论文总字数：20109字

摘 要

近年来，水体富营养化现象日益严重，藻类迅速繁殖导致水体中溶解氧含量降低，水体内原有生物如鱼类等大量死亡，使水体水质恶化。因此提高富营养华水体处理效果对于保护城市水环境具有重要意义。混凝是一种简单有效的水/废水处理技术，广泛应用于饮用水和废水处理过程。混凝工艺的效率取决于多种因素，如溶液中污染物的种类和浓度、混凝剂的类型、投加量等。目前广泛使用的混凝剂，如聚合氯化铝、聚合硫酸铁等，处理效率低，对供水单位等提供优良的水源产生巨大挑战。因此，本论文围绕混凝的关键影响因素，制备复合混凝剂PFS-PDM并用于混凝处理富营养化水体，研究混凝剂的种类、投药量、pH、沉淀时间对处理效果的影响，优化混凝工艺，提高混凝对富营养化水体的去除效果。主要研究结果如下：

（1）采用聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDM）作为混凝剂，投药量为6 mg/L时，混凝工艺对微藻去除率最大，可达到45%。和投加相同剂量的的PDM混凝过程相比，聚合硫酸铁（PFS）混凝剂能更高效的除藻，去除率最高能达到80%。PFS-PDM（PDM 2.0 g）在最适投药量范围15-20 mg/L内，混凝除藻率高达95%左右。PFS-PDM（PDM 4.0 g）投药量为15 mg/L时，混凝除藻率最高，可达到约70%。

（2）pH对三种混凝剂混凝除藻率影响不显著。其中，PFS-PDM（2.0 g PDM）和PFS混凝剂在pH 5-9的范围内，除藻率分别稳定在90%和80%左右。

（3）三种混凝剂混凝除藻率随沉淀时间的增加而不断增加，其中PFS在13 min即可沉淀完全，而复合混凝剂PFS-PDM（2.0 g PDM）在20 min才能沉淀完全。

（4）三种混凝剂在混凝去除实际水体UV₂₅₄的过程中，PFS-PDM（2 g PDM）的处理效果最佳，且在相同投药量下，两种复配比混凝剂的UV₂₅₄去除率均优于单一混凝剂PFS的UV₂₅₄的去除率。PFS、PFS-PDM（2.0 g PDM）的最优投药量为10 mg/L，去除率分别为30%和45%；PFS-PDM（4.0 g PDM）的最优投药量为12 mg/L，去除率可达到51%。

关键词：PFS、PFS-PDM复合混凝剂、投药量、微藻去除率

ABSTRACT

In recent years, the phenomenon of eutrophication of water bodies has become more and more serious. The rapid propagation of algae has led to a decrease in the dissolved oxygen content in water bodies, and a large number of original living organisms in water bodies, such as fish have been killed, causing serious pollution to water bodies. With the intent to protect receiving water, an efficient and economical treatment must be used to improve the treatment performance of eutrophic water bodies. Coagulation is a simple and efficient method for water and wastewater treatment, and has been widely used for drinking water, and wastewater treatment. The efficiency of the coagulation process is governed by the various factors, such as the type and concentrations of pollutants in wastewater, the type, dosage of the coagulant, pH and settling time etc. Currently widely used coagulants, such as PAC and PFS, have low treatment efficiency, and pose a great challenge to water supply units and water companies to provide excellent water sources. Therefore, this paper focuses on improving the key factors of coagulation, preparing a composite coagulant PFS-PDM and using it in the coagulation treatment of eutrophic water. The effects of the type and dosage of the coagulants, pH, and settling time on the treatment effect were studied, optimizing the coagulation process and improving the removal of eutrophic water by coagulation were also explored. The main findings are as follows:

(1) When PDM was used as a coagulant and the dosage was 6 mg/L, the coagulation process had the highest removal rate of microalgae, which could reach 45%. Compared with the same dose of PDM coagulation process, PFS coagulant can remove algae more efficiently and the removal rate could reach 80%. In PFS-PDM (PDM 2.0 g), the optimal dosage range is 15-20 mg/L, and the algae removal rate is as high as 95%. When the dosage of PFS-PDM (PDM 4.0 g) was 15 mg/L, the algae removal rate was the highest, reaching about 70%.

(2) pH had no significant effect on the algae removal rate of the three coagulants in coagulation process. Among them, in the range of pH 5-9，the algae removal rate of PFS-PDM (2.0 g PDM) and PFS were stable at 90% and 80%, respectively.

(3) The algae removal rate of three kinds of coagulants by coagulation process increased with the increase of precipitation time, PFS could precipitate completely in 13 minutes, while the composite coagulant PFS-PDM (2.0 g PDM) could precipitate completely in 20 minutes.

(4) In the coagulation process for actual water treatment with three coagulants, PFS-PDM (2 g PDM) had the best treatment effect. At the same dosage, The UV₂₅₄ removal rate of composite coagulant with different compounding ratio were better than the UV₂₅₄ removal rate of the single coagulant PFS. The optimal dosage of PFS and PFS-PDM (2.0 g PDM) were 10 mg/L, the removal rates were 30% and 45%, respectively; the optimal dosage of PFS-PDM (4.0 g PDM) was 12 mg/L, and removal rate could reach 51%.

Keywords: PFS, composite coagulant PFS-PMD, dosage, removal rate of microalgae

目 录

第一章 研究背景 1

1.1 水体富营养化 1

1.2 处理方法 1

1.2.1生物处理法 2

1.2.2化学处理法 2

1.2.3混凝沉淀法除藻 4

1.3处理方法选择 5

1.4课题研究内容和目的 6

1.4.1 课题研究内容 6

1.4.2 课题研究目的 6

第二章 材料与方法 7

2.1 实验药剂和材料 7

2.2 实验仪器 7

2.3微藻培养 8

2.4 复合混凝剂的制备 8

2.5 混凝实验 9

2.6实验水样 9

2.7水质测定 9

第三章 结论与讨论 11

3.1藻类在BG11培养基中的生长曲线 11

3.2混凝剂的种类对混凝处理小球藻液效果的影响 11

3.2.1投加混凝剂PDM 11

3.2.2投加混凝剂PFS 12

3.2.3投加不同复配比的复合混凝剂PFS-PDM 13

3.3 pH对混凝除藻效率的影响 15

3.4沉淀时间对混凝效率的影响 15

3.5混凝对天然富营养化水体的处理效果 16

第四章 结论与展望 18

4.1结论 18

4.2展望 19

参考文献 21

研究背景

水体富营养化

随着工业的不断发展，人类对大自然的开发利用越来越广泛，大量含氮、磷等营养物质的生活、农业、工业废水持续排入江河湖泊中，导致越来越多的水体恶化，水体富营养化问题日益严重，影响家庭、工业、农业等水源的质量。对于个别完全依靠江河湖泊水作为城市生活用水的城市，水体富营养化问题大大影响了人们的正常生活工作，甚至对人类健康产生潜在威胁。很多城市多年致力于治理湖泊水体富营养化，但效果却不尽如人意。目前，水体富营养化问题是当今世界范围难以解决的问题之一，困扰着很多国家的生活及工业发展。国际上有近75%以上的湖泊、江河等封闭型水体都广泛存在水体富营养化的问题。

氮、磷元素是水体生态系统保持稳定的重要营养元素，氮、磷元素的含量是决定水体营养程度的重要指标，水体富营养化则是指水体中的氮、磷元素含量超标。大量工厂日常生产中产生的工业废水、含有大量洗涤用品的生活污水和过量使用化肥产生的农业废水，经过不恰当的水处理工艺，甚至不经过任何处理直接排放进江河湖泊中，破坏了原有水体的营养物质平衡，大大增加了水体的自净负荷。大量的如蓝藻一样的微藻生物在水中迅速繁殖，并浮在水体表面，导致水体变浑浊，透光度降低，以至于水体中部和深层的水生植物难以得到阳光照射，难以进行光合作用，水中溶解氧浓度大大降低，水中原有的需氧生物大量死亡，尸体腐烂分解，再次消耗偏低的溶解氧。水体变黑变臭，影响原有水体的生态平衡，导致旅游价值降低^【1】，与此同时水体环境剧烈恶化，水厂净水压力会大大增加。另一方面，水中大量繁殖的蓝藻等微藻在正常生活代谢过程中会分泌部分有毒物质，可能会导致水中鱼类和其它水生生物中毒，或者引发大规模水生生物瘟疫，给一些渔民的生产、生活带来各种不利影响^【2】。同时这些毒素和有毒有害物质会导致饮用水水源水质恶化，在处理不达标的情况下可能带来更多潜在的危险与灾难，威胁人类健康。因此，通过合适的工艺去除富营养化水中的微藻，从而减少潜在的危害是非常必要的。

处理方法

处理含藻水体，并高效回收微藻，从而提高水体富营养化处理效果，是当下微藻产业化发展的重要难题。国内外学者采用多种方法，如生物处理法、化学处理法、混凝沉淀法、吸附法或多组合工艺，处理富营养化水体，以期实现藻的有效去除。

1.2.1生物处理法

生物处理法主要从两方面去除微藻，一方面是利用食物链的原则，引进藻类的天敌从而抑制藻类的生长繁殖。通过放养一些以藻类为食的浮游生物、鱼类等，使其自然补食，以此来达到自然平衡，限制藻类大量繁殖。另一方面，向水体中投加一些抑制藻类繁殖生长的物质，控制藻类生长及水体中藻类浓度，实现水体生态平衡并改善水质质量。生物处理法大致可以分为直接去除藻类、间接抑制藻类生长，从藻类繁殖生长的角度，用吸附、附着、捕食等方法直接消耗水体中的藻类，降低藻类浓度。模拟人工湿地是通过抑制藻类生长间接除藻，其通过种植大量水生植物，有效吸收水中氮、磷等其它营养物质，控制水体营养平衡，从而间接控制水体中藻类的繁殖。相比之下，直接除藻的方法就更易操作，且见效更快、效率更高，如利用微生物混凝剂进行混凝除藻，这种方法常与生物活性炭法结合使用，作为活性炭法的预处理方法。生物活性炭吸附除藻，对污染水体进行一定的预处理（混凝沉淀）后，水体会有絮凝的微藻团，投加适量的生物活性炭作吸附剂，可以有效去除水体中微藻、有机物和部分悬浮物质。采用生物活性炭吸附剂还可以同时去除消毒过程中产生的部分消毒副产物，一定程度上还能达到去除水体异味的效果。

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