从而减少其进入滤池造成堵塞,同时还能有效降低沉降后絮体的体积和水中铝的含量.1 实验部分1.1 仪器及药品XSZ.G 显微镜,JJ 一 4 六联电动搅拌器,WGZ.100 型散射式光电浊度仪(上海市第三光学仪器厂),722s 可见分光光度计.PAC(中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室提供),A1:O%:30%,盐基度 =85%,配成浓度为 2mg?mlI1 的溶液(以 Al203 计).粘土矿物质分别为:
4、T1(上海产,食品添加剂级),T2( 食品添加剂级),石英砂 (SYS),硅藻土(GZT),烘干,研磨,180 目筛分,配成浓度为 4mg?mlI1 的悬浊液.2003 年 9 月 27 日收到.*青岛市科技发展计划项目资助课题(编号:02.1.KJ.shn.22)302 环境化学 23 卷水样(6o%一 70%为水库蓄黄河水) 采自某自来水厂的进水口.浊度 14.3NTU,色度8 度,嗅和味 2 级,铝 0.454mg?ml,溶解性总固体 266mg?ml,氯化物42.7mg?ml,总硬度 l16mg?ml,总碱度 96.5mg?ml 一.1.2 操作条件及测定方法水样先用水生四号(HB4)
5、培养液进行藻类培养,培养后的水样经中国科学院武汉水生生物研究所鉴定,其所含藻类以 ScenedesmusMey 为主,占 52%,其次是Merismope.diaMey,占 14.5%,Chrysophyta 占 l1.5%,其它 Cholrella8eij,ChamydomonasHer 等共占 22%.然后再用原水将其稀释,控制水样在 680nm 处吸光度为 0.020,对应的浊度约为 16NTU,藻细胞的浓度为 7lo7 个?l 左右.取稀释后的藻液 500ml 置于 800ml 烧杯中,在搅拌下,先加一定体积预先配好的矿物质悬浊液,以 250r?min 快速搅拌 lmin,再加人一定体
6、积预先配好的聚铝溶液,继续快搅 3min 后,再以 60r?min 慢速搅拌 10min,静置沉淀 0.5h,于液面下 lcm 处取样进行各项指标的测定.同时取底部絮体用量筒做沉降性能实验.叶绿素 a 的测定采用单色法:C=13.4I)6654J.铝浓度的测定采用铬天青 s 法_5J.絮体的密度通过沉降后絮体的体积和絮体显微镜照片确定.2 结果与讨论2.1 矿物质的筛选PAC 和四种粘土矿物质复合的混凝实验结果如表 l 所示.由表 l 可以看出,与只加PAC 相比,矿物质 T1 与 PAC 复合对浊度和叶绿素 a 的去除都有所提高.特别是PAC 投加量为 9mg?l 时,絮凝沉降后水的浊度达
7、0.60NTU,明显低于国内水质标准要求的INTUE;水体中残余铝浓度为 0.180mg?l,也低于世界卫生组织对水中残留铝含量的限制标准 0.2mg?l 一;沉降后絮体的体积(2.7rI11) 较只加 PAC(3.9m1)降低了 3l%,这在污泥脱水处理上具有十分重要的意义.在絮凝实验中还发现,只加 PAC 所形成的絮体,在放置 1h 后自然向上漂浮,重新进人水体中这就是现有水处理厂在藻类爆发时易造成滤床严重堵塞的重要原因之一,而投加天然矿物质后所形成的絮体在微扰动中不会上浮飘移,从而提高了藻类去除的有效性.在四种矿物质中,T1 与 PAC 复合的处理效果最为理想,本文以 T1 为对象作深入
8、研究.表 1 矿物质与 PAC 复合混凝的实验结果Table1TheresultsofcoagulationbyPACandclay3 期赵春禄等;牯土矿复合聚台氯化铝凝聚给水中的藻类 3032.2T.与 PAC 最佳复合配比的确定在 PAC 投加量依次为 0,3,6,9,12,15rag?【,的投加量依次为 0,10,20,30,加,50rag?l 的条件下,考察了单加 PAC,单加 T1 和两者复合的对比实验.表 2 是单加 PAC 和单加 T.的实验结果 .表 2 数据说明,PAC 投加量在 9rag?1 时除浊效果最好,而单加 Tl 不但没有除浊效果,反而导致浊度随其投加量的增加迅速升
9、高.9mg?lPAC 与 Tl 复合的实验结果如表 3 所示由表 3 可以看出,不同剂量的 T 与PAC 复合后的处理效果均好于单加 PAC,且以 40mg?1_rl 与 9mg-lPAC 复合后的处理效果最佳.表 2 单加 PAC 和单加的实验结果Tnble2Therettltsofexpe/qtenlbyo 山 addingPACandT1sepamte|yTj 投椰量/mg.I-1 牺余浊度/1 残泉叶绿紊 a/t,g?I 一残采铝/-1 一絮悻体积/m【2.3 絮体的密实性取沉淀后的絮体约 12ml 放人量筒做自然沉降压缩实验 9mg?l 一 PAC 与不同剂量 T复合时絮体自然沉降压
10、缩的体积见图 1.从图 l 可见,自然沉降压缩后的体积随 T 投加量的增加而减小,这与所观察到的随投加量增加所形成的絮体愈密实,沉降速度愈快的实验现象相吻合.复合 10mg?r比单加 PAC 所产生的絮体体积减少了 23%,复台 40rag?l 时底泥体积量减少 1.2ml,近31%,且与复合 50rag-l 的底泥体积减少量相同,即矿物质增加到一定量时,絮体体积不再下降.上述结果表明,T.与 PAC 复合可以显着增加絮体的密实性,提高其沉降能2.3060120l 肋沉降时间/rain厢 1T.与 9 丑 lg?lPAC 复合后污泥的沉降性能l 一 1Thesedimenultlonperfo
11、rmnneeoftIeeaddETImidPAC一._LL.一.L304 环境化学 23 卷力,使沉淀后的絮体不再起伏,从而达到将其从水中有效分离的目的.2.4 与 PAC 复合絮凝致密表征PAC 絮凝藻类絮体的显微图像如图 2-a 所示.尽管藻类已形成絮体 ,但可看出絮体非常疏松这是因为藻类本身带有负电荷且密度很小,在没有凝结核存在时,在慢速搅拌过程中主要是凭藉 PAC 的水解产物在第二极小值处产生微絮凝并起到架桥作用,将集团颗粒连成更大的絮体,导致沉淀,因而 PAC 本身不能使絮体致密,其投加量的增加只能使絮体的体积更大,密度更小,含永率更高,即便采用絮凝效果较好的复合型无机高分子絮凝剂,
12、也是在第二极小值处产生微絮凝,因而不能从根本上解决絮体疏松的问题.解决问题的关键是要使快速搅拌条件下形成的一级集团颗粒小而密实.在加入成核颗粒物后,水体中的藻类迅速凝聚,形成较为密实的微絮体.这是因为 Tl 的加人不仅增加了水中悬浮颗粒的浓度,加大了颗粒问的有效碰撞几率,而且 T 颗粒的密度和半径都比藻细胞大,其本身又具有吸附性能,在快速搅拌过程中,可使藻类细胞等颗粒以颗粒为中心凝聚成密度较大的一级集团颗粒.依据王晓昌等-提出的分步成长絮凝体理想化模型,在一级集团颗粒基础上形成的二级集团及后续集团颗粒都将密度变大,半径减小,空隙率降低,直到集团颗粒在该搅拌条件下不能再继续生长为止,最终产生高密
13、度的絮凝体.图 2-b 是与 PAC 复台后沉淀中絮体的显微照片.可以明显看出,絮体比图 2.a 中的要密实得多 .本实验结果符合分步成长絮凝体理想化模型.3 结论a 只加 PACb.T.筮合 PAC图 2 沉淀后絮体显截照片(100)Fig.2TheDhotoriceaftersedimentation(1)矿物质(T 一)复合 PAC 与单加 PAC 相比,对凝聚给水中的藻类可以显着增加絮体的密度,加快絮体的沉降速度,使沉淀后的絮体不易起伏,这在藻类爆发时给水处理厂有效防止藻类进入滤池形成对滤池的堵塞具有重要意义,同时显着减小沉淀浓缩后絮体的体积,降低其台水率,这对污泥的处理也是十分有意义
14、的.(2)矿物质(T1)的主要作用是增加水中悬浮颗粒的浓度,增大颗粒间的碰撞机3 期赵春禄等:粘土矿复合聚合氯化铝凝聚给水中的藻类 305会,并在快速搅拌过程中做为藻类细胞等悬浮颗粒的凝结核使形成的一级集团颗粒半径变小,密度变大.(3)药剂投加量与原水水质条件有关,本实验条件下最佳药剂量为 T.40mg?1,PAC9mg?1,叶绿素 a 的浓度可降到 1.34ttg?1,残留铝的浓度降到 0.180mg1.致谢:感谢中国科学院生态环境研究中心潘刚研究员 ,青岛市自来水公司张玉贵工程师给予的指导和帮助.参考文献田宝珍,曲久辉,雷鹏举,饮用水水源的化学灭藻J.环境化学,20Ol,2o(1):65
15、69AndersonDM,TurningBacktheHarmfulRedTideJ.Nature,1997,388:5l35l4HartMooYoung.KimWontae,AtheoreticalConsiderationofAlgaeRemovalwithClaysJ.Microchem.J.2001,68(23):l56 一 l6l水和废水标准检验方法M.北京:中国建筑工业出版社,1978,527谢晖,喻海雅,铬天青 S 分光光度法测定饮用水中铝.中国卫生检验杂志,1998,8(2):98 一 l0o李东升,对国内外饮用水水质标准的探讨J.中国供水卫生,2002,10(2):l 一 6
16、常青,水处理絮凝学M.北京:化学工业出版社,2002,30王晓昌,丹保宪仁,絮体形态学和密度的探讨J.环境科学,2000,2o(3):257-262COAGULATIONOFALGAEINWATERSOURCESBYCLAYWITHPOLYALUMINIUMCHLORIDE(PAC)ZHAOChunluYUYan-jun(MaterialandEnvironmentInstitute,QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qiho,266042)ABSTRACIConcentrationofalgaeinwatersourcesbyclaywithpo
17、lyaluminiumchloride(PAC)isstudied.Theresultsshowthattheclaycannotonlyevidentlyincreasedensityoffloc,accelerateitssedimentationratewhengentlystiredSOthatvalidlypreventfilterpondfromjamming,butalsoreducefinalvolumeofsludgeby31%.decreasecontentofchloropylato1.34ttg1andcontentofA1below0.2mg?1.ThemechanismforflocdenseformationiSalSOdiscussedinthearticle.Keywords:PAC,clay,coagulation,algae.i2345678
