专利名称：一种由双子表面活性剂和粘土组成的复合除藻剂及除藻方法
技术领域：
本发明涉及一种除藻剂及除藻方法，具体涉及一种由双子表面活性剂和粘土组成的复合除藻剂及除藻方法。
背景技术：
近些年来，由于工业废水、生活污水及农业废水等废水大量排入淡水湖泊、水库 中，导致了水域中氮、磷等营养盐的大量富集，使水域富营养化问题日益严重。其中，富营养 化问题中最突出的就是藻类引起的水华。据统计，我国60%的湖泊呈富营养化状态，同时也 存在藻类水华现象。水华发生时，大量的藻类会过多消耗水中的氧，使鱼类、浮游生物因缺 氧而死亡。同时，藻体的死亡会散发恶臭，并且有的蓝藻在代谢和死亡时会释放藻毒素，特 别是铜绿微囊藻、鱼腥藻和束丝藻。其中铜绿微囊藻释放的微囊藻毒素除了直接对鱼类、人 畜产生毒害以外，也是肝癌的主要诱因；而由鱼腥藻、束丝藻释放的神经毒素，则有可能会 损害神经系统。目前治理藻类水华的方法很多，总的来说可以分为三种物理方法，化学方法和生 物方法。物理除藻的方法可以利用杀菌设备直接消除水体中的藻类，不会产生二次污染，但 成本较高，应用范围较窄，并且使用起来不方便。化学除藻的方法利用杀菌剂直接消除藻 类，虽然除藻速度快，效果明显，但是容易造成二次污染，不利于环保。生物除藻的方法，例 如采用放养鲢、鳙鱼的“生物操纵法”，虽然能有效控制藻类的生长，但也会打破了正常的系 统演替、平衡规律，对生态系统产生各种“下行效应”。目前应用最广泛的是使用改性粘土来絮凝除藻。使用较多的改性剂包括有无机聚 合氯化铝(铁)、有机表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、双子表面活性剂三烷基聚氧乙烯 基三季铵盐及高分子物质壳聚糖等。用改性粘土来絮凝除藻方法安全、无毒、环保，但是这 种方法操作较为复杂，除藻的速率和效率均不能令人满意。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单，絮凝效率高并且除藻速度快的除藻剂。本发明的另一个目的是提供一种操作简单，絮凝效率高并且除藻速度快的除藻方 法。本发明的技术方案是这样实现的一种由双子表面活性剂和粘土组成的复合除藻剂，它由双子季铵盐阳离子表面活
性剂和粘土溶液混合组成，所述双子季铵盐阳离子表面活性剂的结构通式为<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，R为C9 C2tl的烷基，η为2 10的整数，X为Br或者Cl。本发明较好的技术方案是所述粘土为蒙脱土、皂土、膨润土或高岭土中的一种。R 为Cltl C14或C16 C2tl的烷基。所述双子季铵盐阳离子表面活性剂和粘土的添加比例为 1 10 1 50。所述双子季铵盐阳离子表面活性剂浓度为0.6 15mg/L，所述粘土溶液 浓度为10 200mg/L。一种利用复合除藻剂的除藻方法，它是将粘土溶液与藻溶液充分混勻后，加入双 子季铵盐阳离子表面活性剂，经过絮凝沉降来去除藻细胞；或者将双子季铵盐阳离子表面 活性剂与藻溶液充分混勻后，加入粘土溶液，经过絮凝沉降来去除藻细胞。其中双子季铵盐 阳离子表面活性剂的结构通式为
<formula>formula see original document page 4</formula>其中，R为C9 C2tl的烷基，η为2 10的整数，X为Br或者Cl。所述粘土为蒙脱土、皂土、膨润土或高岭土中的一种。R为Cltl C14或C16 C2tl的 烷基。所述表面活性剂和粘土的添加比例为1 10 1 50。藻溶液与粘土溶液或者表 面活性剂充分混勻后，间隔5 15分钟后再加入表面活性剂或者粘土溶液。所述的双子季铵盐阳离子表面活性剂在水中的溶解性好，具有电中和及连接架桥 的双重作用。此类型的表面活性剂溶于水后水解，可以使分子链上带正电荷，是一种典型的 阳离子表面活性剂。此阳离子表面活性剂不像许多絮凝剂是依赖溶液的PH值而发生反应 形成阳离子，而是可以表现出很好的不依赖体系PH值的优越性，并且在很宽的ρΗ值范围内 都具有良好的絮凝效果。经试验证明，本类型的季铵盐阳离子表面活性剂在较高的离子强 度下也能够絮凝去除水中的有害藻类。并且，将双子表面活性剂的分子式简写为Gm-n-m，其 中m代表R的烷烃链的碳原子数，则当双子表面活性剂Gm-n-m的m为10 14时，表面活 性剂的杀菌效果较好；而当双子表面活性剂Gm-n-m的m为16 20时，表面活性剂的絮凝 效果较好。虽然所述双子季铵盐阳离子表面活性剂有较好的絮凝杀菌能力，但是由于经所述 双子季铵盐阳离子表面活性剂絮凝后的藻细胞形成的絮体结构疏松，且容易在外力作用下 破碎，因此沉降并不好并且絮体不稳定。而用粘土做助凝剂可明显加快絮凝沉降的速度，更 有利于水体快速澄清。因此，由所述双子表面活性剂及粘土组成的复合除藻剂可以达到良 好的除藻絮凝效果。本发明还包括一种利用复合除藻剂的除藻方法，其步骤包括先将双子季铵盐阳 离子表面活性剂和过100 200目筛的粘土分别配成溶液备用，将粘土溶液与藻溶液充分 混勻后，加入双子季铵盐阳离子表面活性剂，经过絮凝沉降来去除藻细胞；或者将双子季铵盐阳离子表面活性剂与藻溶液充分混勻后，加入粘土溶液，经过絮凝沉降来去除藻细胞。如果单独使用粘土溶液100 150mg/L去除铜绿微囊藻，24小时后的去除率为 10% 42% ；如果单独使用15mg/L Gm-n-m(m为16 20)时，1小时去除率即可达到90% 以上，但絮凝沉降后的藻细胞容易受到外力时发生再悬浮现象，且发生再悬浮后细胞不易 再次沉降。但是按照本发明的方法把二者复合使用后，半个小时后藻细胞和叶绿素a的去 除率即可达到90%以上，且沉降后的藻细胞不易再悬浮，水体透明度高。本发明中的复合除藻剂不仅除藻效果明显，并且除藻剂使用量也少，除藻的效率 很高。同时，本发明的除藻方法操作方便，比现有的粘土改性方法减少了改性的一步，使除 藻方法更简单易操作，并且除藻效果在除藻剂用量及除藻时间上均有提高，是一种比现有 技术更加方便实用的除藻方法。
图1为单独用Gm-n-m除藻时，不同的Gm-n-m的浓度与除藻效果之间的关系；图2为不同添加除藻剂方式下，除藻时间与除藻效果之间的关系；其中曲线A表示不加任何除藻剂的对照组；曲线B为单独加粘土溶液；曲线C为单 独加G16-6-16的双子表面活性剂；曲线D为先加G16-6-16的双子表面活性剂，后加粘土溶 液；曲线E为先加粘土溶液，后加G16-6-16的双子表面活性剂；曲线F为直接加G16-6-16 的双子表面活性剂和粘土溶液的混合物。
具体实施例方式以下结合具体实施例来进一步说明本发明实施例1取浓度为15mg/L的G9-2-9，Br_溶液IOmL置于50mL已灭菌的锥形瓶中，再加入 浓度为150mg/L的蒙脱土溶液10mL，摇勻后，静置得到本发明的复合除藻剂。实施例2取浓度为4mg/L的G20_10_20，CF溶液IOmL置于50mL已灭菌的锥形瓶中，再加 入浓度为200mg/L的皂土溶液10mL，摇勻后，静置得到本发明的复合除藻剂。实施例3取浓度为0. 6mg/L的G16-6-16，Cl—溶液IOmL置于50mL已灭菌的锥形瓶中，再加 入浓度为10mg/L的膨润土溶液10mL，摇勻后，静置得到本发明的复合除藻剂。实施例4取浓度为3mg/L的G14_6_14，CF溶液IOmL置于50mL已灭菌的锥形瓶中，再加入 浓度为100mg/L的高岭土溶液10mL，摇勻后，静置得到本发明的复合除藻剂。实施例5取处于对数生长末期的铜绿微囊藻藻液，用去离子水稀释至藻细胞个数为 5. 75X IO6个/L。取200mL藻液置于250mL已灭菌的锥形瓶中，加入各浓度的G12-6-12、 G14-6-14、G16-6-16溶液各lmL，摇勻，在液面下2 3cm处取样测定藻细胞个数及叶绿素 a含量。记录几种不同的Gm-n-m的浓度与除藻效果之间的关系，如图1所示。实施例6
取处于对数生长末期的铜绿微囊藻藻液，用去离子水稀释至藻细胞个数为 5. 75X 106个/L。取200mL藻液置于250mL已灭菌的锥形瓶中，先加入浓度为15mg/L的 G9-2-9，Br—溶液lmL，摇勻，静置5分钟后，加入浓度为150mg/L的蒙脱土溶液lmL，再次摇 勻，静置。30分钟后于液面下2 3cm处取样测定藻细胞个数及叶绿素a含量，去除率达到 93%。实施例7取处于对数生长末期的铜绿微囊藻藻液，用去离子水稀释至藻细胞个数为 5. 75X 106个/L。取200mL藻液置于250mL已灭菌的锥形瓶中，先加入浓度为4mg/L的 G20-10-20，Cl—溶液lmL，摇勻，静置5分钟后，加入浓度为200mg/L的皂土溶液lmL，再次摇 勻，静置。30分钟后于液面下2 3cm处取样测定藻细胞个数及叶绿素a含量，去除率达到 99%。实施例8取处于对数生长末期的铜绿微囊藻藻液，用去离子水稀释至藻细胞个数为 5. 75X 106个/L。取200mL藻液置于250mL已灭菌的锥形瓶中，先加入浓度为3mg/L的 G14-6-14，Cl_溶液lmL，摇勻，静置15分钟后，加入浓度为100mg/L的高岭土溶液lmL，再次 摇勻，静置。30分钟后于液面下2 3cm处取样测定藻细胞个数及叶绿素a含量，去除率达 至Ij 95%。实施例9取处于对数生长末期的铜绿微囊藻藻液，用去离子水稀释至藻细胞个数为 5. 75X IO6个/L。取200mL藻液置于250mL已灭菌的锥形瓶中，先加入浓度为4mg/L的 G10-5-10, Br—溶液lmL，摇勻，静置5分钟后，加入浓度为100mg/L的膨润土溶液lmL，再次 摇勻，静置。30分钟后于液面下2 3cm处取样测定藻细胞个数及叶绿素a含量，去除率达 至Ij 92%。实施例10取处于对数生长末期的铜绿微囊藻藻液，用去离子水稀释至藻细胞个数为 5. 75X 106个/L。取200mL藻液置于250mL已灭菌的锥形瓶中，先加入浓度为lmg/L的 G18-6-18，Br_溶液lmL，摇勻，静置15分钟后，加入浓度为30mg/L的高岭土溶液lmL，再次 摇勻，静置。30分钟后于液面下2 3cm处取样测定藻细胞个数及叶绿素a含量，去除率达 至Ij 98%。实施例11取处于对数生长末期的铜绿微囊藻藻液，用去离子水稀释至藻细胞个数为 5. 75 X 106个/L。取200mL藻液置于250mL已灭菌的锥形瓶中，先加入浓度为0. 6mg/L的 G16-6-16，Cl_溶液lmL，摇勻，静置15分钟后，加入浓度为10mg/L的膨润土溶液lmL，再次 摇勻，静置。定时于液面下2 3cm处取样测定藻细胞个数及叶绿素a含量，如图2所示。实施例12取处于对数生长末期的铜绿微囊藻藻液，用去离子水稀释至藻细胞个数为 5. 75 X 106个/L。取200mL藻液置于250mL已灭菌的锥形瓶中，先加入浓度为10mg/L的膨 润土溶液lmL，混勻，静置15分钟后，再加入浓度为0. 6mg/L的G16-6-16，Cl_溶液lmL，再次 混勻，静置。定时于液面下2 3cm处取样测定藻细胞个数及叶绿素a含量，如图2所示。
实施例13取处于对数生长末期的铜绿微囊藻藻液，用去离子水稀释至藻细胞个数为 5.75X 106个/L。取200mL藻液置于250mL已灭菌的锥形瓶中。同时加入浓度为10mg/L的 粘土溶液ImL和浓度为0. 6mg/L的G16-6-16，Cl_溶液ImL的混合溶液。定时于液面下2 3cm处取样测定藻细胞个数及叶绿素a含量。记录不同添加除藻剂方式下，除藻时间与除藻 效果之间的关系，如图2所示，如图2所示。通过图1可以看出，本发明可以明显减少双子季铵盐表面活性剂的使用量，从而 固定量的双子季铵盐表面活性剂可以除去更多的藻细胞，提高除藻效率。通过图2可以看出，先添加双子季铵盐表面活性剂还是先添加粘土对除藻效果的影响不大。但是单独添加粘土溶液，或者两种溶液同时添加，除藻效果都不佳。另外，使用 本发明的复合除藻剂在很短的时间内即可达到90%的除藻效果，可以大大节省除藻时间， 提高除藻效率。
权利要求
一种由双子表面活性剂和粘土组成的复合除藻剂，它由双子季铵盐阳离子表面活性剂和粘土溶液混合组成，所述双子季铵盐阳离子表面活性剂的结构通式为其中，R为C9～C20的烷基，n为2～10的整数，X为Br或者Cl。FSA00000045161000011.tif
2.根据权利要求1所述的由双子表面活性剂和粘土组成的复合除藻剂，其特征在于所 述粘土为蒙脱土、皂土、膨润土或高岭土中的一种。
3.根据权利要求1所述的由双子表面活性剂和粘土组成的复合除藻剂，其特征在于R 为Cltl C14或C16 C2tl的烷基。
4.根据权利要求1所述的由双子表面活性剂和粘土组成的复合除藻剂，其特征在于所 述双子季铵盐阳离子表面活性剂和粘土的添加比例为1 10 1 50。
5.根据权利要求1所述的由双子表面活性剂和粘土组成的复合除藻剂，其特征在于所 述双子季铵盐阳离子表面活性剂浓度为0. 6 15mg/L，所述粘土溶液浓度为10 200mg/ L0
6.一种利用复合除藻剂的除藻方法，其特征在于将粘土溶液与藻溶液充分混勻后，力口入双子季铵盐阳离子表面活性剂，经过絮凝沉降来去除藻细胞；或者将双子季铵盐阳离子表面活性剂与藻溶液充分混勻后，加入粘土溶液，经过絮凝沉降来去除藻细胞；其中双子季铵盐阳离子表面活性剂的结构通式为<formula>formula see original document page 2</formula>其中，R为C9 C2tl的烷基，η为2 10的整数，X为Br或者Cl。
7.根据权利要求6所述的利用复合除藻剂的除藻方法，其特征在于所述粘土为蒙脱 土、皂土、膨润土或高岭土中的一种。
8.根据权利要求6所述的利用复合除藻剂的除藻方法，其特征在于R为Cltl C14或 C16 C2tl的烷基。
9.根据权利要求6所述的利用复合除藻剂的除藻方法，其特征在于所述表面活性剂和 粘土的添加比例为1 10 1 50。
10.根据权利要求6所述的利用复合除藻剂的除藻方法，其特征在于藻溶液与粘土溶 液或者表面活性剂充分混勻后，间隔5 15分钟后再加入表面活性剂或者粘土溶液。
全文摘要
本发明公开了一种由双子季铵盐阳离子表面活性剂和粘土溶液复合组成的除藻剂，所述双子季铵盐阳离子表面活性剂的结构通式为其中，R为C9～C20的烷基，n为2～10的整数，X为Br或者Cl。本发明中的复合除藻剂不仅除藻效果明显，并且除藻剂使用量也少，除藻的效率很高。同时，本发明的除藻方法操作方便，并且除藻效果在除藻剂用量及除藻时间上均有提高，是一种比现有技术更加方便实用的除藻方法。
文档编号C02F1/54GK101798133SQ20101011467
公开日2010年8月11日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者余欢, 张金枝, 柴仕淦, 毛端平, 贾钗, 邹其超, 陈浩 申请人:湖北大学