超声强化混凝处理铜绿微囊藻的效果及机理研究

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在过去的几十年中,水体富营养化引起了人们大量的关注。水体富营养化会引起藻类水华,进而影响水体生态和水体功能。尤其是当含藻水体作为饮用水水源时,会增加水处理难度,影响水厂稳定运行;释放的毒素和致嗅物质甚至产生消毒副产物会影响水质的安全性。超声处理由于其具有的机械和化学效应而备受关注,目前有很多对于超声在控制水华和强化混凝方面的研究,但是仍然没有推荐的组合。基于以上研究,本文采用水华中常见的优势种—铜绿微囊藻作为研究对象,特别针对超声作为预处理手段,对于后续工艺特别是混凝沉淀的影响,主要包括以下几个方面:(1)通过混凝试验,研究三种典型混凝剂:铝盐(PAC、Al2(SO43)和铁盐(FeCl3)对于不同含藻原水的处理效果。结果表明,三种混凝剂在各自最佳投药量时混凝效果为:FeCl3>PAC>Al2(SO43,投药量分别为80mg/L、10mg/L和60mg/L。不同生长时期的混凝效果为:对数期>/≈稳定期2>稳定期1。针对于高低初始藻细胞浓度的混凝试验结果表明,两者的剩余浊度相差不大,初始浓度较高的含藻原水对于浊度和藻细胞的去除率更高。(2)选择PAC作为混凝剂,投加量为10mg/L,对经过不同参数的超声处理后的原水进行混凝试验,以从混凝效果的角度分析超声参数的选择。结果表明,频率、功率以及处理时间都会对混凝结果产生影响。其中,功率和时间的影响更为显著,过高的功率和时间会对混凝产生不利的影响。建议在较低的功率下处理,时间不超过5min为宜,本试验条件下建议的超声参数为:740kHz、0.02W/ml。(3)对于超声作用后的藻细胞形态和藻类有机物(AOM)变化进行了进一步的试验,通过扫描电镜观察细胞形态变化,通过三维荧光以及蛋白质、多糖含量的检测、藻液SUVA和zeta电位的变化分析物质变化情况,以从超声引起的变化角度分析其对于后续混凝影响的机理。结果表明,试验条件下,超声处理不会引起藻细胞裂解但会造成其形态功能的改变以及胞内气泡的塌陷。同时,超声处理会引起AOM尤其是EOM中蛋白质含量的变化,这直接影响混凝效果。进一步对于自由基含量的检测结合藻细胞的物质形态变化以及混凝结果,说明超声预处理对于混凝的影响是化学效应和机械效应共同作用的结果。(4)更进一步的超声-混凝联合试验以及连续流试验的结果表明,超声处理可以明显增加混凝剂在低剂量时的处理效果。在试验原水pH为偏碱性的情况下,混凝的主要机理为架桥、卷扫以及一定的电中和作用。连续运行4h的中试模型试验表明,超声可以有效强化藻细胞在沉淀阶段的去除(浊度的去除率提高30%左右),减小对于后续过滤的压力。本文从混凝效果的角度,分析了不同超声参数(频率、功率、时间)设置条件对于藻液的影响,以得出超声应用的具体参数设置策略,最后进行了初步的连续流试验,对于超声的扩大应用具有一定的意义。
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