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        磁性高嶺土去除銅綠微囊藻研究

        2021-10-25 03:35:58陳龍飛
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年30期
        關(guān)鍵詞:絮體高嶺土微囊

        陳龍飛

        (安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,安徽 合肥 230000)

        自然水域藍(lán)藻的爆發(fā),惡化水質(zhì)的同時(shí)會(huì)增加水的濁度、產(chǎn)生難聞的氣味,嚴(yán)重影響人們飲用水安全。尤其是其中的有毒藻類:銅綠微囊藻、顫藻。銅綠微囊藻是我國(guó)水域藍(lán)藻水華常見的藻類[1]。銅綠微囊藻在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生微囊藻毒素,被攝入后會(huì)損傷人和動(dòng)物的肝臟[2],因此將銅綠微囊藻從水中去除顯的至關(guān)重要。目前,已經(jīng)有很多的去除銅綠微囊藻方法被研究,包括機(jī)械打撈[3]、氧化[4]、超聲[5]、膜技術(shù)[6]、吸附[7]等。吸附法由于操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效,副作用小,得到越來(lái)越多的關(guān)注。袁玉婷等[8]利用殼聚糖改性粉煤灰,研究粉煤灰改性后對(duì)水中銅綠微囊藻的去除作用,發(fā)現(xiàn)經(jīng)改性后粉煤灰除藻能力明顯提升,作用機(jī)理主要是電中和。朱蕓蕓等[9]利用秸稈合成焦木酸,研究對(duì)銅綠微囊藻去除效果,發(fā)現(xiàn)對(duì)銅綠微囊藻的去除率可達(dá)90%以上,同時(shí)能夠很好的抑制銅綠微囊藻的生長(zhǎng)。

        高嶺土是黏土的一種,儲(chǔ)量大,分布廣,價(jià)格便宜,主要由Al2O3和SiO2組成,還含有少量的MgO、Fe2O3、CaO 等[10]。由于其良好的性能和特點(diǎn),高嶺土已經(jīng)被廣泛的研究。郭超等[11]利用聚合氯化鋁鐵改性高嶺土,研究其對(duì)水中磷的去除效果。結(jié)果表明,3mg/L 時(shí),其對(duì)磷的吸附效果可達(dá)90%以上。李盼盼等[12]利用殼聚糖修飾高嶺土,探究其混凝除藻的能力,發(fā)現(xiàn)經(jīng)殼聚糖修飾后,除藻能力明顯提升,對(duì)藍(lán)藻的去除率可達(dá)95%以上。值得注意的是,使用過(guò)后的吸附劑很難從水中去除,本文利用鹽酸和Fe3O4對(duì)高嶺土改性,制備磁性高嶺土。能夠在混凝銅綠微囊藻后,很好的將磁性高嶺土從溶液中分離出來(lái)。另外,重點(diǎn)探討了投加量、藻密度、鹽酸濃度、接觸時(shí)間對(duì)磁性高嶺土除藻效果的影響。

        1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        四氧化三鐵(Fe3O4)購(gòu)自生工,純度≥97%;鹽酸購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán),化學(xué)純。銅綠微囊藻(M.A)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所。M.A 在BG11 培養(yǎng)基中,光照周期為16 h,黑暗周期為8 h的條件下進(jìn)行培養(yǎng)。

        1.2 磁性高嶺土制備和混凝實(shí)驗(yàn)

        分別稱取2g Fe3O4和1g 高嶺土混合,滴加1.5mL 鹽酸。放入60oC 烘箱,24h 后,取出研磨過(guò)200 目篩?;炷龑?shí)驗(yàn)均在常溫下進(jìn)行。稱量一定量的磁性高嶺土加到裝有250 mLOD680=0.1 M.A 懸液的500 mL 燒杯中。利用六聯(lián)攪拌器180 rpm 快速攪拌5 min,80 rpm 慢速攪拌3min。在液面下2 cm 取樣,檢測(cè)水中藻的密度。M.A去除率計(jì)算公式(1)如下[13]:

        2 結(jié)果與討論

        2.1 鹽酸濃度對(duì)磁性高嶺土除藻的影響

        依次取2-12mol/L的鹽酸對(duì)高嶺土改性,探究鹽酸濃度對(duì)磁性高嶺土對(duì)M.A的去除能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。可以發(fā)現(xiàn),滴加不同濃度的鹽酸,制備的磁性高嶺土除藻能力不同。隨著鹽酸濃度的增加,磁性高嶺土對(duì)M.A的去除率逐漸增大,在鹽酸濃度為10mol/L時(shí)達(dá)到最大,去除率可達(dá)90%。但是,隨著鹽酸濃度繼續(xù)的增大,磁性高嶺土對(duì)M.A的去除率出現(xiàn)小幅度下降??赡艿脑騕14]:鹽酸濃度過(guò)大,一方面,高嶺土內(nèi)部的雜質(zhì)溶解的同時(shí)堵塞高嶺土的孔道,另一方面,可能會(huì)破壞高嶺土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

        圖1 鹽酸濃度對(duì)磁性高嶺土除藻的影響

        2.2 投加量對(duì)磁性高嶺土除藻的影響

        分別稱量0.025g-0.25g 不等的磁性高嶺土,探究不同投加量的磁性高嶺土除藻效果,如圖2 所示。可以看到,在一定范圍內(nèi),隨著磁性高嶺土投加量的增加,M.A的去除率逐漸增加。投加0.2g 磁性高嶺土?xí)r,對(duì)M.A 去除率達(dá)到最大,90%。之后,隨著投加量的增加,混凝除藻能力呈現(xiàn)一定的下降。0.25g 磁性高嶺土?xí)r,對(duì)M.A的去除率是84.26%。究其原因,投加過(guò)量的磁性高嶺土可能會(huì)干擾M.A與磁性高嶺土表面位點(diǎn)的接觸,從而使得磁性高嶺土除藻能力的下降。高嶺土除藻的能力受Al2O3和MgO的影響,兩者的含量越高,高嶺土除藻的能力越好[15];否則,除藻能力下降。同時(shí),經(jīng)改性后,高嶺土表面電位可能發(fā)生轉(zhuǎn)變,因而能夠更好的與藻細(xì)胞結(jié)合,形成較大的絮體,有利于混凝沉降藻細(xì)胞,但磁性高嶺土投加量過(guò)量時(shí),形成的絮體表面電位會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變,從而絮體間靜電斥力增加,不利于形成較大的絮體。

        圖2 投加量對(duì)磁性高嶺土除藻的影響

        2.3 沉降時(shí)間對(duì)磁性高嶺土除藻的影響

        探究了在不同的沉降時(shí)間內(nèi),磁性高嶺土對(duì)M.A的去除能力,結(jié)果如圖3 所示。從圖3 我們可以看到,在短時(shí)間內(nèi)(5min),磁性高嶺土對(duì)M.A的去除率增加速度較快。之后逐漸放緩。在沉降10min以后,磁性高嶺土對(duì)M.A的去除能力顯著提高,從2min 時(shí)的35.84%增加到80.32%。表明,磁性高嶺土混凝M.A 形成的絮體沉降速率較快,能夠達(dá)到快速去除M.A的目的。

        圖3 沉降時(shí)間對(duì)磁性高嶺土除藻的影響

        2.4 混凝機(jī)理的探討

        高嶺土本身能夠去除M.A,但去除效果不理想。這是由于在不同的pH 下,高嶺土和M.A 都呈現(xiàn)相同的電性,因而靜電斥力較大,很難形成大的絮體。高嶺土混凝除藻的能力和其含有的Al2O3和MgO 呈正相關(guān)[15]。Al2O3和MgO 含量越高,除藻能力越強(qiáng)。因而,網(wǎng)捕作用可能是高嶺土除藻的主要機(jī)理。利用鹽酸和Fe3O4改性高嶺土,可以看到除藻能力明顯提升??赡苁怯捎邴}酸的作用,增大了高嶺土的比表面積,附著在高嶺土表面的Fe(III),也能夠混凝去除水中的M.A;經(jīng)酸和Fe3O4改性后,高嶺土表面電性可能發(fā)生轉(zhuǎn)變,因而能夠很好的與M.A 靜電吸引,形成大的絮體,通過(guò)重力作用沉降。因此,磁性高嶺土去除M.A的機(jī)理可能是電中和、吸附架橋和網(wǎng)捕作用。

        3 結(jié)論

        隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的惡化,藍(lán)藻爆發(fā)對(duì)自然水體的危害越發(fā)嚴(yán)重。區(qū)別與以往去除水中藍(lán)藻的方式,我們利用Fe3O4和鹽酸對(duì)高嶺土改性,制備了磁性高嶺土。在提高高嶺土除藻能力的同時(shí)可以將混凝劑從溶液中分離出來(lái)。結(jié)果表明:鹽酸濃度是10mol/L,0.2g 磁性高嶺土,沉降20min 時(shí),對(duì)M.A的去除率最佳,可達(dá)90%。

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