一种利用碳中心自由基除藻的方法与流程

文档序号:21314730发布日期:2020-06-30 20:43阅读:1207来源:国知局
一种利用碳中心自由基除藻的方法与流程

本发明属于水处理技术领域,更具体地,涉及一种利用碳中心自由基除藻的方法。



背景技术:

目前,我国大部分湖泊水体仍然呈现富营养化状态。湖泊富营养化容易在夏季气温升高时产生藻类水华,从而对水体水质和生态系统造成不利的影响,进而影响人类的生活和健康。水华爆发时常有如下几个方面的危害:藻类的过量繁殖会阻隔阳光,限制水生植物的光合作用产氧,破坏水生系统,造成水产养殖区经济损失;水华造成的水体透明度下降、动植物漂浮还会影响水域景观,带来一系列的社会问题;藻类产生的嗅味物质影响人类对水体的直观感受,降低居民生活质量,同时产生的藻毒素会极大威胁人类健康。目前针对藻类的处理包括化学法、物理法等方式,但是不同方法的使用又会带来不同的问题。比如水厂中常用的加氯除藻的方法会生成氯代消毒副产物,这些副产物具有致癌、致畸、致突变的“三致”作用;一些杀藻剂如硫酸铜在使用时也会对环境造成重金属污染。常用的物理处理方法如紫外辐照虽然可以有效杀藻,同时安全可靠,但也存在灭藻效率不高、作用时间长、耗能较大等缺点。



技术实现要素:

针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种利用碳中心自由基除藻的方法,采用过氧有机酸中所含过氧键断裂后生成的碳中心自由基除藻,由此解决现有技术常用的除藻技术或存在安全风险,或作用时间长、能耗大等的技术问题。

为实现上述目的,本发明提供了一种利用碳中心自由基除藻的方法,向含有藻细胞的水体中投加过氧有机酸,在活化剂作用下使所述过氧有机酸中的过氧键断裂生成碳中心自由基,利用该碳中心自由基的氧化作用降低所述水体中藻细胞的浓度。

优选地,所述过氧有机酸为过氧甲酸、过氧乙酸、过氧丙酸和过氧丁酸中的一种或多种。

优选地,处理前所述水体中藻细胞的含量为1×104-1×1010个/l。

优选地,所述活化剂为过渡金属、过渡金属离子、过渡金属氧化物和紫外光中的一种或多种。

优选地,对于含有1×104-1×1010个/l藻细胞的水体,其过氧有机酸的投加量为1-35mg/l。

优选地,所述活化剂为过渡金属、过渡金属离子和过渡金属氧化物中的一种或多种,对于含有1×104-1×1010个/l藻细胞的水体,添加活化剂使活化剂的浓度为0.001-10mm。

优选地,所述活化剂为紫外光,其波长范围为10-400nm,紫外光照时间不超过1小时。

优选地,该方法将所述过氧有机酸、活化剂和含有藻细胞的水体混合后,使之反应5-120min,以利用所述碳中心自由基的氧化作用降低所述水体中藻细胞的浓度。

总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:

(1)本发明提供的一种利用碳中心自由基除藻的方法,将过氧有机酸与含有藻类的水体混合,在活化剂作用下使所述过氧有机酸中的过氧键断裂生成碳中心自由基,利用该碳中心自由基的氧化作用降低所述水体中藻细胞的浓度。与氯代消毒剂不同,过氧有机酸由于本身不含有氯原子,因此在使用过程中不可能产生氯代副产物,具有极高的安全性。而过氧有机酸中所含过氧键在断裂后可生成乙酸自由基、乙酰自由基、丙酸自由基等一系列碳中心自由基和羟基自由基,具有很强的氧化能力,可强化破坏藻细胞,实验证明活化过氧有机酸能够实现高效除藻。

(2)本发明提供的利用碳中心自由基除藻的方法,通过紫外辐射和过氧有机酸消毒剂或者过典型渡金属和过氧有机酸联用来提高除藻效果。对于含有1×109个藻细胞的水体,本发明的方法除藻率可达到90%以上。

(3)本发明中,只需在高藻水中投加适量过氧有机酸,同时对其进行活化即可达到高效除藻效果。如用于水处理厂且采用过渡金属活化,只需添加投药设备即可,改造方便,基建费用低;若采用紫外活化也只需增加投药设备和紫外灯即可。

(4)本发明采用的试剂(过氧有机酸)长期广泛用于饮用水和污水消毒、污泥处理、综合污水溢流口消毒和船舶压舱水处理等方面,原料易得可靠。

(5)本发明作为一种高效快捷的除藻方法,可以用于多种含藻水体的处理,如:藻类爆发时自来水厂的应急处理,景观水处理、游泳池池水处理、船舶压舱水处理等。

附图说明

图1是本发明实施例1在不同体系下的藻去除效果图。

图2是本发明实施例2在不同体系下的藻去除效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的一种利用碳中心自由基除藻的方法,在含有藻细胞的水体中,投加过氧有机酸与活化剂,在活化剂作用下使所述过氧有机酸中的过氧键断裂生成碳中心自由基,利用该碳中心自由基的氧化作用降低所述水体中藻细胞的浓度。

本发明提供的除藻方法,原理在于:活化过氧有机酸够产生一系列碳中心自由基,此外还可能产生羟基自由基(ho·),具有极强氧化性,对藻有一定的氧化能力,以紫外活化过氧乙酸为例,其产生碳中心自由基(ch3co2·,ch3·,ch3o2·,ch3co3·等)和ho·典型方程见(1)~(4);碳中心自由基作为不带电的中性有机自由基,更易于传递到电负性的藻细胞表面;碳中心自由基对生物具有选择氧化性,能够高效地氧化藻细胞。以紫外活化过氧乙酸为例,其与常见的紫外活化过氧化氢相比,能够在单位时间内产生更多的自由基,同时额外产生的碳中心自由基能够选择性除藻,因此紫外活化过氧乙酸体系的除藻效率远远高于常用的紫外活化过氧化氢体系。此外,由于体系还可产生ho·,因此还能够同步去除藻产生的嗅味物质和藻毒素;且由于活化有机酸产生碳中心自由基的产物主要是五毒或低毒的小分子羧酸,因此安全性较高。

本发明采用的试剂(过氧有机酸)长期广泛用于饮用水和污水消毒、污泥处理、综合污水溢流口消毒和船舶压舱水处理等方面,原料易得可靠。本发明所述过氧有机酸为过氧甲酸、过氧乙酸、过氧丙酸和过氧丁酸中的一种或多种。其中过氧甲酸由于不够稳定,存储要求较高,优选的过氧有机酸为过氧乙酸、过氧丙酸和过氧丁酸。过氧有机酸由于自身稳定性问题,一般现配现用,配置方法同现用技术常用的方法。

本发明作为一种高效快捷的除藻方法,可以用于多种含藻水体的处理,如:藻类爆发时自来水厂的应急处理,景观水处理、游泳池池水处理、船舶压舱水处理等。

本发明所述方法能够降低水体中的藻细胞的浓度,能够用于处理各种藻细胞浓度的水体,一些实施例中,所述含有藻类的水体中藻细胞的含量为1×104-1×1010个/l时,其除藻率也可达90%以上。

一些实施例中,所述活化剂为过渡金属、过渡金属离子、过渡金属氧化物和紫外光中的一种或多种。过渡金属比如零价铁等;过渡金属离子比如铁离子、亚铁离子、钴离子或锰离子等;过渡金属氧化物比如四氧化三铁、三氧化二铁、氧化钴或二氧化锰等。紫外光可以为长波紫外光(uva,320-400nm)、中波紫外光(uvb,290-320nm)、短波紫外光(uvc,200-280nm)或真空紫外光(vuv,10-200nm);所用紫外灯可以为低压汞灯、高压汞灯、led紫外灯、准分子放电灯、短弧氙气灯等。从节省能耗的角度考虑,优选紫外光照不超过1小时,进一步优选控制在30分钟以内。

本发明将过氧有机酸投加到高藻水中,并使之和藻细胞充分混合。过氧有机酸投加量根据水中藻细胞数目而定,一些实施例中,对于含有1×104-1×1010个/l藻细胞的水体,其过氧有机酸的添加量为1-35mg/l,优选为5-20mg/l。

一些实施例中,活化剂为过渡金属、过渡金属离子或过渡金属氧化物时,对于含有1×104-1×1010个/l藻细胞的水体,添加该活化剂使其浓度为0.001-10mm,优选为0.5-5mm。

一些实施例中,将所述过氧有机酸、活化剂和含有藻类的水体混合后,反应5-120min,以利用碳中心自由基的氧化作用降低所述水体中藻细胞的浓度。

本发明的目的在于针对含藻水及景观水体等,克服目前常用除藻方法的不足,提供一种利用碳中心自由基除藻的方法:该方法具有除藻效果好,无毒害副产物生成,便于操作和实施等优点。

本发明针对水体中的藻类水华,采用碳中心自由基除藻,步骤包括:将过氧有机酸投加到高藻水中,投加活化剂活化,然后利用活化后产生的活性自由基除藻。该方法能够产生强氧化性的碳中心自由基,并可同步生成强氧化性的羟基自由基,不仅能够去除藻类,对藻毒素、嗅味物质、有机污染物、细菌等也具有良好的去除效果。本发明主要用于各种出现水华的水体的处理,也可用于景观水、船舶压舱水的处理。

以下为实施例:

实施例1

某水源水因富营养化使得水华爆发,水中铜绿微囊藻含量达到了1×109个/l。采用本发明方法对上述含藻水进行处理:

步骤一:将该水源水引入装有紫外灯的蓄水装置,该装置内安装搅拌设备用于搅拌;

步骤二:投加过氧乙酸,过氧乙酸投加量为7.2mg/l,开启搅拌设备;

步骤三:打开紫外灯(紫外线波长:254nm),光强为1μe/l,照射15min。

藻的去除效果如图1所示,图中n/n0表示藻的存活率,同时对比了单独紫外(uv)、单独过氧乙酸(paa)和紫外/过氧化氢(uv/h2o2)在给定条件下的处理效果,可以看出紫外活化过氧乙酸体系(uv/paa)表现出明显的协同强化除藻效能。经过15min反应后,藻细胞去除率实测达到了90%(ln(n/n0)=-2.3),除藻效果极好,且显著优于传统的紫外活化过氧化氢体系。

实施例2

某水源水因富营养化使得水华爆发,水中铜绿微囊藻含量达到了1×109个/l。采用本发明方法对上述含藻水进行处理:

步骤一:将该水源水引入内置搅拌设备的蓄水装置;

步骤二:投加过氧乙酸,过氧乙酸投加量为14.0mg/l,投加1mm过渡金属二氯化钴,开启搅拌设备;

藻的去除效果如图2所示,图中n/n0表示藻的存活率,单独二氯化钴(cocl2)无法有效除藻,单独过氧乙酸(paa)经过10min反应对藻的去除率仅有18%(ln(n/n0)=-0.2),二氯化钴/过氧化氢(cocl2/h2o2)对藻几乎无去除,而二氯化钴/过氧乙酸体系(cocl2/paa)则表现出明显的协同强化除藻效能。经过10min反应后,藻细胞去除率实测达到了97%(ln(n/n0)=-3.5)。

本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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