絮凝-浮珠浮选法去除景观水体中优势藻的工艺优化及机理探究

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为探寻低耗高效解决景观水体中优势藻类泛滥的方法,本文提出絮凝-浮珠浮选法,即利用混合絮凝方案结合新型去除藻细胞方法——浮珠浮选工艺。对比单絮凝剂和混合絮凝剂的去除优势藻的效果及机制,总结出高效低成本的絮凝方案;在最佳絮凝方案的基础上,对比传统气泡浮选和新型浮珠浮选去除藻絮体的差异,提出最低耗高效的去除方案;为验证去除方案在实际富营养化治理中的可行性,对五个可能去除优势藻的影响因素进行响应面优化设计,筛选出显著因素,获得去除方案的预测模型和最佳去除参数,最后通过实验验证所得预测模型的可靠性。本文得到的主要研究结论如下:(1)在絮凝沉降法去除优势藻的实验中,发现混合絮凝剂的去除效果可达到较高水平(90%以上),比单絮凝剂的去除效果略高,且大大降低了絮凝剂的用量。为减少絮凝剂用量,以PAC为主要絮凝剂,壳聚糖为助凝剂的混合絮凝方案使两种优势藻的絮体凝聚程度更大,有利于絮体分离出水相。(2)不同类型的絮凝剂对藻细胞的去除机制存在差异。三氯化铁、PAC和壳聚糖不仅大大提高了藻细胞的表面疏水率,从而增加细胞间的疏水引力,加强了藻细胞的聚并,使得藻絮体易于分离出水相;而且都减少了藻细胞表面的带电荷数,使得藻细胞的带电荷数基本变为零的状态;同时促进了藻细胞的凝聚效应。其中,铜绿微囊藻比小球藻的疏水率高,三氯化铁的电性中和作用明显,壳聚糖的架桥作用明显最大。混合絮凝剂的使用同样也使得藻细胞快速脱稳,凝聚效应明显以架桥作用为主。(3)利用增加微藻絮体浮力,来达到微藻絮体快速分离出水相的过程中,以PAC为主要絮凝剂,壳聚糖为助凝剂的混合絮凝方案的基础上,絮凝-浮珠浮选法的去除效果远远高于絮凝-气泡浮选法。两种优势藻的絮体可以与硅硼酸钠浮珠吸附粘附在一起,形成微藻-浮珠共聚体上浮,达到分离的效果。(4)为验证和优化絮凝-浮珠浮选法去除实际水华景观水体中混合藻,通过Plackett-Burman Design筛选试验,确定了PAC/壳聚糖的比例浓度、pH和浮选时间(min)为混合藻去除率的显著影响因素。对这三种因素进行Box Behnken Design优化实验分析后,得出合理的拟合预测模型及回归方程。通过响应面优化分析,得出混合藻的最优去除参数为:PAC/壳聚糖的比例浓度25 mg/L/1.5 mg/L,pH 6.5,浮珠浓度300 mg/L,浮选时间9 min,混合藻原液。实验验证后所得去除率为85.21%与预测值相近,模型拟合合理,故絮凝-浮珠浮选法可以适用于去除水华期景观水体中混合藻,并达到较好的去除效果。
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