一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法
【專利摘要】一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，它涉及一種除藻方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有除藻方法在除藻過(guò)程中，導(dǎo)致水中溶解性有機(jī)碳DOC升高和現(xiàn)有除藻方法的成本高的問(wèn)題。本發(fā)明應(yīng)用于自然環(huán)境的水體中時(shí)，按投加量為0.1～40mg/L將微粒徑石墨復(fù)合材料加到未爆發(fā)藻體污染的自然環(huán)境的水體中，或按投加量為0.1～80mg/L將微粒徑石墨復(fù)合材料加到已爆發(fā)藻體污染的自然環(huán)境的水體中。本發(fā)明應(yīng)用于給水處理工藝中時(shí)，將微粒徑石墨復(fù)合材料固定在水處理構(gòu)筑物的表面進(jìn)行除藻，或按投加量為0.1～80mg/L將微粒徑石墨復(fù)合材料加到給水處理反應(yīng)池的進(jìn)水口前或藥劑混合裝置前。本發(fā)明應(yīng)用在水處理領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種除藻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自然環(huán)境的水體河流、湖泊、水庫(kù)或池塘隨著富營(yíng)養(yǎng)化的加重，突發(fā)性藻污染事件時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了水體環(huán)境，并且危害飲用水處理構(gòu)筑物，導(dǎo)致飲用水水質(zhì)惡化。當(dāng)水體中的藻類爆發(fā)時(shí)，現(xiàn)有方法常用硫酸銅作為殺藻劑去除藻類，但剩余銅離子溶于水中對(duì)水體環(huán)境有著嚴(yán)重的危害。在常規(guī)給水處理工藝中，現(xiàn)有方法難以有效去除藻類從而惡化飲用水水質(zhì)，如產(chǎn)生嗅味，增加濁度和消毒副產(chǎn)物。
[0003]雖然現(xiàn)有的臭氧預(yù)氧化強(qiáng)化混凝處理方法可以較有效的去除藻類，但是由于臭氧預(yù)氧化會(huì)破壞藻類的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，使飲用水中溶解性有機(jī)碳(DOC)增高，消毒副產(chǎn)物增高。除此之外，研究人員還研發(fā)出了超聲除藻技術(shù)，雖然超聲除藻技術(shù)可以快速除藻，但是超聲能耗較高，且破壞了藻細(xì)胞，導(dǎo)致水中可穿透濾池的DOC增高，消毒副產(chǎn)物增高。
[0004]近年來(lái)我國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題表現(xiàn)的十分突出，藍(lán)藻水華時(shí)有爆發(fā)，尤其是太湖、滇池、巢湖等重要湖泊均爆發(fā)了嚴(yán)重的藻污染危機(jī)，無(wú)錫等城市還曾因?yàn)樵逦廴締?wèn)題而斷水。因此，有必要去開(kāi)發(fā)出一種安全有效且不會(huì)水中溶解性有機(jī)碳DOC升高的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有除藻方法在除藻過(guò)程中，導(dǎo)致水中溶解性有機(jī)碳DOC升高和現(xiàn)有除藻方法的成本高的問(wèn)題，而提供了一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法。
[0006]本發(fā)明利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，應(yīng)用于自然環(huán)境的水體中時(shí)，按下述方法進(jìn)行除藻:
[0007]當(dāng)自然環(huán)境的水體未爆發(fā)藻體污染時(shí)，將微粒徑石墨復(fù)合材料按投加量為0.1mg/L~40mg/L直接投加到自然環(huán)境的水體中；
[0008]或者按下述方法進(jìn)行除藻:
[0009]當(dāng)自然環(huán)境的水體已經(jīng)爆發(fā)藻體污染時(shí)，將微粒徑石墨復(fù)合材料按投加量為
0.lmg/L~80mg/L直接投加到自然環(huán)境的水體中進(jìn)行除藻。
[0010]本發(fā)明利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，應(yīng)用于給水處理工藝中時(shí)，按下述方法進(jìn)行除藻:
[0011]將微粒徑石墨復(fù)合材料固定在水處理構(gòu)筑物的表面進(jìn)行除藻；
[0012]或者按下述方法進(jìn)行除藻:
[0013]在給水處理反應(yīng)池的進(jìn)水口或藥劑混合裝置按投加量為0.lmg/L~80mg/L投加微粒徑石墨復(fù)合材料進(jìn)行除藻。
[0014] 本發(fā)明利用微粒徑石墨復(fù)合材料去除自然環(huán)境的水體未爆發(fā)藻體污染是用于控制藻類的爆發(fā)。[0015]本發(fā)明利用微粒徑石墨復(fù)合材料去除給水處理工藝中藻類的原理是:當(dāng)含藻類的原水進(jìn)入水處理構(gòu)造物后，藻類隨著水流在水處理構(gòu)造物內(nèi)流動(dòng)，與水處理構(gòu)筑物中存在的微粒徑石墨復(fù)合材料接觸后逐漸失活、團(tuán)聚而易于被后續(xù)的混凝、沉淀、氣浮等工藝去除。
[0016]本發(fā)明利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的原理是:微粒石墨復(fù)合材料與藻類接觸后，表面豐富的含氧官能團(tuán)可以與藻細(xì)胞表面的官能團(tuán)發(fā)生相互作用，鱗片狀物質(zhì)可以切割、嵌入部分藻細(xì)胞，影響藻細(xì)胞生命活動(dòng)必須的電子傳遞過(guò)程，從而改變?cè)孱惐旧淼囊恍┨匦?，如?xì)胞膜通透性、部分酶活性、表面Zeta電位而使藻類脫穩(wěn)、失活；同時(shí)，微粒石墨復(fù)合材料粒徑較小，易于和藻細(xì)胞互相吸附，并且能以藻作為載體而促進(jìn)微顆粒發(fā)生自團(tuán)聚，尤其是鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)可以加速這個(gè)過(guò)程，在自團(tuán)聚過(guò)程中可以使藻細(xì)胞跟隨其一起團(tuán)聚；由于微粒石墨復(fù)合材料粒徑小、且具有很多含氧官能團(tuán)，所以極易與藻細(xì)胞和藻類代謝產(chǎn)生的有機(jī)物相互結(jié)合后產(chǎn)生架橋作用，形成絮體；藻細(xì)胞表面可以吸附有機(jī)物來(lái)增加電負(fù)性和空間效應(yīng)，從 而增加穩(wěn)定性；石墨復(fù)合材料對(duì)這些有機(jī)物具有很強(qiáng)的結(jié)合力，從而與藻細(xì)胞形成競(jìng)爭(zhēng)，減弱了藻細(xì)胞吸附這些有機(jī)物的能力，從而降低藻細(xì)胞的穩(wěn)定性，今兒達(dá)到去除水體中藻類的目的。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018](I)對(duì)藻的去除率高，直接投加到含藻水體后，可以去除95%以上的藻類；在水處理過(guò)程中，通過(guò)該方法處理后藻的去除率比單純的給水處理最高可提高30%。
[0019](2)因?yàn)槔帽景l(fā)明的石墨復(fù)合材料去除水體中藻類的方法是通過(guò)石墨復(fù)合材料表面的官能團(tuán)，易于和藻細(xì)胞、藻細(xì)胞產(chǎn)生的有機(jī)物和藻類吸附有機(jī)物更有效的結(jié)合，達(dá)到藻失活或團(tuán)聚，從而減弱了藻細(xì)胞的穩(wěn)定性，又因?yàn)槭珡?fù)合材料不溶于水且易于從水中取出，所以不會(huì)有副產(chǎn)物產(chǎn)生的問(wèn)題，所以利用本發(fā)明的石墨復(fù)合材料去除藻體的方法不會(huì)導(dǎo)致藻細(xì)胞內(nèi)溶解性胞外物的釋放。
[0020](3)在給水工藝中，與預(yù)氧化強(qiáng)化除藻不同，利用本發(fā)明的石墨復(fù)合材料去除水體中藻類的方法除藻后消毒副產(chǎn)物含量無(wú)明顯增高。
[0021](4)利用本發(fā)明的石墨復(fù)合材料去除水體中藻類的方法操作簡(jiǎn)單方便、使用靈活、成本較低、不需要增加什么基建費(fèi)用，因此投資成本較低。
[0022](5)由于本發(fā)明的石墨復(fù)合材料無(wú)毒害作用，所以不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。
[0023](6)利用本發(fā)明的微粒石墨復(fù)合材料除藻的效果穩(wěn)定，適用范圍廣，受外界因素影響小，幾乎不受pH、溫度、硬度、堿度和無(wú)機(jī)鹽等的影響。本發(fā)明可以十分有效的控制、去除藻類，保障水質(zhì)安全，具有十分廣闊的應(yīng)用前景和適用空間，對(duì)我國(guó)的飲用水衛(wèi)生安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為實(shí)施例1中未投加微粒石墨復(fù)合材料的模擬天然藻污染水體的照片；
[0025]圖2為實(shí)施例1中投加微粒石墨復(fù)合材料的模擬天然藻污染水體培養(yǎng)2天后的照片;
[0026]圖3為實(shí)施例1中投加微粒石墨復(fù)合材料的模擬天然藻污染水體培養(yǎng)7天后的照片。[0027]具體是實(shí)施方式
[0028]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式中利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，應(yīng)用于自然環(huán)境的水體中時(shí)，按下述方法進(jìn)行除藻:
[0029]當(dāng)自然環(huán)境的水體未爆發(fā)藻體污染時(shí)，將微粒徑石墨復(fù)合材料按投加量為0.1mg/L~40mg/L直接投加到自然環(huán)境的水體中；
[0030]或者按下述方法進(jìn)行除藻:
[0031]當(dāng)自然環(huán)境的水體已經(jīng)爆發(fā)藻體污染時(shí)，將微粒徑石墨復(fù)合材料按投加量為
0.lmg/L~80mg/L直接投加到自然環(huán)境的水體中進(jìn)行除藻。
[0032]本實(shí)施方式利用微粒徑石墨復(fù)合材料去除自然環(huán)境的水體未爆發(fā)藻體污染是用于預(yù)防藻類的爆發(fā)。
[0033]本實(shí)施方式中所述的自然環(huán)境的水體是指河流、湖泊、海洋、水庫(kù)或池塘。
[0034]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同之處是，所述的微粒石墨復(fù)合材料是由石墨、粉末活性炭、氧化石墨、石墨烯或氧化石墨烯中的一種或幾種按任意比例制成；其中，所述的微粒石墨復(fù)合材料中氧元素的質(zhì)量含量不低于5%，所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)的質(zhì)量含量不低于15% ;所述的微粒石墨復(fù)合材料的粒徑在小于50 μ m ;所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的表面積小于2000 μ m2,厚度小于IOym ;所述的鱗片狀 結(jié)構(gòu)的物質(zhì)為石墨、氧化石墨、石墨烯和氧化石墨烯。
[0035]本實(shí)施方式中所述的微粒石墨復(fù)合材料可與錳離子、銅離子或鐵離子聯(lián)合使用進(jìn)行除藻。其他參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二的不同之處是，所述的微粒石墨復(fù)合材料以懸濁液形式投加或以固體形式投加。其他參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一的不同之處是，所述的自然環(huán)境水體的PH3.0~9.0。其他參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0038]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式中利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，應(yīng)用給水處理工藝中時(shí)，按下述方法進(jìn)行除藻:
[0039]將微粒徑石墨復(fù)合材料固定在水處理構(gòu)筑物的表面進(jìn)行除藻；
[0040]或者按下述方法進(jìn)行除藻:
[0041]在給水處理反應(yīng)池的進(jìn)水口前或藥劑混合裝置前按投加量為0.lmg/L~80mg/L投加微粒徑石墨復(fù)合材料進(jìn)行除藻。
[0042]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】五的不同之處是，所述的微粒石墨復(fù)合材料是由石墨、粉末活性炭、氧化石墨、石墨烯或氧化石墨烯中的一種或幾種按任意比例制成；其中，所述的微粒石墨復(fù)合材料中氧元素的質(zhì)量含量不低于5%，所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)的質(zhì)量含量不低于15% ;所述的微粒石墨復(fù)合材料的粒徑在小于50 μ m ;所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的表面積小于2000 μ m2,厚度小于IOym ;所述的鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)為石墨、氧化石墨、石墨烯和氧化石墨烯。
[0043]本實(shí)施方式中所述的微粒石墨復(fù)合材料可與錳離子、銅離子或鐵離子聯(lián)合使用進(jìn)行除藻。其他參數(shù)與【具體實(shí)施方式】五相同。
[0044]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】五或六的不同之處是，所述的在給水處理反應(yīng)池的進(jìn)水口前或藥劑混合裝置前按投加量為5mg/L投加微粒徑石墨復(fù)合材料。其他參數(shù)與【具體實(shí)施方式】五或六相同。
[0045]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】五至七之一的不同之處是，所述的水處理構(gòu)筑物為絮凝池、沉淀池、濾池。其他參數(shù)與【具體實(shí)施方式】五至七之一相同。
[0046]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】五至八之一的不同之處是，所述的在給水處理反應(yīng)池的進(jìn)水口前或藥劑混合裝置前按投加微粒石墨復(fù)合材料，微粒石墨復(fù)合材料以懸濁液形式投加或以固體形式投加。其他參數(shù)與【具體實(shí)施方式】五至八之一相同。
[0047]通過(guò)以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的是效果:
[0048]實(shí)施例1:本實(shí)施例利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，應(yīng)用于自然環(huán)境的水體中時(shí)，按下述方法進(jìn)行除藻:
[0049]將微粒徑石墨復(fù)合材料按投加量為40mg/L直接投加到自然環(huán)境的水體中進(jìn)行除藻，自然環(huán)境的水體的pH6.5~7.5 ;[0050]其中，所述的微粒石墨復(fù)合材料是由鱗片狀石墨、氧化石墨和氧化石墨烯混合而成，其中所述的微粒石墨復(fù)合材料中氧元素的質(zhì)量含量為20%，所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)的質(zhì)量含量不低于15% ;所述的微粒石墨復(fù)合材料的粒徑在小于50 μ m ;所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的表面積小于2000 μ m2，厚度小于10 μ m。
[0051]本實(shí)施例中所述的自然環(huán)境的水體為模擬天然藻污染水體，是取穩(wěn)定期生長(zhǎng)的藍(lán)藻細(xì)胞，用松花江水配置藻體含量為IOltl個(gè)/L的高藻水樣，用以模擬天然藻污染水體。
[0052]將本實(shí)施例投加了 40mg/L微粒復(fù)合石墨復(fù)合材料的自然環(huán)境的水體，搖勻后放置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，培養(yǎng)2天后拍照得到圖2，培養(yǎng)7后拍照得到圖3，由圖2可以看出:培養(yǎng)2后可以發(fā)現(xiàn)藻出現(xiàn)團(tuán)聚，由圖3可以看出:培養(yǎng)7后藻細(xì)胞死亡并沉降。
[0053]實(shí)施例2:本實(shí)施例得到的微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，應(yīng)用于給水處理工藝中時(shí)，按下述方法進(jìn)行除藻:
[0054]在給水處理反應(yīng)池的取水口前或藥劑混合裝置前按投加量為5mg/L投加微粒徑石墨復(fù)合材料，然后結(jié)合混凝工藝進(jìn)行除藻；
[0055]其中，所述的微粒石墨復(fù)合材料是由粉末活性炭、氧化石墨和氧化石墨烯按質(zhì)量份數(shù)比為1:1:3混合而成，混合后該復(fù)合材料的氧含量大于30%，所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)的質(zhì)量含量不低于15% ;所述的微粒石墨復(fù)合材料的粒徑在小于50 μ m ;所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的表面積小于2000 μ m2,厚度小于10 μ m。
[0056]配制含有藻體的水體:采用一種藍(lán)藻一一銅綠微囊藻(購(gòu)自武漢水生生物研究所，編號(hào)HB905)作為目標(biāo)藻類,配置藍(lán)藻為IO9個(gè)/L和葉綠素a含量為110 μ g/L的高藻水樣，高藻水樣中還含有ImM碳酸氫鈉、15mM的高氯酸鈉，高藻水樣的濁度為10.5NTU。
[0057]將高藻水樣置于投加了 5mg/L微粒徑石墨復(fù)合材料的給水處理反應(yīng)池中，在攪拌速度為150r/min的條件下攪拌30s后，在向水體中加入硫酸鋁，使硫酸鋁的質(zhì)量濃度為
0.5mg/L,在攪拌速度為150r/min的條件下攪拌Imin后,靜止30min,取上清液測(cè)定。
[0058]測(cè)定結(jié)果如下:葉綠素a僅剩余6.01 μ g/L,明顯低于單純混凝沉淀的39.84 μ g/L ;濁度僅剩余0.86NTU,明顯低于單純混凝沉淀的3.82NTU ；T0C為1.76mg/L,明顯低于單純混凝沉淀的3.66mg/L。
【權(quán)利要求】
1.一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，其特征在于利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，應(yīng)用于自然環(huán)境的水體中時(shí)，按下述方法進(jìn)行除藻: 若自然環(huán)境的水體未爆發(fā)藻體污染時(shí)，將微粒徑石墨復(fù)合材料按投加量為0.lmg/L~40mg/L直接投加到自然環(huán)境的水體中； 或者按下述方法進(jìn)行除藻: 若自然環(huán)境的水體已經(jīng)爆發(fā)藻體污染時(shí)，將微粒徑石墨復(fù)合材料按投加量為0.1mg/L~80mg/L直接投加到自然環(huán)境的水體中進(jìn)行除藻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，其特征在于所述的微粒石墨復(fù)合材料是由石墨、粉末活性炭、氧化石墨、石墨烯或氧化石墨烯中的一種或幾種按任意比例制成；其中，所述的微粒石墨復(fù)合材料中氧元素的質(zhì)量含量不低于5%，所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)的質(zhì)量含量不低于15% ;所述的微粒石墨復(fù)合材料的粒徑在小于50 μ m ;所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的表面積小于2000 μ m2,厚度小于IOym ;所述的鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)為石墨、氧化石墨、石墨烯或氧化石墨烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，其特征在于所述的微粒石墨復(fù)合材料以懸濁液形式投加或以固體形式投加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，其特征在于所述的自然環(huán)境水體的PH3.0~9.0。
5.一種利用微粒石墨復(fù) 合材料除藻的方法，其特征在于利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，應(yīng)用給水處理工藝中時(shí)，按下述方法進(jìn)行除藻: 將微粒徑石墨復(fù)合材料固定在水處理構(gòu)筑物的表面進(jìn)行除藻； 或者按下述方法進(jìn)行除藻: 在給水處理反應(yīng)池的進(jìn)水口或藥劑混合裝置按投加量為0.lmg/L~80mg/L投加微粒徑石墨復(fù)合材料進(jìn)行除藻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，其特征在于所述的微粒石墨復(fù)合材料是由石墨、粉末活性炭、氧化石墨、石墨烯或氧化石墨烯中的一種或幾種按任意比例制成；其中，所述的微粒石墨復(fù)合材料中氧元素的質(zhì)量含量不低于5%，所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)的質(zhì)量含量不低于15% ;所述的微粒石墨復(fù)合材料的粒徑在小于50 μ m ;所述的微粒石墨復(fù)合材料中鱗片狀結(jié)構(gòu)的表面積小于2000 μ m2,厚度小于IOym ;所述的鱗片狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)為石墨、氧化石墨、石墨烯或氧化石墨烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，其特征在于所述的在給水處理反應(yīng)池的進(jìn)水口前或藥劑混合裝置前按投加量為5mg/L投加微粒徑石墨復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，其特征在于所述的水處理構(gòu)筑物為絮凝池、沉淀池、濾池。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用微粒石墨復(fù)合材料除藻的方法，其特征在于所述的在給水處理反應(yīng)池的進(jìn)水口前或藥劑混合裝置前按投加微粒石墨復(fù)合材料，微粒石墨復(fù)合材料以懸濁液形式投加或以固體形式投加。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK103936094SQ201410138372
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】馬軍, 謝鵬超, 劉偉, 李旭春 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)