一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法
【专利摘要】本发明公开了一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法，具体包括以下步骤：调节蓝藻的pH为酸性；向酸性的蓝藻中加入氧化剂，然后进行微波辐射处理；将经过微波辐射处理的蓝藻进行压滤脱水，完成对蓝藻的处理。本发明可对大批量打捞的蓝藻进行脱毒和快速脱水处理，设备简单，使用成本低，操作维护方便，脱水程度高，蓝藻体积大大降低，脱毒彻底，不产生二次污染，具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蓝藻污染治理【技术领域】，尤其涉及一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法。
【背景技术】
[0002]富营养化水体爆发藻类形成水华，是一个全球性问题。近二十几年来，随着工农业迅速发展，人口剧增，城镇化加速，大量未经有效处理的生活污水和工农业生产废水排入江河湖海，使水环境受到严重污染，许多水体的富营养化程度加剧。而水体富营养化导致许多淡水湖泊水华泛滥、海湾赤潮频发，大量蓝藻释放的有毒物质(藻毒素)、蓝藻死亡后释放的致臭物质和有机物使得局部水质和空气质量严重恶化，严重危及渔业和饮用水安全，破坏了景观水体的水质。目前主要通过打捞以控制蓝藻生长，改善水体水质，提升水质生态环境。
[0003]打捞蓝藻所得的富藻的含水率一般为95%?99%，在蓝藻爆发期间，仅太湖每天就有数千吨的蓝藻被打捞或过滤处理。打捞出来的蓝藻由于含水率过高，给运输、贮存带来很大的成本，也给最终处置带来极大的困难；而且蓝藻极易腐烂，腐烂后产生恶臭，给周围环境带来诸多不良影响，故必须快速处理蓝藻。如果直接将蓝藻进行填埋，则占用了日益紧缺的土地资源；由于蓝藻含水率较高，亦不适合焚烧处置。而且蓝藻中含有大量蓝藻毒素，蓝藻毒素是细胞内毒素，细胞破裂释放出来并表现毒性，主要由铜绿微囊藻、鱼腥藻、颤藻以及绿色微囊藻等产生，对环境造成很大的影响。
[0004]对打捞出水的蓝藻进行脱水处理，从而减小蓝藻体积，是实现蓝藻安全处置和资源化利用的前提条件。目前，国内外对蓝藻脱水技术已有一些研究，蓝藻脱水方法以机械脱水为主，但在机械脱水前需进行调理，以破坏蓝藻的胶体结构、藻水间的亲和力，改善脱水性能。目前蓝藻脱水普遍采用的调理方法是化学调理，即在蓝藻中加入适量混凝剂、助凝剂等化学药剂，中和蓝藻颗粒所带电荷，减小蓝藻颗粒与水分子的亲和力，促使蓝藻颗粒絮凝，从而改善蓝藻的脱水性能。传统的调理剂包括无机絮凝剂和有机絮凝剂，常用的有三氯化铁、明矶、聚铁、聚铝、PAM、PAC、石灰、粉煤灰、黏土等，这些絮凝剂不仅可以单独使用，还可联合使用。就目前的处理效果来看，使用絮凝剂调理后的蓝藻经机械脱水得到的蓝藻泥饼含水率仍然高达75%?90%，同时这些处理方法不仅添加的絮凝剂的成本较高，而且脱水后的泥饼还不能满足填埋或焚烧要求，而残留在蓝藻渣中的絮凝剂却会对周围环境产生长久的生态风险。采用石灰、粉煤灰等骨架构建体调理蓝藻，蓝藻渣的含水率可以降到57%?87%，然而骨架构建体的投加量较大，不仅极大地增加了需处理的蓝藻渣的体积，也不利于后续的焚烧、填埋等处置。同时也有采用生物浙浸法(专利申请号:201210437145.9)来促进蓝藻的深度脱水，该法耗时长，要经历48?72h，且脱水程度不高，脱水后的蓝藻含水率为70%，而且不能去除蓝藻中的毒素。
[0005]因此，研究一种对蓝藻具有高效快速脱水效果，并且可以去除蓝藻中毒素的技术具有重要意义。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是针对蓝藻打捞出水后的富藻水含水率很高不利于后续运输及最终处置，以及现有蓝藻脱水方法存在的使用絮凝剂脱水后含水率仍然偏高，使用粉煤灰、石灰等脱水后需处理的蓝藻体积量增加等技术问题，提供一种能耗低、高效快速的同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法。
[0007]为解决上述技术问题，提供了一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法，包括以下步骤:
(1)调节蓝藻的pH为酸性；
(2)向酸性的蓝藻中加入氧化剂，然后进行微波辐射处理；
(3)将步骤(2)中经过微波辐射处理的蓝藻进行压滤脱水，完成对蓝藻的处理。
[0008]上述的方法中，优选的，在步骤(I)中加入无机酸调节蓝藻的pH为酸性。
[0009]上述的方法中，优选的，无机酸为浓硫酸、浓硝酸或浓盐酸。
[0010]上述的方法中，优选的，步骤(I)中蓝藻的pH为2?5。
[0011]上述的方法中，优选的，步骤(2)中氧化剂为过氧化氢或过氧乙酸。
[0012]上述的方法中，优选的，步骤(2)中是氧化剂的加入量为1.3?2.5mol/kg。
[0013]上述的方法中，优选的，步骤(2)中微波辐射处理的微波温度为110?130°C，微波处理时间为15?25min。
[0014]上述的方法中，优选的，步骤(2)中，在微波辐射处理的过程中对蓝藻进行搅拌处理，搅拌处理的速度为40?100r/min。
[0015]上述的方法中，优选的，步骤(3)中采用压滤机进行压滤脱水，压滤机的滤布的孔隙孔径为10?30 μ m。
[0016]上述的方法中，优选的，压滤机为隔膜压滤机、板框压滤机或厢式压滤机。
[0017]本发明的创新点在于:
利用氧化剂在酸性溶液中，通过微波辐射下产生具有强氧化性的羟基自由基(-0H),联合微波的热效应和非热效应，破坏蓝藻的胶体结构、藻水间的亲和力，释放结合水，提高蓝藻的脱水性；另外微波/过氧化氢联合作用后，合适的微波还可提高氧化剂的氧化能力，使蓝藻细胞裂解，释放细胞内含物，促进后续的蓝藻的脱水性能，并降低能耗。
[0018]同时由于蓝藻中释放的细胞内毒性煮沸后不失活，具有热稳定性，可抗pH值变化，易溶于水、甲醇或丙酮，常温下不与酸碱反应，在水中是中性或带负电荷的分子团，是一种分子量低、无免疫原性的毒素，一般的处理方法并不能去除蓝藻中的细胞内毒素。本发明利用氧化剂的强氧化性，打断了蓝藻细胞内毒素结构中的C=C双键，有机物分子量变小、极性增强，从而是蓝藻毒素得到去除。
[0019]在对蓝藻进行脱水和脱毒的过程中，酸化、氧化剂处理以及微波处理三者是相互促进，缺一不可的，如果缺少其中一个步骤，蓝藻的脱水和脱毒效果与未经处理的蓝藻相比并没有任何改变。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点在于:
(I)本发明采用微波联合酸化、氧化技术，对蓝藻进行脱水和脱毒处理，使蓝藻中毛细吸水时间大大降低，将蓝藻中的难以脱去的毛细水和吸附水变成易去除的重力水，使得蓝藻脱水程度高，脱水后的蓝藻渣含水率仅为45?55%，同时蓝藻的重量和体积大大减少，极大地降低了后续处理费用，并有利于蓝藻的后续处置。该法不仅能快速高效的用于蓝藻脱水，还能有效去除蓝藻中毒素。
[0021](2)本发明采用压滤机对蓝藻进行压滤脱水，压滤机中装有孔隙孔径极小的滤布；蓝藻经微波加酸化氧化处理后，滤布不易堵塞，不仅压滤速度快，而且固体回收率高达95%以上。
[0022](3)本发明对蓝藻进行脱水和脱毒处理后，热值下降不到5%，非常适用于堆肥、干化、焚烧、生产生物质燃料、饲料。
[0023](4)本发明方法工艺简单、操作方便、设备所需投资少，且运行成本较低，脱水时间短，处理速度快，便于大规模化工业生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0025]图1为本发明实施例4中不同浓度氧化剂对处理后的蓝藻干基中微囊藻毒素的影响曲线图。
[0026]图2为本发明实施例5中不同微波温度对处理后的蓝藻干基中微囊藻毒素的的影响曲线图。
[0027]图3为本发明实施例6中不同微波处理时间对处理后的蓝藻干基中微囊藻毒素的的影响曲线图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例
[0029]以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
[0030]实施例1
一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法，具体包括以下步骤:
(O向打捞上来的蓝藻(初始含水率为98%)中加入浓硝酸并搅拌均匀，调节蓝藻的pH为3。
[0031](2)向步骤(I)中pH为3的蓝藻中加入1.8mol /kg蓝藻干重的过氧化氢溶液，搅拌均勻，然后在120°C下微波福射处理25min。在微波处理的同时以搅拌速度为80 r/min的速度快速搅拌蓝藻。
[0032](3)将步骤(2)后得到蓝藻经板框压滤机压滤脱水。该板框压滤机滤布孔隙孔径为 15 μ m。
[0033]本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间大于89s,干基热值19.89 MJ/kg,干基微囊藻毒素含量9237μ g/kg。经实施例1的步骤(2)处理后的蓝藻毛细吸水时间为16s，脱水后的蓝藻含水率52%,固体回收率95.6%,干基热值19.34 MJ/kg,干基微囊藻毒素含量57 μ g/kg。
[0034]实施例2
一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法，具体包括以下步骤:
(O向打捞上来的蓝藻(初始含水率为95%)中加入浓硫酸并搅拌均匀，调节蓝藻的pH为2。
[0035](2)向步骤(I)中pH为2的蓝藻中加入2.5mol /kg蓝藻干重的过氧乙酸溶液，搅拌均勻，然后在130°C下微波福射处理20min。在微波处理的同时以搅拌速度为100 r/min的速度快速搅拌蓝藻。
[0036](3)将步骤(2)后得到蓝藻经厢式压滤机压滤脱水。该厢式压滤机滤布的孔隙孔径为30 μ m。
[0037]本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间365s，干基热值20.48 MJ/kg，干基微囊藻毒素含量11245 μ g/kg。经实施例2的步骤(2)处理后的蓝藻毛细吸水时间为34s，脱水后的蓝藻含水率48%,固体回收率98.1%,干基热值19.94 MJ/kg,干基微囊藻毒素含量86 μ g/kg。
[0038]实施例3
一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法，具体包括以下步骤:
(O向打捞上来的蓝藻(初始含水率为99%)中加入浓盐酸并搅拌均匀，调节蓝藻的pH为5。
[0039](2)向步骤(I)中pH为5的蓝藻中加入1.3mol /kg蓝藻干重的过氧乙酸溶液，搅拌均勻，然后在110°C下微波福射处理15min。在微波处理的同时以搅拌速度为40 r/min的速度快速搅拌蓝藻。
[0040](3)将步骤(2)后得到蓝藻经隔膜压滤机压滤脱水。该隔膜压滤机滤布的孔隙孔径为10 μ m。
[0041]本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间76s，干基热值19.45 MJ/kg，干基微囊藻毒素含量6579 μ g/kg。经实施例3的步骤(2)处理后的蓝藻毛细吸水时间为9s，脱水后的蓝藻含水率55%，固体回收率96.2%，干基热值19.12 MJ/kg，干基微囊藻毒素含量65 μ g/kg。
[0042]实施例4
一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法，具体包括以下步骤:
(O向打捞上来的蓝藻(初始含水率为98%)中加入浓硫酸并搅拌均匀，调节蓝藻的pH为4。
[0043](2)向步骤(I)中pH为4的蓝藻中分别加入浓度为O?3mol /kg蓝藻干重的过氧化氢溶液，搅拌均勻，然后在125°C下微波福射处理18min。在微波处理的同时以搅拌速度为70 r/min的速度快速搅拌蓝藻。
[0044](3)将步骤(2)后得到蓝藻经厢式压滤机压滤脱水。该厢式压滤机滤布的孔隙孔径为25 μ m。
[0045]本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间107s，干基热值21.73 MJ/kg，干基微囊藻毒素含量7895 μ g/kg。经实施例4的步骤(2)处理后的蓝藻毛细吸水时间和脱水后的蓝藻干基微囊藻毒素含量参见图1。从图1中可知:氧化剂的加入量为1.3?2.5mol/kg时，蓝藻内的毒素含量较低。
[0046]同时，当过氧化氢溶液添加量为2mol/kg蓝藻干重时，脱水后的蓝藻含水率50%，固体回收率97.0%，干基热值21.20 MJ/kg。
[0047]实施例5
一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法，具体包括以下步骤:
(O向打捞上来的蓝藻(初始含水率为96%)中加入浓盐酸并搅拌均匀，调节蓝藻的pH为3。
[0048](2)向步骤(I)中pH为3的蓝藻中加入2.0mol /kg蓝藻干重的过氧化氢溶液，搅拌均勻，然后在温度分别为O?150°C下微波福射处理23min。在微波处理的同时以搅拌速度为90 r/min的速度快速搅拌蓝藻。
[0049](3)将步骤(2)后得到蓝藻经隔膜压滤机压滤脱水。该隔膜压滤机滤布的孔隙孔径为20 μ m。
[0050]本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间251s，干基热值20.15 MJ/kg，干基微囊藻毒素含量8572 μ g/kg。经实施例5的步骤(2)处理后的蓝藻毛细吸水时间和脱水后的蓝藻干基微囊藻毒素含量见图2。从图2中可知:微波辐射处理的微波温度为110?130°C，蓝藻内的毒素含量较低。
[0051]同时，微波温度为120°C时，脱水后的蓝藻含水率45%，固体回收率96.5%，干基热值 19.68 MJ/kg。
[0052]实施例6
一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法，具体包括以下步骤:
(O向打捞上来的蓝藻(初始含水率为97%)中加入浓盐酸并搅拌均匀，调节蓝藻的pH为4。
[0053](2)向步骤(I)中pH为4的蓝藻中加入1.6mol/kg蓝藻干重的过氧乙酸溶液，搅拌均勻，然后分别在120°C下微波福射处理O?30min。在微波处理的同时以搅拌速度为60r/min的速度快速搅拌蓝藻。
[0054](3)将步骤(2)后得到蓝藻经板框压滤机压滤脱水。该板框压滤机滤布的孔隙孔径为15 μ m。
[0055]本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间187s，干基热值19.32 MJ/kg，干基微囊藻毒素含量9846 μ g/kg。经实施例6的步骤(2)处理后的蓝藻毛细吸水时间和脱水后的蓝藻干基微囊藻毒素含量见图3。从图3中可知:微波处理时间为15?25min，蓝藻内的毒素含量较低。
[0056]同时，当微波时间为18min时，脱水后的蓝藻含水率53%，固体回收率96.5%，干基热值 18.87 MJ/kg。
[0057]以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种同时对蓝藻进行脱毒和脱水的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)调节蓝藻的pH为酸性； (2)向酸性的蓝藻中加入氧化剂，然后进行微波辐射处理； (3)将步骤(2)中经过微波辐射处理的蓝藻进行压滤脱水，完成对蓝藻的处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中加入无机酸调节所述蓝藻的pH为酸性。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无机酸为浓硫酸、浓硝酸或浓盐酸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述蓝藻的pH为2?5。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述氧化剂为过氧化氢或过氧乙酸。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中是所述氧化剂的加入量为1.3?2.5mol/kg。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述微波辐射处理的微波温度为110?130°C，微波处理时间为15?25min。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在所述微波辐射处理的过程中对所述蓝藻进行搅拌处理，所述搅拌处理的速度为40?lOOr/min。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用压滤机进行压滤脱水，所述压滤机的滤布的孔隙孔径为10?30μπι。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压滤机为隔膜压滤机、板框压滤机或厢式压滤机。
【文档编号】B01J19/12GK104399315SQ201410683997
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】袁兴中, 肖智华, 陈晓红, 李飞, 蒋龙波, 王侯, 吴志斌, 曹亮, 曾光明 申请人:湖南大学