碳酸钙结晶对铜绿微囊藻的去除效果及结晶藻絮体特性研究

作     者：易晋 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：聂小保

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：CaCO3结晶 铜绿微囊藻 结晶藻絮体 电中和 网捕卷扫 饮用水 

摘      要：地表饮用水水源容易遭受季节性藻华影响。在我国,蓝藻水华对供水安全的威胁尤为明显和普遍。蓝藻高发期,自来水厂将面临滤池频繁堵塞和泄露、色嗅味超标、消毒副产物风险增加,以及藻毒素等一系列问题。混凝或强化混凝除藻,存在残余铝或色度超标和藻毒素释放等问题。CaCO3结晶在藻类养殖的藻细胞采收中应用广泛,具有优良的藻水分离效果。本研究尝试采用CaCO3结晶去除饮用水中的铜绿微囊藻,通过改变结晶反应条件和藻细胞密度,研究CaCO3结晶对铜绿微囊藻去除效果,并结合结晶藻絮体特性对除藻机理进行初步探讨,以期为自来水厂高效绿色除藻提供新思路。主要研究结论如下:(1)CaCO3结晶对铜绿微囊藻具有稳定、高效的去除作用,当藻密度低于5×105 cell/mL时,控制Ca2+投加量为4 mM、C/Ca为1.0、pH=9,藻细胞去除率高达98%以上,即使严重水华时(藻密度2×106cell/mL),去除率也能达到84%。单独投加Ca2+几乎不具除藻效果。CaCO3结晶除藻效果与C/Ca、过饱和指数(SI)相关,提高C/Ca 比和SI有助于提升除藻效果。(2)CaCO3结晶优良的除藻效果与CaCO3结晶颗粒的特性相关。带正电荷的CaCO3结晶颗粒对藻细胞具有电中和作用,CaCO3结晶颗粒的团聚和沉降对藻细胞具有网捕卷扫作用;当SI较低时CaCO3结晶对铜绿微囊藻的去除以电中和为主,SI较高时则以网捕卷扫为主。此外,CaCO3结晶颗粒密度大,还可以作为加重剂促进藻絮体的沉降。(3)结晶藻絮体相比于铝盐藻絮体,具有致密、含水率低和沉降脱水性能优良等明显优势。在初始藻密度2×106cell/mL,除藻率80%左右的条件下,铝盐藻絮体密度1.10 g/mL、含水率97.6%、二维分形维数1.6、沉速0.39 cm/min左右、毛细吸水时间(CST)56 s,相应结晶藻絮体分别为1.40 g/mL、71.4%、1.8、0.82 cm/min和31s左右。(4)结晶藻絮体特性受C/Ca比、SI和初始藻密度的影响。随着C/Ca比和SI的增加,结晶藻絮体趋于密实、粒径增大,沉降脱水性能逐步改善。藻细胞密度的增加则会引起结晶藻絮体含水率的增加和密度的减小,同时沉降脱水性能则逐渐变差。(5)结晶藻絮体特性与除藻机制有关。网捕卷扫生成的结晶藻絮体较电中和时粒径大、含水率低,且沉降脱水性能更好。高SI时(2.41)除藻以网捕卷扫为主,低SI时(2.06)则以电中和为主,前者结晶藻絮体粒径、含水率和CST可达240.5 μm、71.4%和30 s,后者则分别为152.0 μm、84.4%和35 s。(6)含藻水中CaCO3结晶产物为球型的球霰石,粒径在2～4μm左右。