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1、湖南大学 硕士学位论文 壳聚糖混合改性硅藻土去磷除藻研究 姓名：任书平 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：刘云国 20100519 壳聚糖混合改性砖藻土去磷除藻研究 摘要 富营养污染的防治与治理是水污染和环境工程领域中的一个重要方向，其主 要危害表现为水华的频繁爆发及引起的一系列问题。水华爆发后的控制主要体现 在藻体的去除上，而对水华爆发前的防治主要体现在对水体生态体系平衡的维护 上，其中最为重要的一环就是水体中营养盐浓度的控制。随着人们对环境生态认 识的不断提高，兼顾环境安全与高效的治理方法成为富营养控制发展的方向。 在国内外研究的基础上，本文以正磷酸盐梯度溶液为实验对象，采用浙
2、江嵊 州生产的直链藻硅藻土为原料，在一定条件下使用水和氧化铁( f e r r i h y d r i t e ) 对 其进行负载、改性，并采用改性后的硅藻土进行除磷实验。对硅藻土改性前后的 微观结构变化与其吸附性能变化间的关系进行了讨论，并研究了在不同p H 值下 其对水中T P 的去除效果。另外，本文还以在人工条件下培养的铜绿微囊藻为实 验对象，采用先前制备的改性硅藻土配合壳聚糖进行混凝除藻实验。对改性硅藻 土表面电性、粒径、壳聚糖最佳投放比以及不同p H 条件下混凝效果进行了进一 步研究。 试验结果表明，当使用水和氧化铁( f e r r i h y d r i t e ) 对硅藻土进行
3、改性后，硅 藻土表面被N a O H 溶液部分溶解，硅藻土表面微孔中大于7 n m 的微孔( 主要为大 型微孔( m a c r o p o r e s ) 与中型微孔( m e s o p o r e s ) ) 被铁氧化物晶体填充发生了部分 堵塞，孔径缩小，另外大部分的氧化铁晶体堆积于硅藻土表面。改性后的硅藻土 比表面积由2 6 7 3 ( m 2 g ) 增大到1 9 7 6 ( m 2 g ) ，增大了7 倍。由于比表面积的显著增 加，改性硅藻土对P 的吸附能力也明显提高，从之前的1 0 2m g g ( p H = 4 ) 和1 7 m g g ( p H = 8 5 ) 分另0 提
4、高至0 了3 7 3 m g g ( p H = 4 ) 和1 3 6m g g ( p H = 8 5 ) 。 混凝试验结果表明，改性硅藻土混合壳聚糖对藻类混凝去除率远高于两者独 立絮凝去除率，具有良好的去除效果。分析其原因，使用壳聚糖与改性硅藻土进 行混凝，既能通过壳聚糖的粘结架桥作用絮凝藻细胞，还能改变硅藻土表面电性， 凝聚带负电的藻细胞。因此，混凝去除铜绿微囊藻的能力大幅度提高。实验表明， ( 3 0 + 1 ) m g L 的使用量即可有效絮凝去除铜绿微囊藻，去除率分别达到9 3 ( p H = 8 5 ) 和9 9 ( p H = 4 ) 以上。l 、两者混合后的絮凝作用主要是依靠
5、壳聚糖的 电中和凝聚和粘结架桥作用来实现，改性硅藻土土主要是起加速絮体沉降的作用。 在水中壳聚糖分子链上阳电荷的相互排斥作用，有利于壳聚糖分子链的舒展，从 而可以充分发挥架桥网捕作用。2 、改性硅藻土的加入不仅增大了颗粒间的碰撞机 率，而且其良好的吸附性能为藻类细胞的凝聚提供了凝聚核，特别是粒径在l6 0 目以下时，单位质量的改性硅藻土具有的粒径和比表面积，都为藻类的混凝提供 硕L 学位论文 了良好的条件。3 、壳聚糖混合改性硅藻土在水体p H 4 O 一8 5 范围内能有效除藻； 水体中达到一定的藻浓度，改性粘土的才能有效除藻，相对高的浓度，可以获得 相对较好的除藻效果。 关健词：改性硅藻土
6、；壳聚糖；混凝除藻；吸附除磷；富营养化 A bs t r a c t E u t r o p h i cp o l l u t i o np r e v e n t i o na n d c o n t r 0 1o fw a t e rp o l l u t i o na n de n V l r o n m e n t a l e n g i n e e r i n gi sa ni m p o r t a n td i r e c t i o n ，m a i n l ye u t r o p h i cp 0 1 1 u t i o na n dh a r mt oC h i n a
7、s f r e a u e n to u t b r e a k so fw a t e ra n dc a u s e das e r i e so fq u e s t i o n s A f t e rt h eo u t b r e a ko f w a t e rb l o o mc o n t r o li sm a i n l yr e f l e c t e di nt h er e m o v a lo fa l g a eo nt h ei n d i V i d u a l W h i l eb e f o r et h eo u t b r e a ko fw a t
8、e rb l o o mc o n t r o li sm a i n l yr e f l e c t e di n t h ew a t e r b a l a n c eo fe c o s y s t e m si ni t sm a i n t e n a n c e ，w h i c hi s t h em o s ti m p o r t a n tp a r to ft h e c o n t r o lo fn u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n s i nw a t e r A sp e o p l ec o n t i n u o
9、 u s l yi m p r o V e e n v i r o n m e n t a la n de c o l o g i c a la w a r e n e s s ，e n v i r o n m e n t a l l ys a f ea n de f f e c t i V et r e a t m e n t m e t h o d sa se u t r o p h i c a t i o nc o n t r o ld e V e l o p m e n t B a s e do nt h er e s e a r c ha th o m ea 珏da b r o a
10、d ，t h i s a r t i c l ei s p h o s p h a t eg r a d i e n t s o l u t i o ni nt h ee x p e r i m e n t a lp r o d u c t i o nb yz h e j i a n g S h e n g z h o u M e l o s i r a d i a t o m a c e o u se a r t ha sr a wm a t e r i a l ，f e r r i h y d r i t e ，u n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n
11、 so f i t su s et o l o a d m o d i 6 c a t i o n ，a n du s et h em o d i 行e dd i a t o m i t ef o rp h o s p h o r u sr e m o V a l O n t h e m i c r o s t r u c t u r eb e f o r e a n da f t e rm o d i 6 c a t i o no fd i a t o m i t ew i t hc h a n g e si n t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e
12、e nc h a n g e si na d s o r p t i o np r o p e n i e s w e r ed i s c u s s e da n ds t u d i e di n d i f f e r e n tp Hv a l u eo fw a t e r u n d e rt h e i rT Pr e m o V a le f I j c i e n c y I na d d i t i o n ，t h i sp a p e r a l s oc u l t u r e di na r t i f i c i a lc o n d i t i o n st
13、h es o l u t i o no fm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a1 n t h e e x p e r i m e n t a l U s i n gp r e v i o u s l yp r e p a r e dc h i t o s a nm o d i 6 e dd i a t o m i t e w i t ht h ea l g a ef l u i d c o a g u l a t i o nt e s t T h em o d i 6 e dd i a t o m i t e s u r f a c ee l e c
14、 t r i c a lp r o p e r t i e s ，p a r t l c l es l z e ， t h eb e s td e l i v e r yo fc h i t o s a na n dd i f f e r e n tp Ht h a nt h ec o a g u l a t i o ne f f e c tw a s u n d e r f h r t h e rs t u d y T h er e s u l t ss h o wt h a ti nt h eN a O Ht r e a t m e n t ，s u r f a c eS i 0 2o f
15、d i a t o m i t ew a s p a r t i a l l yd i s s o l v e di nt h eN a 0 Hs o l u t i o n T h ed i s s o l V e dS i c o n t r i b u t e dt of o r mt h e s t a b l ef e r r i h y d r i t ew h i c hd e p o s i t e di n t ot h em a c r o p o r e sa n dm e s o p o r e so 士d l a t o m l t e - B l o c k i n
16、 gm a c r o p o r e sa n dl a r g e rm e s o p o r e s o fd i a t o m i t ew i t hf e r r i h y d r i t er e s u l t e di na s p e c i f i cs u r f a c ea r e ao fl9 7 6 m 2 gf o rt h ef e r r i h y d r i t e - m o d i f l e dd i a t o m i t e ，w h i c hi s 7 f o l di n c r e a s et h a nt h er a wd i a t o m i t e ( 2 6 7 7m 2 g ) B e c a u s eo f t h ei n c r e a s e ds u r f a c e a r e aa n ds u r f a c ec h a r g e ，t h em a x i m u ma
