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研发高效,低成本的水絮凝剂是富营养化以及污水治理的关键之一。本文在实验室前期工作基础上,为降低原材料成本,增加水质处理效果,以改性粉煤灰替代壳聚糖复配磁铁矿粉制成的磁性絮凝剂对巢湖藻水以及生活污水进行处理。一方面作为富营养化水体治理的应急以及长期措施,另一方面减少生活污水中富营养成分向自然水体里的排放。主要研究结果如下:
1.磁性絮凝剂配比与投加量的优化
磁性絮凝剂的最佳复配量为粉煤灰与磁铁矿粉质量比1:1,在相同投加量下,该配比较其他比例的配比,有最佳的浊度去除率。
磁性絮凝剂的最佳投加量为200mg/L。粉煤灰复配磁铁矿粉后再进行酸改性来处理水样,在所有改性方法中处理效果最佳。
2.磁性絮凝剂对巢湖藻水以及生活污水的处理效果研究以及评价
(1)以磁性絮凝剂对巢湖藻水进行处理,并在0.5T的磁场作用下将絮体从水体中移出。结果表明,水体的总磷、总氮、COD以及浊度指标分别下降了97%、51%、78%和97%,Chl-a的含量下降近100%。同时对无藻水(巢湖藻水进行过滤)进行处理,水体的总磷、总氮、COD以及浊度分别下降了75%、16%、58%和87%。
在处理后的水中接入藻种培养发现,由于营养元素的去除,藻类无法在其中继续存活;碱性磷酸酶活性检测结果表明,处理后的水样中,磷酸酶活性急剧下降,意味着其将水体中的有机磷转化为藻类可以利用的正磷酸盐的能力下降,从而在一定程度上抑制了藻华的发生。
表明磁性絮凝剂不但能够清除水体中的藻类,而且对水体中的氮、磷等富营养元素有较好的去除能力。在放大的巢湖岸基流水实验中,磁性絮凝剂依然能够保持很好的处理效果。
对磁性絮凝剂以及处理前后的巢湖水样进行重金属检测,发现处理水中几乎所有重金属的含量均较处理前有不同程度的下降,表明磁性絮凝剂不但不会引入新的污染物,而且对重金属元素有一定的去除效果;对处理前后的巢湖水样进行了细胞毒性实验,发现经处理的细胞存活率基本维持在同一水平上,表明磁性絮凝剂的处理基本没有引入对细胞有毒害作用的物质。
(2)以磁性絮凝剂对生活污水进行处理,并在0.5T的磁场作用下将絮体从水体中移出,水体的总磷、总氮、COD以及浊度指标分别下降了85%、56%、77%和近100%。对于不含颗粒物的污水厂的出水进行处理时,依然可以达到一定效果,总磷、总氮和COD指标去除率还可以达到76%、18%和30%。由于污水厂出水中几乎没有任何颗粒物,这再次证明了磁性絮凝剂不但可以去除水体颗粒物中所带有的氮磷,而且对水体中溶解性的氮磷也有一定的吸附能力。
对经磁性絮凝剂处理前后的生活污水进行了紫外-可见光谱扫描,发现处理水中由于颗粒物以及溶解性污染物的去除,紫外一可见光的吸收大幅降低;检测了处理前后水样中的碱性磷酸酶活性,结果表明磁性絮凝剂的处理导致碱性磷酸酶活性大幅降低。
3.磁性絮凝剂净化水体机理的初步研究
检测了处理前后的巢湖水和生活污水ζ电位,发现随着磁性絮凝剂投加量的不断增大,ζ电位从负值趋向于变为正值,在最佳投加量时,ζ电位趋于0;对粉煤灰以及处理后产生的磁性絮体进行了扫描电镜观察。初步揭示了磁性絮凝剂净化水体的机理:改性粉煤灰通过化学絮凝和物理吸附双重作用于水体中颗粒物,降低了水中胶粒的ζ电位,破坏了水体中胶体的聚集稳定性,使胶粒相互聚集沉降,同时释放出的铁离子与水体中磷酸盐发生反应生成沉淀。磁铁矿粉为藻类等弱磁性物质提供有效的吸附表面,最终在外磁场的作用下实现藻类和水体的有效分离。