利用微氣泡水力空化強化混凝去除藍藻的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用微氣泡水力空化強化混凝去除藍藻的方法，包括如下步驟：（1）選用通用的微氣泡水力空化發(fā)生裝置；（2）將藻液放入所述微氣泡水力空化發(fā)生裝置的水箱中，開啟水泵，開始水力空化作用，基于水力空化的機械效應和熱效應，破壞細胞壁，殺滅藻體，同時超強氧化降解水中胞內(nèi)及胞外分泌物，實現(xiàn)對水質(zhì)的凈化；（3）經(jīng)過水力空化預處理后，再進行混凝過程，水力空化強化混凝效果。本發(fā)明首次公開利用微氣泡水力空化技術去除藻類，相對其他除藻法如化學藥劑法，更加高效、清潔，并且將水力空化技術與混凝沉淀相結合，提高除藻效率，降低混凝劑投加量。
【專利說明】利用微氣泡水力空化強化混凝去除藍藻的方法
[0001]【技術領域】:
本發(fā)明屬于水處理【技術領域】，涉及利用水力空化過程中產(chǎn)生的機械效應、熱效應、自由基效應等去除富營養(yǎng)化水體中藍藻的方法。
【背景技術】
[0002]水力空化現(xiàn)象是由流體流過一個收縮裝置(如幾何孔板)時產(chǎn)生的一種物理現(xiàn)象[I]。當液體流過孔板或其他空化器時，由于受到節(jié)流作用，流速劇增，壓力驟減，當壓力降至空化初生壓(一般為相應溫度下的飽和蒸汽壓)時就會產(chǎn)生大量的空化微氣泡[2]。微氣泡在隨液體流動過程中，遇到周圍壓力增大時，體積將急劇縮小或潰滅，潰滅過程發(fā)生于瞬間(微秒級)，空化微氣泡潰滅時將產(chǎn)生瞬時的局部高溫(5000° C)、高壓(50MPa以上)，即形成所謂的“熱點”，并能形成強烈的沖擊波和速度大于400km/h的微射流[3]。此外，在空化過程中產(chǎn)生的微氣泡爆破時，氣液界面消失，周圍環(huán)境劇烈改變產(chǎn)生的化學能促使大量羥基自由基生成[4]，羥基自由基具有超高的氧化還原電位。
[0003]目前我國70%以上的湖泊呈富營養(yǎng)狀態(tài)，滇池、太湖和巢湖等都出現(xiàn)藍藻泛濫的態(tài)勢。由于藻類密度低，沉降效果差，給以湖泊水庫為水源的飲用水處理帶來諸多危害[5]，藻類的過度繁殖常常引起濾床堵塞、產(chǎn)生異嗅味，影響凈水廠出水水質(zhì)；當藻類極度繁殖時，即使增大混凝劑、助凝劑和消毒劑等投加量也不能使飲用水水質(zhì)達標[6]，因此如何采用合理的措施強化飲用水中藻類的去除效率是給水處理面臨的一大課題?；炷撬幚淼幕締卧僮鳎梢暂^好地去除藻類，但混凝劑的消耗量大大提高，因此引起費用上升、副產(chǎn)物增加等不利后果。
[0004]水力空化技術具有高效、清潔、經(jīng)濟等優(yōu)點，其必然在除藻領域有著廣泛的應用前景，然而目前并未有人專門對水力空化除藻進行研究，也未有將水力空化技術與水廠現(xiàn)有工藝相結合的應用。
[0005]參考文獻
[1]張曉冬，李志義，武君等.水力空化對化學反應的強化效應[J].化工學報，2005，56(2):262-265.[2]沈壯志，林書玉.聲場中水力空化泡的動力學特性[J].物理學報，2011，60(8):379-388.[3]李志義，張曉冬，劉學武等.水力空化及其對化工過程的強化作用[J].化學工程，2004，32(4):27-29.[4]張磊，劉平，劉春，等.微氣泡及其在環(huán)境污染控制中的應用[J].河北工業(yè)科技，2011(1):61-65.[5]解軍，賈坤.水源水中藻類的危害及其去除技術[A].中國環(huán)境科學學會.2011中國環(huán)境科學學會學術年會論 文集(第一卷)[C].中國環(huán)境科學學會:，2011:5.492-496
[6]陳泉源，朱凌云，M.SALAS.高氣泡表面積通量浮選柱氣浮除藻的研究[J].環(huán)境污染治理技術與設備，2006(9): 75-79。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種針對富營養(yǎng)化水源的新型除藻技術，該工藝能夠通過水力空化過程高效去除水體中藻類，并對藻體分泌物進行降解。通過水力空化預處理，可以強化混凝工藝的除藻效果，并減少化學藥劑投加量。本發(fā)明通過大量實驗確定了該工藝的最佳工況條件。
[0007]為了達到以上目的，本發(fā)明給出的工藝技術方案是:
一種利用微氣泡水力空化強化混凝去除藍藻的方法，其特征在于，包括如下步驟:
(I)選用通用的能產(chǎn)生IOum — 200um直徑氣泡的微氣泡水力空化發(fā)生裝置；
所述水力空化發(fā)生裝置是由水箱、氣液混合水泵、微氣泡噴頭等部件組成，其結構設計和工作原理在本領域屬于已有技術，不是本發(fā)明技術方案對現(xiàn)有技術的貢獻之處。
[0008](2)將藻液放入所述微氣泡水力空化發(fā)生裝置的水箱中，開啟水泵，開始水力空化作用?；谒栈臋C械效應和熱效應，作用在藻細胞上時，可以破壞細胞壁，從而殺滅藻體。同時， 微氣泡爆破時，氣液界面突然消失，周圍環(huán)境劇烈變化產(chǎn)生的化學能促使羥基自由基的生成，其超強氧化作用可降解水中正常條件下難以氧化分解的胞內(nèi)及胞外分泌物，實現(xiàn)對水質(zhì)的凈化作用。
[0009]( 3 )經(jīng)過水力空化預處理后，再進行混凝過程，判斷水力空化強化混凝的效果。
[0010]目前尚無采用水力空化與現(xiàn)有水處理工藝(包括混凝在內(nèi))相結合的研究，本發(fā)明技術方案的創(chuàng)新點在于，首次提出采用水力空化技術對“混凝”過程除藻的強化。本發(fā)明首次公開利用微氣泡水力空化技術去除藻類，相對其他除藻法如化學藥劑法，更加高效、清潔，并且將水力空化技術與混凝沉淀相結合，提高除藻效率，降低混凝劑投加量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為微氣泡水力空化作用后，72h內(nèi)藻密度變化規(guī)律；
圖2為微氣泡水力空化作用后，3天內(nèi)葉綠素變化規(guī)律；
圖3為微氣泡水力空化強化混凝與直接混凝的除藻效果對比。
【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案作進一步說明。實施例1和2中，藻密度檢測方法為分光光度法，例2中的混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)，市售，氧化鋁含量為46%。
[0013]實施例1 (水力空化直接除藻)
本實施例實施步驟:
(O首先準備利用氣液混合水泵產(chǎn)生微氣泡的裝置。
[0014](2)在水箱中加入藻密度約為2X109cel/L的藻液，開啟裝置，作用lOmin，然后將作用過的藻液與未經(jīng)水力空化作用的空白對照組藻液一同置于光照培養(yǎng)箱正常培養(yǎng)，每隔12h小時測定藻密度，每天測定一次葉綠素含量。
[0015]經(jīng)過微氣泡水力空化處理過后的藻液，在72h小時的觀測時間內(nèi)，藻密度持續(xù)下降，在72h后藻密度僅為原來的7.3%，去除率高達92.7%，而未經(jīng)水力空化作用的對照樣藻液藻密度基本未發(fā)生變化。[0016]實施例2 (水力空化強化混凝除藻)
本實施例實施步驟:
(O首先準備利用氣液混合水泵產(chǎn)生微氣泡的裝置。
[0017](2)在水箱中加入藻密度約為2X109cel/L的藻液，開啟裝置，作用一定時間，然后將作用過的藻液與空白對照樣藻液分別進行混凝沉淀實驗，混凝劑選用聚合氯化鋁(PAC),投加量分別為 Omg/L, lmg/1, 2mg/L, 3mg/L, 5mg/L0 混凝條件:150r *min-l 快速攪拌2min, 50 r.η?η-1慢速攪拌10min,在靜沉30min后，于液面下2cm處取樣并進行藻密度的測定。
[0018]為得到水力空化強化混凝的最佳工況，采取單因素變量法，依次考查水力空化作用時間、裝置中水泵的真空度與出水壓力、空氣流量、PH值等因素對水力空化強化混凝效果的影響。
[0019]混凝劑投加量相同時，水力空化預處理后的藻類去除率明顯高于空白對照樣。當混凝劑投加量為lmg/L時，空白樣中只有36%的藻被去除，而經(jīng)過水力空化5min后，去除率就達到49%，如果水力空化作用lh，去除率可達到65%。同樣，要達到相同的藻類去除率，水力空化處理過的藻液所需混凝劑量要小于空白樣。藻類去除率同為65%時，經(jīng)Ih空化作用樣的混凝劑投加量僅為空白樣的50%。
[0020]綜合考慮藻類的去除效果、經(jīng)濟性和管理簡便等因素，微氣泡水力空化強化混凝除藻的最優(yōu)工況為:水力空化時間為10min，水泵真空度為0.03MPa，水泵出口壓力為
0.4MPa，空氣流量為 0.5^0.8 L.min-1，最適 pH 為 8。
[0021]圖1為本實施例2微氣泡水力空化作用后，72h內(nèi)藻密度變化規(guī)律。
[0022]圖2為本實施例2微氣泡水力空化作用后，3天內(nèi)葉綠素變化規(guī)律。
[0023]圖3為本實施例2微氣泡水力空化強化混凝與直接混凝的除藻效果對比。
【權利要求】
1.一種利用微氣泡水力空化強化混凝去除藍藻的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)選用通用的微氣泡水力空化發(fā)生裝置； (2)將藻液放入所述微氣泡水力空化發(fā)生裝置的水箱中，開啟水泵，開始水力空化作用，基于水力空化的機械效應和熱效應，破壞細胞壁，殺滅藻體，同時超強氧化降解水中胞內(nèi)及胞外分泌物，實現(xiàn)對水質(zhì)的凈化； (3 )經(jīng)過水力空化 預處理后，再進行混凝過程，水力空化強化混凝效果。
【文檔編號】C02F9/04GK103787526SQ201410019148
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權日:2014年1月16日
【發(fā)明者】李攀, 宋源, 于水利 申請人:同濟大學