蓝藻胞外聚合物对混凝工艺的影响与调控研究

发布时间：2020-10-31 05:54

　　 蓝藻胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS),是一种将数个至数百个球形藻细胞黏连在一起的天然大分子粘性物质,其包裹在细胞表面能够直接影响含藻水的混凝处理过程。为了探明蓝藻EPS对混凝工艺的影响机理,寻求合理有效的蓝藻EPS调控策略,本文主要关注并研究了蓝藻EPS去除前后藻细胞及絮体表面特性的变化,分析了蓝藻EPS对藻细胞混凝效果及絮凝结合性能的影响机制,并通过不同的预处理方法对蓝藻EPS进行降解脱落调控,对比分析蓝藻在不同的预氧化及超声预处理条件下,蓝藻藻细胞及絮体的表面特性变化,优化蓝藻EPS的调控效果,分析其对蓝藻混凝效果的改善,优选出安全高效的预处理调控蓝藻EPS方法。主要研究内容如下:(1)研究了分步去除S-EPS、LB-EPS和TB-EPS后蓝藻的混凝沉淀效果。S-EPS、LB-EPS及TB-EPS的脱落,显著影响蓝藻细胞表面电负性,LB-EPS分离后的藻细胞在30mg/L的混凝剂作用下,其絮体zeta电位几近达到混凝微絮体范围;TB-EPS提取后的藻细胞在30mg/L的混凝剂作用下,其絮体zeta电位接近OmV,可以达到完全脱稳状态。伴随着S-EPS、LB-EPS及TB-EPS的脱落,藻细胞的疏水性也逐渐提高。原水疏水度为7.33%,TB-EPS分离去除后可增加到33.06%。因此,蓝藻EPS对混凝工艺的影响机理是:EPS的分离去除能够明显改变蓝藻细胞表面特性,在不破坏细胞内部结构的前提下调节藻细胞聚集状态,影响藻细胞表面电荷,增加疏水度,改变藻细胞在水溶液中的稳定状态,使藻细胞更有利于与混凝剂结合,显著提高蓝藻混凝效率。(2)研究了预氧化对蓝藻EPS的调控效果。在1mg/L的KMnO4预氧化条件下,蓝藻混凝沉淀效果得以改善;在2mg/L的KMn04预氧化条件下,30mg/L混凝剂作用就能达到叶绿素a和浊度去除率分别为86.93%和80.71%的最优效果,混凝效果改善更加充分;1mg/L和2mg/L的NaClO预氧化条件,容易造成蓝藻细胞的逐渐破损,胞内毒素及有机物的外泄,出水DOC指标的上升,混凝效果的改善也受到抑制甚至降低。可见,在一定范围内,EPS预氧化调控效果有随氧化剂量的升高而升高趋势,但同时伴随着藻细胞破损藻毒素泄露的情况,使得EPS预氧化调控效果受氧化剂种类和剂量的联合控制。因此,氧化剂可以氧化藻体表面的EPS,而合理方式的不过量调控,是氧化剂调控EPS的关键,相较而言,KMnO4比NaClO调控更安全可靠。在2mg/L的KMnO4预氧化调控作用下,混凝剂30mg/L时,可以达到藻体去除率高同时藻细胞破损情况小的最优条件。(3)研究了超声预处理对蓝藻EPS的调控效果。在40kHz低频率超声条件下,超声能量密度59.1w/L和95.5w/L均可改善蓝藻混凝沉淀效果,且超声能量密度95.5w/L的超声条件下混凝效果改善更加充分;在80kHz高频率超声条件下,超声能量密度59.1w/L和95.5w/L均会造成蓝藻细胞的破损,胞内毒素及有机物的外泄,出水DOC指标的上升。可见,在一定范围内,EPS超声调控效果有随超声强度的升高而升高的趋势,但同时可能伴随着藻细胞破损、藻毒素泄露的情况,使得EPS超声调控效果受超声功率、频率等强度因素控制。因此超声可以起到调控EPS、解聚分散藻细胞的作用,而合理强度的不过量调控,是超声调控EPS的关键。在超声频率40kHz,超声能量密度95.5w/L的超声调控作用下,可以达到蓝藻混凝效果改善同时藻细胞破损程度较小的最优条件,而该超声调控仍不如2mg/L的KMnO4预氧化调控效率更高。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.2
【部分图文】：

图１－１蓝藻ＥＰＳ的构造模型图??养液进行１５ｍｉｎ，?２５００ｇ的离心处理以提取包括余物中加入〇．〇５％ＮａＣｌ到原体积再进行１５ｍｉｎ，的藻类样品在ＮａＣｌ溶液进行３０ｍｉｎ的重悬，于５０００ｇ离心处理得到ＴＢ－ＥＰＳ。这种采用微碱结缩、醇沉、透析、冷冻干燥的提取方法，实现较高的蓝藻Ｓ－ＥＰＳ、ＬＢ－ＥＰＳ和ＴＢ－ＥＰＳ。但在，故提取温度的确定还待考宄。??现，物理提取法具有不添加化学试剂、ＥＰＳ的由于蓝藻细胞壁可抵抗０．７?ＭＰａ的压力［２５１，采用安全有效。由于ＥＰＳ与细胞结合非常紧密，一提取法。然而化学提取法中所用的化学药剂易安全Ｉ２６］。高跃跃问等人先后采用化学法对比物理

１．２．４．１蓝藻ＥＰＳ对水环境的污染??蓝藻ＥＰＳ伴随着蓝藻细胞的生长繁殖，不断形成、分泌并释放于周围水体中，其产??生和传递过程需要消耗水中大量溶解氧，影响水体的生态环境。如图１－１所示，蓝藻产生??的ＥＰＳ主要以三种形态存在：ＴＢ－ＥＰＳ、ＬＢ－ＥＰＳ和Ｓ－ＥＰＳ。ＴＢ－ＥＰＳ位于内层，与细胞表??面结合紧密，稳定的附着于细胞壁外，具有一定的外形；ＬＢ－ＥＰＳ位于ＴＢ－ＥＰＳ外层，具??有比较松散的结构，是可向周围环境扩展、无明显边缘的粘液层；Ｓ－ＥＰＳ分布于最外层，??以游离态形式存在，分子尺度多为胶体状或溶解性分子，极易分散于水相［３Ｍ３］。Ｓ－ＥＰＳ以??疏水性有机物为主，包含大量的羧基、羟基、氨基等官能团，其大量释放大大增加了水体??中溶解性有机物的含量［Ｍ－３５］。ＬＢ－ＥＰＳ和ＴＢ－ＥＰＳ虽然附着于细胞表面，然而其在一定的??水动力条件下仍会剥离脱落下来，释放到水中，进一步加剧水体的污染程度。此外，蓝藻??ＥＰＳ中的蛋白与腐殖酸等含碳、含氮有机组分是加重水体污染的重要因素

量（４５ｍｇ／Ｌ）、过量剂量（６０ｍｇ／Ｌ）。同样配制含藻水浊度为８０．７ＮＴＵ，叶绿素ａ含量为??１９８．４３ｐｇ／Ｌ，ＣＯＤＭｎ含量为９．７９ｍｇ／Ｌ，不同ＥＰＳ包裹状态蓝藻混凝沉淀实验处理效果如??图２－２所示。??从图２－２中可见，原水在混凝剂４５ｍｇ／Ｌ下，浊度、叶绿素ａ和ＣＯＤＭｎ去除效率分别??为７４．３５％，?８１．４８％和６８．５４％，去除效率最高，且达到稳定。对比ＥＰＳ分离去除后藻细胞??样和原水在相同剂量混凝剂下的混凝沉淀效果，发现Ｓ－ＥＰＳ分离去除后藻细胞的混凝效??果略有提升，ＬＢ－ＥＰＳ和ＴＢ－ＥＰＳ分离去除后藻细胞的混凝去除率有较大提升。从图２－２ａ??可见，在原水的最佳混凝剂用量（４５ｍｇ／Ｌ）的条件下，除Ｓ－ＥＰＳ后藻样的去除率从ＥＰＳ??分离前原水的８２．２４％提高到８４．丨３％，除ＬＢ－ＥＰＳ后的藻样提高到９０．２５％，除ＴＢ－ＥＰＳ??后的藻样提高到９２．４６％。图２－２ｂ和图２－２ｃ也表现出ＥＰＳ的分离去除，可以明显提高含??藻水的混凝效果
【参考文献】

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本文编号：2863539