CN104370431A

CN104370431A - 蓝藻脱水方法

Info

Publication number: CN104370431A
Application number: CN201410684214.5A
Authority: CN
Inventors: 袁兴中; 肖智华; 陈晓红; 黄超; 冷立健; 江洪炜; 张海波; 曾光明
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: CN104370431B

Abstract

本发明公开了一种蓝藻脱水的方法，包括超声、加絮凝剂和压滤脱水步骤，具体为将蓝藻经超声波处理2～6min；向超声后的蓝藻中加入絮凝剂，并搅拌均匀；将加入絮凝剂后的蓝藻进行压滤脱水。本发明公开的方法能使蓝藻体积大大降低、热值无变化且脱水程度高，具有处理速度快、操作简单、便于大规模化生产等优势，具有广阔的应用前景。

Description

蓝藻脱水方法

技术领域

本发明涉及蓝藻污染技术领域，尤其涉及一种蓝藻脱水的方法，具体涉及一种超声波辅助蓝藻脱水的方法。

背景技术

富营养化水体爆发藻类形成水华，是一个全球性问题。近二十几年来，随着工农业迅速发展，人口剧增，城镇化加速，大量未经有效处理的生活污水和工农业生产废水排入江河湖海，使水环境受到严重污染，许多水体的富营养化程度加剧。而水体富营养化导致许多淡水湖泊水华泛滥、海湾赤潮频发，大量蓝藻释放的有毒物质（藻毒素）、蓝藻死亡后释放的致臭物质和有机物使得局部水质和空气质量严重恶化，严重危及渔业和饮用水安全，破坏了景观水体的水质。目前主要通过打捞以控制蓝藻生长，改善水体水质，提升水质生态环境。

打捞蓝藻所得的富藻的含水率一般为95%～99%，在蓝藻爆发期间，仅太湖每天就有数千吨的蓝藻被打捞或过滤处理。打捞出来的蓝藻由于含水率过高，给运输、贮存带来很大的成本，也给最终处置带来极大的困难；而且蓝藻极易腐烂，腐烂后产生恶臭，给周围环境带来诸多不良影响，故必须快速处理蓝藻。如果直接将蓝藻进行填埋，则占用了日益紧缺的土地资源；由于蓝藻含水率较高，亦不适合焚烧处置。而且蓝藻中含有大量蓝藻毒素，蓝藻毒素是细胞内毒素，细胞破裂释放出来并表现毒性，主要由铜绿微囊藻、鱼腥藻、颤藻以及绿色微囊藻等产生，对环境造成很大的影响。

对打捞出水的蓝藻进行脱水处理，从而减小蓝藻体积，是实现蓝藻安全处置和资源化利用的前提条件。目前，国内外对蓝藻脱水技术已有一些研究，蓝藻脱水方法以机械脱水为主，但在机械脱水前需进行调理，以破坏蓝藻的胶体结构、藻水间的亲和力，改善脱水性能。目前蓝藻脱水普遍采用的调理方法是化学调理，即在蓝藻中加入适量混凝剂、助凝剂等化学药剂，中和蓝藻颗粒所带电荷，减小蓝藻颗粒与水分子的亲和力，促使蓝藻颗粒絮凝，从而改善蓝藻的脱水性能。传统的调理剂包括三氯化铁、明矶、石灰、粉煤灰、黏土等，这些絮凝剂不仅可以单独使用，还可联合使用。就目前的处理效果来看，使用絮凝剂调理后的蓝藻经机械脱水得到的蓝藻泥饼含水率仍然高达75%～90%，同时这些处理方法不仅添加的絮凝剂的成本较高，而且脱水后的泥饼还不能满足填埋或焚烧要求，而残留在蓝藻渣中的絮凝剂却会对周围环境产生长久的生态风险。采用石灰、粉煤灰等骨架构建体调理蓝藻，蓝藻渣的含水率可以降到57%～87%，然而骨架构建体的投加量较大，不仅极大地增加了需处理的蓝藻渣的体积，也不利于后续的焚烧、填埋等处置。同时也有采用生物沥浸法（专利申请号：201210437145.9）来促进蓝藻的深度脱水，该法耗时长，要经历48～72h，且脱水程度不高，脱水后的蓝藻含水率为70%。

因此，研究新的蓝藻高效快速脱水，进一步降低脱水后蓝藻的含水率的技术具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对蓝藻打捞出水后的富藻水含水率很高不利于后续运输及最终处置，以及现有蓝藻脱水方法存在的使用絮凝剂脱水后含水率仍然偏高，使用粉煤灰、石灰等脱水后需处理的蓝藻体积量增加等技术问题，提供一种能耗低、处理速度快、操作简单、处理后的蓝藻体积大大降低、热值无变化且脱水程度高的蓝藻脱水的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）超声：将蓝藻进行超声波处理；

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中加入絮凝剂得到加有絮凝剂的蓝藻；

（3）压滤脱水：将加有絮凝剂的蓝藻进行压滤脱水，完成蓝藻脱水步骤。

上述的方法中，优选的，超声波处理的频率为30～110kHz，声强为0.4～0.8W/cm²，声能密度为0.3W/ml～1.0W/ml。

上述的方法中，优选的，超声波处理的时间为2～6min。

上述的方法中，优选的，絮凝剂为无机絮凝剂和/或有机絮凝剂，无机絮凝剂的的添加量为蓝藻干重的1wt%～5wt%；有机絮凝剂的添加量为蓝藻干燥的0.05wt%～0.3wt%。

上述的方法中，优选的，絮凝剂为无机絮凝剂和有机絮凝剂，絮凝剂的添加量为蓝藻干重的0.8wt%～3wt%，絮凝剂中无机絮凝剂和有机絮凝剂的质量比为10～15∶1。

上述的方法中，优选的，无机絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁中的一种或多种。

上述的方法中，优选的，有机絮凝剂为聚丙烯酰胺和/或二甲基二烯丙基氯化铵。

上述的方法中，优选的，步骤（3）中采用压滤机对蓝藻进行压滤脱水，压滤机采用孔隙孔径为8～25μm的滤布。

上述的方法中，优选的，压滤机是厢式压滤机、板框压滤机或隔膜压滤机。

本发明的创新点在于：

本发明采用超声波联合絮凝剂处理蓝藻，一方面由于超声波具有较高的能量，能在水中急剧放电，产生高压和高温等极端条件，能改变构成疏水膜物质的物理和化学性质，破坏蓝藻的胶体结构、藻水间的亲和力，释放结合水，提高蓝藻的脱水性；另一方面，超声波的作用下，絮凝剂的絮凝效果提高了，毛细吸水时间大大降低，将蓝藻中的难以脱去的毛细水和吸附水变成易去除的重力水。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明采用超声波处理蓝藻，使得蓝藻脱水程度高，脱水后的蓝藻渣含水率仅为65～73%。蓝藻的重量和体积大大减少，极大地降低了后续处理费用，并有利于蓝藻的后续处置。高强度、短时间的超声波处理效果较好，处理后蓝藻的脱水性能大大提高，沉淀性好。过高强度、过长时间的超声波处理，蓝藻的脱水性反而会减弱。

（2）本发明采用压滤机对蓝藻进行压滤脱水，压滤机中装有孔隙孔径极小的滤布；蓝藻经微波加酸化氧化处理后，滤布不易堵塞，不仅压滤速度快，而且固体回收率高达95%以上。

（3）本发明对蓝藻进行脱水处理后，热值下降不到2%，非常适用于堆肥、干化、焚烧、生产生物质燃料。

（4）本发明方法工艺简单、操作方便、设备所需投资少，且运行成本较低，脱水时间短，处理速度快，便于大规模化工业生产。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例3中不同声强对处理后的蓝藻毛细吸水时间和脱水后的蓝藻含水率的影响曲线图。

图2为本发明实施例4中不同声能密度对处理后的蓝藻毛细吸水时间和脱水后的蓝藻含水率的影响曲线图。

图3为本发明实施例5中不同超声波处理时间对处理后的蓝藻毛细吸水时间和脱水后的蓝藻含水率的影响曲线图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）超声：将打捞上来的蓝藻（打捞出的蓝藻初始含水率为98%）经超声波频率为50kHz，声强0.7W/cm²，声能密度0.8W/ml的超声波处理3min。

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中按质量为蓝藻干重2%的比例加入聚合硫酸铁，并搅拌均匀，得到加有絮凝剂的蓝藻。

（3）压滤脱水：将步骤（2）中加有絮凝剂的蓝藻经隔膜压滤机压滤脱水，该隔膜压滤机滤布孔隙孔径为20μm，完成蓝藻脱水。

本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间89s，干基热值为19.89 MJ/kg。经实施例1的步骤（2）处理后的蓝藻毛细吸水时间为32s，脱水后的蓝藻含水率70%，固体回收率97.2%，干基热值19.62 MJ/kg。

实施例2

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）超声：将打捞上来的蓝藻（打捞出的蓝藻初始含水率为95%）经频率为80kHz，声强0.6W/cm²，声能密度0.5W/ml的超声波处理4min。

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中按质量为蓝藻干重4%的比例加入聚合氯化铝，并搅拌均匀，得到加有絮凝剂的蓝藻。

（3）压滤脱水：将步骤（2）中加有絮凝剂的蓝藻经板框压滤机压滤脱水，该板框压滤机滤布孔隙孔径为10μm左右，完成蓝藻脱水。

本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间365s，干基热值20.48 MJ/kg。经实施例2的步骤（2）处理后的蓝藻毛细吸水时间为68s，脱水后的蓝藻含水率68%，固体回收率98.4%，干基热值20.03 MJ/kg。

实施例3

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）超声：将打捞上来的蓝藻（打捞出的蓝藻初始含水率为99%）经频率为110kHz，声强分别为0～1.2W/cm²，声能密度0.7W/ml的超声波处理5min。

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中按质量为蓝藻干重1%的比例加入聚合氯化铁，并搅拌均匀，得到加有絮凝剂的蓝藻。

（3）压滤脱水：将步骤（2）中加有絮凝剂的蓝藻经厢式压滤机压滤脱水，该厢式压滤机滤布孔隙孔径为15μm，完成蓝藻脱水。

本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间76s。经实施例3的步骤（2）处理后的蓝藻毛细吸水时间和脱水后的蓝藻含水率参见图1。

从图1中可知，采用声强为0.4～0.8W/cm²的超声波处理，蓝藻的脱水率较高。

实施例4

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）超声：将打捞上来的蓝藻（打捞出的蓝藻初始含水率为98%）经频率为30kHz，声强0.8W/cm²，声能密度分别0～1.5W/ml的超声波处理6min。

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中按质量为蓝藻干重5%的比例加入聚合硫酸铝，并搅拌均匀，得到加有絮凝剂的蓝藻。

（3）压滤脱水：将步骤（2）中加有絮凝剂的蓝藻经板框压滤机压滤脱水。该板框压滤机滤布孔隙孔径为25μm左右，完成蓝藻脱水。

本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间107s，经实施例4的步骤（2）处理后的蓝藻毛细吸水时间和脱水后的蓝藻含水率参见图2。

从图2中可知：采用声能密度为0.3W/ml～1.0W/ml的超声波处理，蓝藻的脱水率较高。

实施例5

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）超声：将打捞上来的蓝藻（打捞出的蓝藻初始含水率为97%）经频率为90kHz，声强0.5W/cm²，声能密度0.7W/ml的超声波处理0～10min。

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中按质量为蓝藻干重0.3%的比例加入二甲基二烯丙基氯化铵，并搅拌均匀，得到加有絮凝剂的蓝藻。

（3）压滤脱水：将步骤（2）中加有絮凝剂的蓝藻经隔膜压滤机压滤脱水，该隔膜压滤机滤布孔隙孔径为18μm左右，完成蓝藻脱水。

本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间187s，经实施例5的步骤（2）处理后的蓝藻毛细吸水时间和脱水后的蓝藻含水率参见图3。

从图3中可知：超声波处理时间为2～6min，蓝藻的脱水率较高。

实施例6

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）超声：将打捞上来的蓝藻（打捞出的蓝藻初始含水率为96%）经频率为40kHz，声强0.7W/cm²，声能密度0.6W/ml的超声波处理5min。

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中按质量为蓝藻干重0.05%的比例加入聚丙烯酰胺，并搅拌均匀，得到加有絮凝剂的蓝藻。

（3）压滤脱水：将步骤（2）中加有絮凝剂的蓝藻经厢式压滤机压滤脱水，该厢式压滤机滤布孔隙孔径为8μm左右，完成蓝藻脱水。

本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间251s，干基热值20.15 MJ/kg。经实施例6的步骤（2）处理后的蓝藻毛细吸水时间为64s，脱水后的蓝藻含水率70%，固体回收率98.4%，干基热值19.89MJ/kg。

实施例7

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）超声：将打捞上来的蓝藻（打捞出的蓝藻初始含水率为95%）经频率为60kHz，声强0.4W/cm²，声能密度0.9W/ml的超声波处理5min。

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中按质量为蓝藻干重0.2%的比例加入聚丙烯酰胺，并搅拌均匀。

（3）压滤脱水：将步骤（2）中加有絮凝剂的蓝藻经厢式压滤机压滤脱水，该厢式压滤机滤布孔隙孔径为10μm，完成蓝藻脱水。

本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间347s，干基热值19.85MJ/kg。经实施例7的步骤（2）处理后的蓝藻毛细吸水时间为85s，脱水后的蓝藻含水率71%，固体回收率97.9%，干基热值19.62MJ/kg。

实施例8

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中按质量为蓝藻干重0.8%的比例加入无机有机絮凝剂，该无机有机絮凝剂由聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺组成，其质量比为10∶1，并搅拌均匀。

本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间347s，干基热值19.85MJ/kg。经实施例8的步骤（2）处理后的蓝藻毛细吸水时间为76s，脱水后的蓝藻含水率76%，固体回收率98.3%，干基热值19.71MJ/kg。

实施例9

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（2）加絮凝剂：向超声后的蓝藻中按质量为蓝藻干重3%的比例加入无机有机絮凝剂，该无机有机絮凝剂由聚合氯化铝和二甲基二烯丙基氯化铵组成，其质量比为15∶1，并搅拌均匀。

本实施例中未处理的蓝藻的毛细吸水时间347s，干基热值19.85MJ/kg。经实施例9的步骤（2）处理后的蓝藻毛细吸水时间为79s，脱水后的蓝藻含水率77%，固体回收率98.4%，干基热值19.64MJ/kg。

在实施例1至9中，无机絮凝剂的的添加量为蓝藻干重的1wt%～5wt%；有机絮凝剂为蓝藻干燥的0.05wt%～0.3wt%；无机有机絮凝剂的添加量为蓝藻干重的0.8wt%～3wt%，均可实施，并达到相同或相似的技术效果。

对比例1

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）加絮凝剂：向打捞上来的蓝藻（打捞出的蓝藻初始含水率为98%）中按质量为蓝藻干重2%的比例加入聚合硫酸铁，并搅拌均匀，得到加有絮凝剂的蓝藻。

（2）压滤脱水：将步骤（1）中加有絮凝剂的蓝藻经隔膜压滤机压滤脱水，该隔膜压滤机滤布孔隙孔径为20μm，完成蓝藻脱水。

对比例1中未处理的蓝藻的毛细吸水时间89s，干基热值19.89 MJ/kg。经对比例1的步骤（1）处理后的蓝藻毛细吸水时间为48s，脱水后的蓝藻含水率87%，固体回收率96.3%，干基热值19.74 MJ/kg。

对比例2

一种蓝藻脱水的方法，包括以下步骤：

（1）加絮凝剂：向打捞上来的蓝藻（打捞出的蓝藻初始含水率为96%）中按质量为蓝藻干重0.05%的比例加入聚丙烯酰胺，并搅拌均匀，得到加有絮凝剂的蓝藻。

（2）压滤脱水：将步骤（2）中加有絮凝剂的蓝藻经厢式压滤机压滤脱水，该厢式压滤机滤布孔隙孔径为8μm左右，完成蓝藻脱水。

对比例2中未处理的蓝藻的毛细吸水时间251s，干基热值20.15 MJ/kg。经对比例2的步骤（1）处理后的蓝藻毛细吸水时间为108s，脱水后的蓝藻含水率85%，固体回收率96.7%，干基热值19.95MJ/kg。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种蓝藻脱水方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）超声：将蓝藻进行超声波处理；

2.根据权利要求1所述的蓝藻脱水方法，其特征在于，所述超声波处理的频率为30～110kHz，声强为0.4～0.8W/cm²，声能密度为0.3W/ml～1.0W/ml。

3.根据权利要求1所述的蓝藻脱水方法，其特征在于，所述超声波处理的时间为2～6min。

4.根据权利要求1所述的蓝藻脱水方法，其特征在于，所述絮凝剂为无机絮凝剂或有机絮凝剂，所述无机絮凝剂的添加量为蓝藻干重的1wt%～5wt%；所述有机絮凝剂的添加量为蓝藻干燥的0.05wt%～0.3wt%。

5.根据权利要求1所述的蓝藻脱水方法，其特征在于，所述絮凝剂为无机絮凝剂和有机絮凝剂，所述絮凝剂的添加量为蓝藻干重的0.8wt%～3wt%，所述絮凝剂中无机絮凝剂和有机絮凝剂的质量比为10～15∶1。

6.根据权利要求4或5所述的蓝藻脱水方法，其特征在于，所述无机絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁中的一种或多种。

7.根据权利要求4或5所述的蓝藻脱水方法，其特征在于，所述有机絮凝剂为聚丙烯酰胺和/或二甲基二烯丙基氯化铵蓝藻脱水。

8.根据权利要求1所述的蓝藻脱水方法，其特征在于，步骤（3）中采用压滤机对蓝藻进行压滤脱水。

9.根据权利要求8所述的蓝藻脱水方法，其特征在于，所述压滤机采用孔隙孔径为8～25μm的滤布。

10.根据权利要求8或9所述的蓝藻脱水方法，其特征在于，所述压滤机是厢式压滤机、板框压滤机或隔膜压滤机。