臭氧发生器-活性炭去除藻类效能研究

 

     2021年，藻类问题依然普遍存在于世界各国的水处理实践中，藻类含量高时会影响混凝和沉淀，增加混凝剂量；堵塞滤池，缩短滤池过滤周期；致臭并产生藻毒素，和氯作用形成氯化消毒副产物，降低饮用水安全性。

    臭氧发生器处理作用之一是溶裂藻细胞，二是杀藻，使死亡的藻类易于被后续工艺去除。臭氧发生器可作为除藻的一种预处理方法，它和常规处理及其它技术配合使用是处理富营养化水源水藻类问题的有效途径之一。藻毒素正成为藻类污染问题的另一重点，在一定条件下臭氧发生器可有效去除某些藻毒素，具体去除率主要取决于臭氧发生器投加量，其次取决于原水水质(藻毒素类型、有机物性质及浓度、碱度等)。

 

     在使用臭氧发生器测试结果表明，利用臭氧发生器处理30分钟含40－50万个/ml单胞藻及原生动物的海水以后，再用显微镜观察发现其所有的原生动植物呈爆炸性死亡，把经过水处理臭氧发生器处理的海水继续培养两个星期以后检验测试仍未发现生物，且水质清澈透明，取赤潮海水进行30分钟臭氧处理后红色赤潮海水被氧化变为白色透明，水中夜光虫全部被杀死且呈粉碎状。

 

     在赵静的《臭氧活性炭对地表水中藻毒素的去除效能》中提到，随着原水水源微污染问题的加剧,地表水藻类的爆发所产生的藻毒素日渐威胁着人们的健康生活,藻毒素可引起皮肤过敏、呼吸系统衰竭甚至成为肝肿瘤促进剂,具有很强的致病性,然而常规水处理工艺对其的处理效果非常有限,为了降低水体中藻毒素的浓度,探索新的处理工艺十分必要。

 

     首先,本文研究了臭氧—活性炭工艺对藻毒素MC-LR的去除效果。综合考虑臭氧对MC-LR、有机物、浊度的去除能力,确定了很佳臭氧投加量为1.5mg/L。此浓度臭氧与35mg/L粉末活性炭联用时,对MC-LR、UV_(254)、浊度的去除率分别达到84.86%、63.36%、67.46%。将臭氧—活性炭工艺与高锰酸钾—活性炭工艺对微污染原水的去除能力进行了对比实验。

 

     通过小试实验确定了高锰酸钾很佳投量为1.0mg/L,与35mg/LPAC联用时对MC-LR去除率为33.17%,浊度仅为7.84%、UV_(254)仅为33.4%,可见,臭氧—活性炭工艺对微污染原水的处理效果优于高锰酸钾与活性炭联用。其次,用20%磷酸、20%氨水分别对粉末活性炭进行改性实验,扫描电镜观察其外观形貌并用Bohem滴定法对表面官能团进行测定。不同的改性过程改变了活性炭的物理化学结构。磷酸氧化改性后,降低了比表面积,增加了表面酸性基团,降低了零电荷点;氨水改性处理后,则升高了比表面积,并增加了表面碱性官能团,提高了零电荷点。静态吸附实验研究了不同吸附时间、温度、pH条件下三种活性炭对有机物的吸附能力。结果表明,活性炭对有机物的很佳吸附时间在120min左右;升高温度有利于增强活性炭的吸附能力,活性炭对有机物的吸附过程为吸热过程;碱性条件下更适合发挥活性炭的吸附作用。然后,进行了未改性炭、磷酸改性炭、氨水改性炭三种活性炭对MC-LR、浊度、有机物的去除实验。结果显示,三种活性炭对藻毒素的去除能力顺序为:氨水改性炭未改性炭磷酸改性炭;对有机物吸附能力顺序为:氨水改性炭未改性炭磷酸改性炭;未改性炭及磷酸改性炭对浊度的去除效果相近,但都低于氨水改性炭对浊度的吸附能力。

 

     在此基础上,将1.5mg/L臭氧与不同浓度氨水改性PAC联用,当投量为45mg/L时对MC-LR的去除率可达到90.54%。出水浊度仅为0.56NTU,去除率为86.7%。对UV_(254)、TOC、CODMn去除率依次为:63.16%、60.91%、42.86%。由此可见,臭氧与氨水改性PAC联用时对微污染原水的处理效果较与未改性活性炭联用更理想。很后,利用本次实验所得的大量研究数据,借助MATLAB软件建立MC-LR多元线性回归预测模型,以MC-LR作为被解释变量,以药剂投加量、浊度、UV_(254)为解释变量。结果显示,多元线性回归预测模型在7种不同工艺下对MC-LR的预测效果均理想,MC-LR与药剂投量、浊度、UV_(254)具有很强的线性相关性。R2值维持在0.9847~1.0000之间。