碳化磁性稻殼對(duì)污染水中藍(lán)藻的捕捉和打撈的研究

肖志宇

摘?要：近年因?yàn)樗{(lán)藻引發(fā)的污染嚴(yán)重影響各大景觀的水體環(huán)境，為此，筆者著力尋找一種方便快捷的藍(lán)藻治理方法，以稻殼為材料制作磁性活性炭來(lái)進(jìn)行吸附藍(lán)藻，產(chǎn)生的絮凝物利用電磁鐵進(jìn)行吸附打撈，打撈后的藍(lán)藻絮凝物混合少量生活污泥土自然晾干作為城鄉(xiāng)園林綠化土，將藍(lán)藻富集的磷氮循環(huán)資源化形成一個(gè)完整的生態(tài)閉環(huán)。減少治理成本，創(chuàng)造美麗干凈的景觀環(huán)境。

關(guān)鍵詞：碳化磁性稻殼;藍(lán)藻捕捉劑;藍(lán)藻污染

1 研究背景

藍(lán)藻，種類多，生長(zhǎng)快，活力強(qiáng)，在營(yíng)養(yǎng)化的水體中容易爆發(fā)，又稱“水華”，給生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重危害。

通過(guò)資料查詢們得知，水華的治理分為藍(lán)藻消除和毒素清理，其大體分為三類：物理打撈法、化學(xué)反應(yīng)法、生物清理法。物理方法中，打撈、微濾、氣浮在“水華”期可以在一定程度上降低藍(lán)藻生存，但是效率低下，大規(guī)模使用不現(xiàn)實(shí);化學(xué)控藻方便、有效，可以在初期及時(shí)殺死藍(lán)藻，抑制水華產(chǎn)生，但藍(lán)藻死亡時(shí)釋放大量藻毒素，不易清理，反而造成水體長(zhǎng)時(shí)間毒素污染;生物法操作簡(jiǎn)單，除藻效果也比較好，但見(jiàn)效周期長(zhǎng)，魚的排泄物再次返回水中，并沒(méi)有從本質(zhì)上清除藍(lán)藻。因此，筆者試著尋求一種更加簡(jiǎn)便高效的藍(lán)藻治理方法。

2 研究的可行性

碳化稻殼（活性炭）能清除水中的氨氮，并且活性炭清除氨氮過(guò)程中，清除量隨時(shí)間總是先增大后減少，并且在第5天效果最佳。絮凝法除藻是一種只需投加少量絮凝劑，便能夠?qū)υ孱愡M(jìn)行高效去除的方法，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）是具有澄清、絮凝等多種功能的絮凝劑。并且CPAM的穩(wěn)定性比鋁和鐵穩(wěn)定，可以持續(xù)一到兩天時(shí)間，可以將CPAM分散到整個(gè)污染水域，有很強(qiáng)實(shí)際操作可行性。

但是，被陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）粘附后的藻類殘?jiān)y以處理，成為它治理大面積水域存在局限性。基于此，如若能讓產(chǎn)生的絮狀藍(lán)藻磁化，利用磁性來(lái)進(jìn)行打撈，就能克服這一缺點(diǎn)。

3 研究的創(chuàng)新性

（1）以稻殼為材料制作磁性活性炭來(lái)進(jìn)行吸附藍(lán)藻降低活性炭成本。將稻殼通過(guò)氯化亞鐵和氨水將亞鐵離子固化到稻殼上，將稻殼炭化生成四氧化三鐵和碳復(fù)合物，稻殼就有了磁性，不僅可以利用這個(gè)磁性活性炭進(jìn)行吸附，并且磁性稻殼生產(chǎn)時(shí)的粉塵也便于收集，且生產(chǎn)稻殼過(guò)程中的氯化氨和殘留廢水，也便于處理和再次進(jìn)行利用，降低了生產(chǎn)成本。

（2）將陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與碳化磁性稻殼進(jìn)行混合用于吸附藍(lán)藻，產(chǎn)生的絮凝物利用電磁鐵進(jìn)行吸附打撈，改變以往藍(lán)藻絮凝物不方便打撈的劣勢(shì)。陽(yáng)離子聚丙烯酰胺投入到藍(lán)藻水中能吸附藍(lán)藻，但其絮凝物將漂浮在水中，不便于打撈。如果將磁性稻殼與陽(yáng)離子聚丙烯酰胺一起投入到水體后，絮凝物就會(huì)沉淀到底部，再利用電磁鐵，將其吸附打撈，就能改變以往藍(lán)藻絮凝物不方便打撈的劣勢(shì)。

（3）打撈后的藍(lán)藻絮凝物混合少量生活污泥土（約5%比例）自然晾干作為城鄉(xiāng)園林綠化土，將藍(lán)藻富集的磷氮循環(huán)資源化形成一個(gè)完整的生態(tài)閉環(huán)。

4 研究的技術(shù)路線

文獻(xiàn)查詢—>思路擬定—>磁性碳化稻殼制作：浸泡-沉淀-壓榨-碳化—>吸附劑制作—>藍(lán)藻捕捉劑制作—>試驗(yàn)。

研究的科學(xué)性

4.1 磁性碳化稻殼的制備

浸泡：將稻殼用FeCl2溶液（工業(yè)廢料——鋼鐵洗水）充分浸泡1-2小時(shí);

沉淀：利用氨水進(jìn)行堿化，將亞鐵離子固化在稻殼上，形成Fe（OH）2;

壓榨：利用壓榨機(jī)對(duì)沉淀后的稻殼進(jìn)行壓榨;

碳化：對(duì)壓榨后的稻殼放入馬弗爐進(jìn)行加熱，根據(jù)Fe（OH）2的化學(xué)特點(diǎn)可知，F(xiàn)e（OH）2在低溫70℃左右會(huì)轉(zhuǎn)化為Fe3O4，此時(shí)稻殼上固化有Fe3O4磁性材料。再通過(guò)Fe3O4的催化，促進(jìn)稻殼纖維素的，持續(xù)加熱到450攝氏度將稻殼全部碳化;

性碳化稻殼進(jìn)行過(guò)篩。

利用強(qiáng)銣硼磁鐵檢驗(yàn)磁化：100g的稻殼來(lái)添加FeCl2和氨水（25%，約13.33mol/L）：二者以5：1進(jìn)行投放加入足夠水浸泡，利用馬弗爐進(jìn)行磁化，利用強(qiáng)銣硼磁鐵檢驗(yàn)磁化效果。多次實(shí)驗(yàn)得出，100克稻殼加入20克的FeCl2，最為合適。

4.2 吸附劑制作

將陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）先用溶解水量的0.3%的助溶劑乙醇潤(rùn)濕一段時(shí)間后，再用水溫為40℃的水進(jìn)行溶解攪拌，攪拌速度約為200～300（r/min）。配置成濃度為5%的溶液備用。

4.3 藍(lán)藻捕捉劑制作

在200mL藍(lán)藻水中投放磁性碳化稻殼和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM），配制完成藍(lán)藻捕捉劑。

4.4 藍(lán)藻捕捉劑試驗(yàn)結(jié)果分析

采用磁性碳化稻殼與陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）作為絮凝劑，研究其對(duì)銅綠微囊藻等藍(lán)藻的去除效果。通過(guò)控制變量，研究水體的自身因素對(duì)最佳投入捕捉劑時(shí)的捕捉率的影響。

（1）藍(lán)藻捕捉劑添加量對(duì)去除率的影響實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，絮凝效果先是隨藍(lán)藻捕捉劑的含量增加而增強(qiáng)，而后又成下降趨勢(shì)。當(dāng)水中藍(lán)藻固體濃度為1.6g/L、水體pH=6，磁性碳化稻殼投量為1.8g/L，水體CPAM濃度0.2%的藍(lán)藻捕捉劑的藍(lán)藻去除率最高上升到96%。同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)CPAM濃度為0.3%以上時(shí)，雖然澄清液吸光度較低（去除率較高），但絮凝物體積較大，并且比較松散，效果并不好。綜上，當(dāng)?shù)練ね读繛?.8g/L，酰胺濃度為0.2%的捕捉劑效果最好。

（2）絮凝時(shí)間對(duì)去除率的影響實(shí)驗(yàn)。藍(lán)藻水pH值為6時(shí)，取200mL藻液，滴入同量的磁性碳化稻殼為1.8g/L，CPAM為0.2%藍(lán)藻捕捉劑，用攪拌儀攪拌1 min后，分別經(jīng)過(guò)1、2、3、4、5 min時(shí)用膠頭滴管抽取液面下2 cm處的水樣檢測(cè)吸光度，實(shí)驗(yàn)每個(gè)相同樣品均重復(fù) 3次，取平均后得出去除率。

（3）藻液pH對(duì)去除率的影響實(shí)驗(yàn)。藍(lán)藻水pH值為6時(shí)，取200mL藻液，利用1 mol/L鹽酸和燒堿溶液，調(diào)節(jié)水體pH分別為6、7、8、9，滴入同量的磁性碳化稻殼為1.8g/L，CPAM為0.2%藍(lán)藻捕捉劑，用攪拌儀攪拌1 min后，分別經(jīng)過(guò)5min時(shí)用膠頭滴管抽取液面下2 cm處的水樣檢測(cè)吸光度，實(shí)驗(yàn)每個(gè)相同樣品均重復(fù) 3次，取平均后得出去除率。測(cè)定在不同pH下其對(duì)藻液的去除效果。

（4）藻液鹽度、硬度、可溶性物質(zhì)化學(xué)需氧量、銨濃度、磷濃度、溶解氧、溫度對(duì)去除率的影響實(shí)驗(yàn)。當(dāng)藻液濃度為1.6g/L、藻液pH值7時(shí)，磁性碳化稻殼為1.8g/L，CPAM為0.2%的藍(lán)藻捕捉劑的藍(lán)藻去除率這個(gè)最佳去除率為背景，在藻液中，進(jìn)行鹽度、硬度、可溶性物質(zhì)化學(xué)需氧量3個(gè)單一變量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CPAM受到鹽度影響，不適合在高鹽度下處理污水。適當(dāng)?shù)挠捕扔兄贑PAM的吸收，究其原因是藻類多糖容易與Ca、Mg的結(jié)合，Zeta電位下降而團(tuán)聚成較大顆粒，因而更容易被活性炭捕捉。當(dāng)可溶性物質(zhì)化學(xué)需氧量（可溶性COD）提高時(shí)，會(huì)降低藍(lán)藻去除率。原因是CPAM有部分消耗在對(duì)多糖的捕捉上。另外，CPAM不受銨濃度、磷濃度、溶解氧、溫度因素影響。

4.5 碳化磁性稻殼對(duì)污染水中藍(lán)藻的打撈

打撈電磁濾網(wǎng)孔徑、打撈電磁功率、電鏡設(shè)備、稻殼本身尺寸這些是常見(jiàn)的影響藍(lán)藻打撈的因素。利用碳化稻殼制作的活性炭將藍(lán)藻等團(tuán)化，固化，起到凈化水質(zhì)作用?？梢酝度脒m量粘土，降低處理后水體中CPAM的濃度，減輕CPAM對(duì)水中微生物的影響。磁化稻殼可以利用磁性材料方便打撈收集后，把打撈物用金屬離子浸泡，利用吸水性樹(shù)脂將藍(lán)藻進(jìn)行碳化。利用發(fā)酵（45%固含量，55%水含量發(fā)酵效果最好）轉(zhuǎn)化為盆栽土。

5 研究結(jié)論

當(dāng)藻液濃度為1.6g/L、藻液pH值7時(shí)，磁性碳化稻殼為18g/L，CPAM為0.2%的藍(lán)藻捕捉劑的藍(lán)藻去除率這個(gè)最佳去除率，同時(shí)這種捕捉基本上不受到水體的其他條件（除硬度以及鹽度外）影響。同樣，天然水體中，不同區(qū)域的元素很難完全相同。項(xiàng)目與福建智睿環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司（地址：源和堂1916創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園11號(hào)樓）合作，來(lái)處理在西北洋滯洪區(qū)排洪渠C段黑臭水體生物治理工程中運(yùn)用了這個(gè)技術(shù)，排洪渠C段是泉州市中央環(huán)保督查的重點(diǎn)標(biāo)段。處理效果顯著，有效的對(duì)污水中藍(lán)藻進(jìn)行捕捉和打撈，進(jìn)一步改善水質(zhì)，深受西北洋滯洪排澇工程管理處的好評(píng)。

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