一种用于低浓度含藻水的除藻混凝剂及除藻方法
【技术领域】
[0001]本发明属于给水处理技术领域，具体涉及一种用于低浓度含藻水的除藻混凝剂及除藻方法，主要用于水源地水和自来水厂。
【背景技术】
[0002]随着社会不断发展和人类生活条件不断改善，大量含氮、磷元素的污水排放进入自然水体，在温度等条件适宜时，造成了自然水体的富营养化，大量藻类生物爆发生长，特别是在一些流动性差的河道的盲端或局部。藻类爆发性生长，产生水华，使得水体生态功能退化，水生动植物大量死亡。藻类呈现的浑浊污秽严重影响水体的观感，藻类散发的腥臭也成为一种生态灾难。部分作为供水水源的水体爆发富营养化，更是干扰了给水处理过程，对城市供水的稳定性和安全性造成了严重的问题。
[0003]在水源地以及自来水给水系统中，基于水质特点爆发高浓度水华的概率不高。但是水源地持续含藻水及由于藻类的次级代谢产物藻毒素、嗅味问题一直困扰着广大居民和水务人员，目前的自来水厂常规工艺对其无能为力。
[0004]要有效维护水体生态，就必须改善水体水质，并且有效去除藻类和藻类生长基础性物质。目前国内外对富营养化水体治理有三大类方法:生物法、物理机械法和化学法。各种方法都存在着缺陷。生物法特别是生态修复的方法对小范围、固定区域内富营养化的防治是重要的方法，但这类方法需要事先投入巨大的人造工程，以创造并控制抑制富营养化所需水生植物或动物的生存条件，因而见效慢、成本高，较难普遍适用于大面积、突发性藻华的治理;物理机械法基于“取出”的思想（如气浮船，捞藻过滤等），虽然可使取出的藻不再污染原水体，但由于效率特别是成本的限制，一般只适用于小型水体或局部高藻水的临时处理，往往无法高效、廉价地应用于大面积水华的治理，对于较低浓度的含藻水没有应用价值;传统化学法虽然可以快速杀藻，但以往使用的化学杀藻剂可能造成其他的毒、副作用，比如造成藻毒素的加速释放，越来越被认为不宜在天然水体中使用。对于水体富营养化的大面积、突发性的特点，化学法是治理这一环境污染现象最有效的方法。但对于化学法处理较低浓度含藻水，目前国内外研究中鲜有相关报道。
[0005]传统的化学药剂除藻方法，例如聚铁，聚铝，聚丙烯酰胺等，往往会造成金属离子和丙烯酰胺单体残留，对水源地水体的水质造成不良的影响，在国外已经限制或禁止此类化学药剂的使用。
[0006]中国专利CN101628746B披露了一种聚合氯化铝铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤:将聚合氯化铝溶液在搅拌的条件下加热至温度为40?90°C，加入聚合氯化铁，继续加热搅拌反应0.5?2.0小时，使聚合氯化铝与聚合氯化铁之间发生共聚反应，得到聚合氯化铝铁溶液;室温下在搅拌的条件下，加入聚二甲基二烯丙基氯化铵胶体，得到二者的混合液;室温下搅拌使聚二甲基二烯丙基氯化铵胶体与聚合氯化铝铁完全互溶，得到聚合氯化铝铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵复合混凝剂。该专利的复合混凝剂为聚合氯化铝铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵胶体的混合液，这种混凝剂加入水中时，相当于聚合氯化铝铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵同时加入水中，不能够根据水体含藻量迅速方便调节二者的配比，而且聚合氯化铝铁不具备集“吸附架桥”、“电中和”和“螯合网捕”三种混凝功效协同作用于一体的优点，对藻类的处理效果不好。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能保证饮用水安全，不产生二次污染，效率高，操作简单，应用推广前景好的用于低浓度含藻水的除藻混凝剂及除藻方法。
[0008]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]—种用于低浓度含藻水的除藻混凝剂，该除藻混凝剂包括复配使用的聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚硅酸铝铁。
[0010]所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵的分子量为200000?500000。
[0011]所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵与聚硅酸铝铁的质量比为1:2?20。
[0012]优选地，所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵与聚硅酸铝铁的质量比为1:4?16。
[0013]所述的聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚硅酸铝铁均采用相应物质的水溶液。
[0014]所述的聚硅酸铝铁的水溶液中还含有体积浓度为O.I?5 %的浓盐酸。配置聚硅酸铝铁的水溶液时，加入浓盐酸，并在40?100 °C的水浴锅中加热IO?30min，这样使得聚硅酸铝铁能更好更快的形成水溶液。
[0015]—种用于低浓度含藻水的除藻方法，采用所述的除藻混凝剂，包括以下步骤：
[0016](I)向低浓度含藻水中加入聚二甲基二烯丙基氯化铵，反应0.5?5min后加入聚硅酸铝铁，加入的聚二甲基二烯丙基氯化铵与聚硅酸铝铁的质量比为1:2?20，并搅拌；
[0017](2)静置沉淀即可除去低浓度含藻水中的藻类。
[0018]每升低浓度含藻水的聚二甲基二烯丙基氯化铵用量为0.5?5mg。
[0019]其中，步骤（I)中的混凝过程采用先以较快的速度搅拌，然后再降低搅拌速度进行混凝，这样有利于絮体凝聚并沉淀。
[0020]所述的低浓度含藻水中的藻浓度为IX IO4?9 X WmL—1，即每毫升低浓度含藻水中含藻I X IO4?9 X IO5个，pH值为5?10。
[0021]所述的步骤(2)中的静置时间为10?40min，步骤（I)及步骤(2)的总时间为O. 5?2h。
[0022]二甲基二稀丙基氯化钱(dimethyldialIylammonium chloride，简称DMDAAC)的均聚物聚二甲基二稀丙基氯化钱(polydimethyldiallylammonium chloride，简称]3DADMAC)作为一种具有特殊功能的水溶性阳离子型高分子聚合物，和其他线性高分子相比，具有大分子链上所带正电荷密度高、水溶性好、高效无毒等优点。PDADMAC单独使用成本较高，但ToADMAC与聚硅酸铝铁复配在一起时所得到的复合混凝剂具有较强的电中和能力和吸附架桥能力，混凝效果好，
[0023]聚硅酸铝铁(PSFA)是一种新型的水溶性高分子电解质，离子度高、易溶于水(在所研究的PH条件下完全溶于水，且不受低水温的影响）、不成凝胶、水解稳定性好等特点。与传统使用的无机混凝剂(如聚合氯化铝，硫酸铝、碱式氯化铝等)相比，具有产生的淤泥量少、沉降速度快、水质好、成本低等特点。
[0024]当初始藻浓度为IX IO4IiiI/1?9 X IO5IiiI/1时，PDADMAC投量为0.5?5mg/L，PSFA投量为I?8mg/L时，藻去除率可达90%以上，除藻效率高。
[0025]目前淡水含藻水中主要的藻类是蓝藻和硅藻属，主要有铜绿微囊藻，螺旋鱼腥藻，针杆藻，变异直链藻等，本专利提出将聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)与聚硅酸铝铁(PSFA)复配使用，二者产生协同作用，对于这些藻均具有较好去除效果，同时有效减少了混凝剂的用量，降低了成本。
[0026]通常水体中藻类细胞具有数量多，比重小，表面带较高的负电荷等特点而难以沉降去除。HMDMAC是分子链上正电荷密度较高的有机高分子，在水中能够发挥电中和作用使藻细胞脱稳，且高分子链可发挥吸附架桥作用，但是单独使用用量较大成本高。PSFA中铁盐与铝盐带有正电荷，聚铁、铝离子中起架桥作用的-OH与聚硅酸中的硅氧基团之间进一步形成氢键，在原有的链状结构中还会生成支链，集“吸附架桥”、“电中和”及“螯合网捕”三种混凝功效协同作用于一体，聚硅酸铝铁的这种性质是聚合氯化铝铁所不具有的，且聚硅酸具有较强粘结聚集能力，可与铁盐铝盐一起形成螯合网捕效果。单独投加PSFA处理低藻水时混凝后形成的藻絮体较小，所需沉降时间较长。两者协同发挥电中和，吸附架桥以及网捕卷扫作用使混凝后的藻细胞形成矾花迅速且沉降速度快，去除效果好，另外，本专利中聚硅酸铝铁与聚二甲基二烯丙基氯化铵分别配成溶液投加，使用方法简便且更容易控制用量，能够根据现场的含藻水的藻浓度灵活复配使用。
[0027 ] PDADMAC作为尚分子化合物，分子量越大、正电荷量越多、分子链越长对二者的协同作用除藻效果将会越好，但是分子量越大药剂成本越高。本发明使用的分子量范围的PDADMAC分子量足够大，在具有较好的除藻效果的同时且成本在可控范围内。
[0028]本专利中提出的两种药剂质量比是通过实验结果提出的范围，在此范围内去除效果较好。小于此范围，正电荷浓度不够导致藻细胞表面zeta电位不能下降至脱稳状态。若超过此范围正电荷浓度过量会导致再稳现象，去除效果也不好。
[0029]TOADMAC和PSFA的投入先后顺序是通过实验中控制药剂投加顺序比较去除效果得出的，因为只有先将藻细胞表面电位降至脱稳状态才有利于藻细胞聚集。而PDADMAC正电荷密度较PSFA更高，更适合用于先将藻细胞表面电位降至脱稳状态。
【附图说明】
[0030]图I为实施例I中聚硅酸铝铁投入量与藻去除率的关系图；
[0031 ]图2为实施例2中聚硅酸铝铁投入量与藻去除率的关系图；
[0032]图3为实施例3中聚硅酸铝铁投入量与藻去除率的关系图；
[0033]图4为实施例4中聚硅酸铝铁投入量与藻去除率的关系图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0035]实施例I
[0036]—种用于低浓度含藻水的除藻混凝剂，该除藻混