一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，包括以下步驟：（1)對(duì)藻液進(jìn)行預(yù)氧化■’(2)調(diào)節(jié)藻液的pH值至堿性；(3)在藻液中加入納米四氧化三鐵和聚丙烯酰胺；(4)藻液經(jīng)攪拌后沉降，藻液中的藻被去除。選取水華爆發(fā)時(shí)藍(lán)藻中的優(yōu)勢(shì)藻種銅綠微囊藻和綠藻中的優(yōu)勢(shì)藻種斜生柵藻作為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)了在KMn04預(yù)氧化的條件下，配合使用納米四氧化三鐵和聚丙烯酰胺作為混凝劑對(duì)藻的去除方法，在藥品投加量相對(duì)較低的情況下，能夠很大程度上提高藻的去除率和沉降速率。無(wú)需使用含鋁的混凝劑，可減少環(huán)境中鋁鹽的繼續(xù)增加。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種在高錳酸鉀預(yù)氧化的條件下，納米四氧 化三鐵與聚丙烯酰胺聯(lián)合使用去除水中藻類(lèi)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展趨勢(shì)十分嚴(yán)峻，在26個(gè)國(guó)控重點(diǎn)湖泊中，水體中氮磷污 染較高，相當(dāng)一部分湖泊發(fā)生了水華災(zāi)害 [1]。2007年太湖藍(lán)藻水華事件，致使無(wú)錫市500萬(wàn) 人的飲用和生活用水嚴(yán)重短缺[2]。因此，水華爆發(fā)時(shí)藻類(lèi)的治理是我國(guó)面臨的重大水環(huán)境 問(wèn)題。預(yù)氧化和混凝沉淀是兩種研究較多的除藻方法。預(yù)氧化一般為高錳酸鉀 [3]、臭氧、二 氧化氯等[4]強(qiáng)氧化劑，混凝沉淀一般使用聚合氯化鋁（PACl)[5]、硫酸鋁（AS)、殼聚糖等作 為混凝劑，與聚丙烯酰胺（PAM)、聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDM)等作為助凝劑配合使用來(lái) 達(dá)到除藻的目的 [6]。將預(yù)氧化與混凝沉淀聯(lián)用也是常見(jiàn)的處理方法，如KMnO4預(yù)氧化后加 入PACl與PAM進(jìn)行混凝除藻 [7]。
[0003] 雖然鋁鹽作為混凝劑被廣泛使用[8]，但實(shí)際上，鋁具有一定的生態(tài)毒性，飲用水中 殘余鋁含量的增加對(duì)人體機(jī)能產(chǎn)生不利的影響 [9_1(|]，造成嚴(yán)重后果；同時(shí)，大量的鋁鹽殘留 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)也具有一定的毒性[11]。納米材料因其由于具有小尺寸效應(yīng)和大的比表面積近 些年受到了廣泛的關(guān)注，而納米Fe 3O4作為磁性納米顆粒，在水處理中常被用來(lái)作為吸附劑 吸附和回收廢水中的重金屬和有機(jī)物 [12_13]。
[0004] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種含鋁混凝劑的替代品，以 及用其去除水體中藻類(lèi)的新方法。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種去除水體中藻類(lèi)的新方法，此方法中無(wú)需 使用含鋁的混凝劑，可減少環(huán)境中鋁鹽的繼續(xù)增加。
[0020] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明用納米四氧化三鐵（Fe3O4)來(lái)取代堿式氯化鋁 (PACl)作為混凝劑使用，去除水中的藻類(lèi)。選取水華爆發(fā)時(shí)藍(lán)藻中的優(yōu)勢(shì)藻種銅綠微囊藻 和綠藻中的優(yōu)勢(shì)藻種斜生柵藻作為試驗(yàn)對(duì)象，開(kāi)發(fā)了在KMnO 4預(yù)氧化的條件下，配合使用納 米四氧化三鐵和聚丙烯酰胺（PAM)作為混凝劑對(duì)藻的去除方法。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案 實(shí)現(xiàn)：
[0021] 一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，包括以下步驟：
[0022] 步驟一、對(duì)藻液進(jìn)行預(yù)氧化；
[0023] 步驟二、調(diào)節(jié)藻液的pH值至堿性；
[0024] 步驟三、在藻液中加入納米四氧化三鐵和聚丙烯酰胺；
[0025] 步驟四、藻液經(jīng)攪拌后沉降，藻液中的藻被去除。
[0026] 優(yōu)選地，步驟一中，選用高錳酸鉀對(duì)藻液進(jìn)行預(yù)氧化。
[0027] 優(yōu)選地，步驟一中，預(yù)氧化的時(shí)間為5?30min。
[0028] 更優(yōu)選地，步驟一中，預(yù)氧化的時(shí)間為15min。
[0029] 優(yōu)選地，步驟一中，進(jìn)行預(yù)氧化時(shí)需不斷攪拌，轉(zhuǎn)速200r/min。
[0030] 優(yōu)選地，步驟四中，沉降為不加磁場(chǎng)沉降，沉降時(shí)間為60min。進(jìn)行不加磁場(chǎng)沉降 前，先以200r/min的轉(zhuǎn)速快攪2min，再以100r/min慢攪10min。
[0031] 或者，步驟四中，沉降為加磁場(chǎng)沉降，沉降時(shí)間為l〇min。進(jìn)行加磁場(chǎng)沉降前，攪拌 2min〇
[0032] 優(yōu)選地，藻為銅綠微囊藻或斜生柵藻。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是，此方法中無(wú)需使用含鋁的混凝劑，可減少環(huán)境中鋁鹽的繼 續(xù)增加。在KMnO 4預(yù)氧化的條件下，納米Fe3O4和PAM作為混凝劑相互配合作用，在藥品投 加量相對(duì)較低的情況下，能夠很大程度上提高藻的去除率和沉降速率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是KMnO4預(yù)氧化條件下納米Fe3O4與PAM配合作用下對(duì)銅綠微囊藻的影響圖；
[0035] 圖2是KMnO4預(yù)氧化條件下納米Fe3O4與PAM配合作用下對(duì)斜生柵藻的影響圖；
[0036] 圖3是KMnO4預(yù)氧化時(shí)間對(duì)銅綠微囊藻的影響圖；
[0037] 圖4是KMnO4預(yù)氧化時(shí)間對(duì)斜生柵藻的影響圖；
[0038] 圖5是pH值對(duì)銅綠微囊藻去除率的影響圖；
[0039] 圖6是pH值對(duì)斜生柵藻去除率的影響圖。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。
[0041] 實(shí)施例的基本操作基于混凝沉淀，即向經(jīng)過(guò)KMnO4預(yù)氧化的藻液體系中投加納米 Fe 3O4與PAM作為混凝劑和助凝劑，對(duì)體系中的藻類(lèi)進(jìn)行去除。具體操作為在IOOmL的燒杯 中加入50mL吸光度值在0. 25左右（數(shù)量級(jí)為IO6個(gè)/mL)的藻液，KMnO4預(yù)氧化攪拌時(shí)間 為15min，轉(zhuǎn)速200r/min ;投加混凝劑后的攪拌條件為，沉淀時(shí)不需要加磁場(chǎng)沉淀的體系先 以200r/min的轉(zhuǎn)速快攪2min，再以100r/min慢攪IOmin,最終沉淀60min ;加磁場(chǎng)沉淀的 體系只快攪2min后加磁場(chǎng)沉淀lOmin。沉淀后在體系1/2高度處取樣測(cè)定吸光度確定其濃 度，并計(jì)算去除率。選定KMnO 4濃度I. 5mg/L、Fe3O4濃度50mg/L、PAM濃度0. 3mg/L為效果 試驗(yàn)的基本條件。
[0042] 實(shí)施例1 :納米Fe3O4與PAM配合對(duì)藻的影響
[0043] 圖1和圖2分別是對(duì)銅綠微囊藻和斜生柵藻去除效果圖，從圖1和圖2中可知，單 獨(dú)投加KMnO 4對(duì)藻進(jìn)行氧化也會(huì)有一定的去除效果，但對(duì)兩種藻的去除率都達(dá)不到30%。
[0044] KMnO4預(yù)氧化后加入納米Fe3O4對(duì)藻的去除率有一定的提升，不加磁場(chǎng)沉降60min 對(duì)斜生柵藻的去除率為40%，銅綠微囊藻的去除率可達(dá)到50 %，加磁場(chǎng)沉降銅綠微囊藻的 去除率接近65 %，斜生柵藻可以達(dá)到70 %。
[0045] 為了進(jìn)一步提高藻的去除率，向體系中加入PAM來(lái)增強(qiáng)體系的混凝效果。如圖1 和圖2所示，雖然在加磁場(chǎng)沉降的條件下，向體系中同時(shí)添加納米Fe 3O4和PAM對(duì)藻的去除 率比不加PAM提高的很小，但在不加磁場(chǎng)沉降的條件下，同時(shí)添加納米Fe 3O4和PAM的體系 藻去除率可達(dá)60%以上，要高出只添加納米Fe3O 4的體系20%左右。對(duì)于銅綠微囊藻體系， 同時(shí)添加納米Fe3O4和PAM的體系在不加磁場(chǎng)沉降的條件下比只添加納米Fe 3O4的體系高出 近20%，而加磁場(chǎng)沉降的條件下去除率可達(dá)到90%，高出只添加納米Fe 3O4的體系30%。
[0046] 由此可以看出，在KMnO4預(yù)氧化的條件下，納米Fe3O 4和PAM作為混凝劑相互配合 作用，在藥品投加量相對(duì)較低的情況下，能夠很大程度上提高藻的去除率和沉降速率。
[0047] 實(shí)施例2 :KMnO4預(yù)氧化時(shí)間對(duì)藻的影響
[0048] 圖3和圖4分別為KMnO4預(yù)氧化時(shí)間對(duì)銅綠微囊藻和斜生柵藻去除率的影響圖。 從圖3和圖4可以看出，預(yù)氧化時(shí)間對(duì)兩種藻去除率的影響顯示出相同的趨勢(shì)，預(yù)氧化時(shí)間 的增加能夠提高藻的去除率，但提高的幅度隨著預(yù)氧化時(shí)間的增加而減少。KMnO 4預(yù)氧化時(shí) 間從5min增加到15min，銅綠微囊藻的去除率增長(zhǎng)了 30%左右，斜生柵藻的去除率增長(zhǎng)了 20%左右；但預(yù)氧化時(shí)間從15min增加到30min，銅綠微囊藻和斜生柵藻的去除率變化都很 小。5min的預(yù)氧化在一定程度上抑制了藻類(lèi)的活性，對(duì)混凝沉淀有一定的幫助。15min的 預(yù)氧化進(jìn)一步抑制了藻類(lèi)的活性，提升了藻的去除率。而30min的預(yù)氧化雖然進(jìn)一步抑制 了藻的活性，甚至使藻完全失活，但從綜合藻去除率結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，15min的預(yù)氧化 完全可以滿(mǎn)足混凝沉淀對(duì)于藻類(lèi)失活的要求。
[0049] 實(shí)施例3 :pH值對(duì)藻去除率的影響
[0050] 圖5和圖6是pH值對(duì)藻去除率的影響效果圖。在不加磁場(chǎng)沉降的條件下，KMnO4 預(yù)氧化條件下納米Fe3O4與PAM配合作用去除銅綠微囊藻和斜生柵藻的去除效果顯示出了 相同的趨勢(shì)：酸性條件下幾乎沒(méi)有去除率，隨著PH值的增加去除率明顯增加，在pH值為11 時(shí)，銅綠微囊藻的去除率最高位70%，斜生柵藻為60%。在加磁場(chǎng)的條件下，兩種藻在酸性 條件下也是去除率不足10%，而堿性條件下，銅綠微囊藻的去除率隨著PH值增長(zhǎng)而增加， 最高去除率85%出現(xiàn)在pH值為11，斜生柵藻的最高去除率80%則出現(xiàn)在pH值等于9, pH 值等于10及11的去除率反而逐漸降低。雖然KMnO4在酸性條件下的預(yù)氧化效果更好，但 PAM在堿性條件下會(huì)有更好的混凝效果。
[0051] 由此可以得出結(jié)論，pH值對(duì)于KMnO4預(yù)氧化后加入納米Fe3O 4和PAM配合除藻這種 方法作用于兩種不同藻類(lèi)產(chǎn)生的影響是相似的：PH值越高，藻去除率越高。
[0052] 以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú) 需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù) 人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的 技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、對(duì)藻液進(jìn)行預(yù)氧化； 步驟二、調(diào)節(jié)藻液的pH值至堿性； 步驟三、在藻液中加入納米四氧化三鐵和聚丙烯酰胺； 步驟四、藻液經(jīng)攪拌后沉降，藻液中的藻被去除。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，步 驟一中，選用高錳酸鉀對(duì)所述藻液進(jìn)行預(yù)氧化。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，步 驟一中，所述預(yù)氧化的時(shí)間為5?30min。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，步 驟一中，所述預(yù)氧化的時(shí)間為15min。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，步 驟一中，進(jìn)行所述預(yù)氧化時(shí)需不斷攪拌，轉(zhuǎn)速200r/min。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，步 驟四中，所述沉降為不加磁場(chǎng)沉降，沉降時(shí)間為60min。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，進(jìn) 行所述不加磁場(chǎng)沉降前，先以200r/min的轉(zhuǎn)速快攪2min，再以100r/min慢攪lOmin。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，步 驟四中，所述沉降為加磁場(chǎng)沉降，沉降時(shí)間為lOmin。
9. 如權(quán)利要求9所述的一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，進(jìn) 行所述加磁場(chǎng)沉降前，攪拌2min。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種利用納米鐵材料去除水體中藻類(lèi)的方法，其特征在于，所 述藻為銅綠微囊藻或斜生柵藻。
【文檔編號(hào)】C02F9/04GK104211226SQ201410471423
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】張波, 何義亮 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)