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%。