CN108423781A - 一种磁性絮凝剂的制备方法及应用 - Google Patents

一种磁性絮凝剂的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁性絮凝剂的制备方法及应用，先将凹凸棒土粉末、磁性铁矿粉末按质量比为2：0.5‑1进行混匀，再将混合粉末浸于浓盐酸液中20‑24h，最后自然干燥、碾碎成粉末得到磁性絮凝剂。本发明可以有效地吸附絮凝藻水中的藻类细胞，从而通过外加磁场的方式将藻絮体轻松移出水体，藻华蓝藻细胞以及叶绿素a去除率均在95%以上，同时对水体中的氮、磷、COD以及SS去除效果显著，不仅能够快速清除蓝藻水华的聚集带来的危害，更能降低水华暴发的频率。另外，该磁性絮凝剂成本低，具有较大的应用价值和市场潜力。

Description

一种磁性絮凝剂的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及环保材料领域，具体涉及一种磁性絮凝剂的制备方法及应用。
技术背景
湖泊是人类社会经济发展的一个重要的组成部分，它既具有丰富的水量、水力和水产资源，又具有汛期防洪防涝的调蓄功能。但是，由于社会的高速发展与建设，其速度远远超过了社会生产与生活污水达标排放的处理能力，导致世界各国面临水体富营养化这个重大环境问题。
而水体富营养化带来的一个突出问题是蓝藻水华的频繁暴发，大规模的频繁暴发蓝藻水华降低了水资源的利用效能，引起严重的生态破坏及巨大的经济损失，而蓝藻毒素的产生又给公众健康带来极大隐患。引起蓝藻水华的主要营养元素是水体中的氮、磷，特别是磷起到了关键性的作用。在富营养化水体里，适当的水温和气候条件下，蓝藻的快速生长和爆发性繁殖最终引发蓝藻水华的的发生。所以如何及时、高效地去除蓝藻是蓝藻水华治理的重要的一环。目前，较为常用的去除蓝藻的方法可大致归纳为物理法、化学法和生物法三大类。
其中物理法：主要有机械打捞、引水、换水、过滤、吸附和曝气等除藻方法，在蓝藻应急处理方面，机械打捞较为常用。机械除藻一般包括固定式抽藻、移动式抽藻、流动式除藻以及人工围捕、打捞等机械处理措施。在蓝藻水华大量发生时采用机械方法清除湖面水华并加以利用，可以防止恶性增殖和二次污染。另外，高压电离、高压脉冲、交变磁场、紫外线和超声波等这些物理方法也能利用电能转化成化学能，改变进入水体或者水体物质的分子结构和性质，达到杀伤、杀灭藻类及分解、吸附水体中杂质，达到净水目的。但是该种物理方法杀伤生命体大，耗量越多、杀伤越多，其长期使用，不仅不能解决问题，还会有破坏生态之嫌。
化学法：主要是采用通过筛选合成的化学药剂(统称除藻剂)来控制水中藻类的繁殖，比如，有机溴杀藻剂、铜盐(硫酸铜、氯化铜)、高锰酸钾等的应用。铜盐除藻效果最为显著，但也具有危险性，因为铜盐除藻机的化学成分均为易溶性的铜化合物，或者螯合铜类物质，这些化合物对鱼类水草等水族生物产生一定程度的伤害甚至导致死亡。因此，化学药剂除藻要严格按照用量操作，否则会造成严重的后果。
生物法：目前主要采用微生物防治、食藻生物防治、水生植物抑制等方法。其中微生物防治主要是利用微生物溶解蓝藻的特性，这些微生物严格来说是蓝藻的病原体，包括溶藻病毒、溶藻真菌和溶藻细菌；食藻生物防治是利用生物操纵理论，在水体中引入合适的其它生物，如鱼类、贝类等，它们直接或间接以藻类为食从而抑制藻类的过度生长；水生植物抑制方法又可称为植物化感抑藻法，在一个植物种群里，植物或微生物通过释放化学物质促进或者抑制其它个体或自体的现象成为化感作用，水生植物从营养竞争、沉降污泥和释放抑制素三个方面来影响藻类的种群。生物法虽然利用生态学原理、对环境影响达到最小化，但是，该方法有对小范围、固定区域内蓝藻水华的防治有效的局限性，一旦水体面积大，蓝藻水华发生易随风向和水流变化飘忽不定，就会收效甚微；而且生物法往往需要事先投入巨大的人造工程，以创造并控制抑制蓝藻水华所需的微生物、水生植物或者动物的生存条件，因而见效慢、成本高，较难普遍适用于大水域、突发性藻华的治理。
综上所述，上述三种方法，虽然在一定条件下对蓝藻水华起到缓解甚至暂时清除的作用，但它们仍存在着成本高、操作不便，或造成二次污染等问题，成为这些方法和措施的大规模推广和应用。
发明内容
本发明提供了一种一种磁性絮凝剂的制备方法及其应用。
本发明的技术方案为：
一种磁性絮凝剂的制备方法，先将凹凸棒土粉末、磁性铁矿粉末按质量比为2：0.5-1进行混匀，再将混合粉末浸于浓盐酸液中20-24h，最后自然干燥、碾碎成粉末得到磁性絮凝剂。
进一步方案，所述凹凸棒土粉末的粒径为200-300目、磁性铁矿粉末的粒径为800-1000目。
进一步方案，所述浓盐酸液的浓度为不低于9.7mol/L。
进一步方案，所述混合粉末浸于浓盐酸液中混合粉与浓盐酸液的质量比为2：1。
本发明另一个发发明目的是提供经上述制备方法得到的磁性絮凝剂的应用，所述磁性絮凝剂用于治理蓝藻水华，将磁性絮凝剂投入藻水中快速搅拌，当呈现大量絮体矾花后，通过外加磁场强度为3500-4000GS絮体磁分离器将蓝藻絮体移出。
进一步方案，所述磁性絮凝剂的投入量为每1升藻水中加入300-400mg磁性絮凝剂。
其中絮体磁分离器是现有产品，其是利用稀土钕铁硼材料制成的磁性圆盘，磁盘直径为1600mm；该分离器由40个磁盘构成，磁盘之间间隙60-70mm可调。
本发明利用酸改性凹凸棒土和磁性铁矿粉末作为一种磁性絮凝剂来治理蓝藻水华，其中凹凸棒土作为基础材料，能够有效地吸附絮凝藻水中的藻类细胞，磁性铁矿粉末作为媒介，便于通过外加磁场的方法将蓝藻絮体移出水体，同时对水体中的氮、磷、COD以及SS去除效果也很显著。
用本发明磁性絮凝剂来治理蓝藻水华后，藻华蓝藻细胞以及叶绿素a去除率达到95％以上；同时对水体中的氮、磷、COD以及SS去除效果显著：总氮的去除率为50％-80％，藻水的总磷去除率为95％以上，COD去除率达85％，SS去除率去接近95％。因此，本发明磁性絮凝剂能做到标本兼治，不仅能够快速清除蓝藻水华，避免其聚集带来的危害，还能通过水体氮、磷营养因子的去除，降低其暴发的频率。
本发明磁性絮凝剂是利用成本低廉的凹凸棒土作为原料，成本低，具有较大的应用价值和市场潜力，适合大规模应用；并且凹凸棒土是天然无污染材料，添加到水体，不会造成二次污染。另外，本发明磁性絮凝剂中因含有磁性铁矿粉末，故具有较强的磁响应性，处理后产生的絮体由外磁场移出水体，磁铁矿粉通过磁鼓分离机，分离后回用，杜绝了二次污染。
本发明中采用粒径为200-300目(48μm-75μm)的凹凸棒土粉末，其目的是该粒径凹凸棒土的比表面积既保证了相对适中的吸酸量，又保证了改性后凹凸棒土的吸附性；采用粒径为800-1000目(13μm-18μm)的磁性铁矿粉末，其目的是该粒径磁铁矿粉既保证了充足的磁强，又保证了在絮凝的过程中容易被包裹作为絮体磁性核心，同时，由于磁铁矿粉了的比重大(5.18g/cm3)，该粒径的磁性铁矿粉作为絮体磁性核心，保证了絮体在完全发育前不至于沉降到水底，也保证了絮体经过磁分离器时处于悬浮状态。
具体实施方式
实施例1：
先将粒径为200目凹凸棒土粉末和粒径为800目磁性铁矿粉末按质量比为2：1进行混匀，再将混合粉末按照质量比为2：1浸于浓度为9.7mol/L浓盐酸液中20h，最后自然干燥、碾碎成粉末得到磁性絮凝剂。
2016年—2017年在巢湖蓝藻打捞过程中，将上述制备的磁性絮凝剂按照300mg/L的量投加到浓度为1×106cell/L的藻华水体中，快速搅拌，当呈现大量絮体矾花后，通过外加磁场强度为3500GS絮体磁分离器将蓝藻絮体移出。出水效果明显转好，经第三方检测表明藻密度、叶绿素a、总磷、COD、SS去除率分别达到99.94％、99.98％、97.5％、83.33％、91.27％(具体处理数据见下表1)，表明该磁性絮凝剂在蓝藻应急打捞应用中的优势和实用性。
表1磁性絮凝剂应用于蓝藻应急打捞的进出水数据表
实施例2：
先将粒径为300目凹凸棒土粉末和粒径为1000目磁性铁矿粉末按质量比为2：0.5进行混匀，再将混合粉末按照质量比为2：1浸于浓度为10mol/L浓盐酸液中24h，最后自然干燥、碾碎成粉末得到磁性絮凝剂。
2016年—2017年在巢湖蓝藻打捞过程中，将上述制备的磁性絮凝剂按照400mg/L的量投加到浓度为1×109cell/L的藻华水体中，快速搅拌，当呈现大量絮体矾花后，通过外加磁场强度为4000GS絮体磁分离器将蓝藻絮体移出。出水效果明显转好，经第三方检测表明藻密度、叶绿素a、总磷、COD、SS去除率分别达到99.90％、96.91％、98.39％、98.07％、99.26％(具体处理数据见下表2)，表明该磁性絮凝剂在蓝藻应急打捞应用中的优势和实用性。
表2磁性絮凝剂应用于蓝藻应急打捞的进出水数据表
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种磁性絮凝剂的制备方法，其特征在于：先将凹凸棒土粉末、磁性铁矿粉末按质量比为2：0.5-1进行混匀，再将混合粉末浸于浓盐酸液中20-24h，最后自然干燥、碾碎成粉末得到磁性絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述凹凸棒土粉末的粒径为200-300目、磁性铁矿粉末的粒径为800-1000目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述浓盐酸液的浓度为不低于9.7mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述混合粉末浸于浓盐酸液中混合粉与浓盐酸液的质量比为2：1。
5.如权利要求1所述的制备方法得到的磁性絮凝剂的应用，其特征在于：所述磁性絮凝剂用于治理蓝藻水华，将磁性絮凝剂投入藻水中快速搅拌，当呈现大量絮体矾花后，通过外加磁场强度为3500-4000GS絮体磁分离器将蓝藻絮体移出。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述磁性絮凝剂的投入量为每1升藻水中加入300-400mg磁性絮凝剂。
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