专利名称：用于藻类污染水处理和藻类采收或去除的非破坏性方法
技术领域：
本发明属于含藻类水系统的处理方法。例如，该方法可用于藻类污染水系统的处理或用于帮助有效的藻类采收。
背景技术：
在工业和市政(municipal)水处理厂中，微生物控制和消减通常是保证经处理水满足所需水质的必要步骤，很多水处理系统中，可以通过多种方法降低微生物含量，包括过滤步骤如微滤和超滤。水处理厂中存在的较普遍的问题之一是藻类在各种操作中的生长，如在澄清器或过滤器或水池中。产生的藻类有多种类型，包括丝状藻类如刚毛藻(Cladaphora)和水绵 (Spirogyra),浮游藻类如微囊藻(Microcystis)和鱼腥藻(Anabaena),分枝藻类如普生轮藻(Chara vulgaris)和丽藻(Nitellam),通常称为黑藻、褐藻和红藻的泳池藻类，以及发现于池塘的藻类如胶网藻(Dictyosphaerium)、水绵(Spirogyra)、鞘藻(Oedogonium)、绿球藻(Chlorococcum)、黑抱藻(Pithaophora)、水网藻(Hyudrodictyon)和鞘丝藻(Lyngbya)。市政水厂处理原水并将其转变为供人们消费的饮用水。在市政水厂的澄清器或水池的周边壁附近并非不常见藻类累积，而丝状藻会长几英尺长。在这些系统中已经注意到藻类水华在适当的温度和光照条件下在一夜之间完全出现，而且如果放着不处理会在终水(finished water)中产生味道和臭味问题。各种已知的处理能够有效地杀死藻类，但是这些处理却因此向水中释放藻毒素，例如微囊藻素。这些毒素的释放对植物、动物和人类生命等有害。藻类也是已知的将太阳能转化成细胞生长最有效的植物之一。在藻类细胞生长期间，化学能量被用于驱动合成反应，例如糖的形成或将氮固定为氨基酸来合成蛋白质。多余的化学能量以脂肪和油以及甘油三酯的形式储存。在藻类中油的形成仅仅需要太阳光、二氧化碳和形成甘油三酯所需的营养素。通过多种方法能产生微藻油(Microalgal oil),包括生物转化成脂质或烃或者通过藻类细胞的热化学液化。因此，随着世界正试图提供可行的化石基燃料的替代物，藻类采收正变的更为重要。当藻类是从水性系统例如水处理厂、自然水体或者水性含营养素介质中收集到的时候，收集的藻类包含多余的水份，必须去除这些水份，以便更进一步处理该藻团(algaemass)，例如通过溶胞的方式从藻类细胞中释放油类。本发明的简要i兑明根据本发明的一个方面，公开了处理含藻类的水性介质的方法，其中该处理方法包括将有效量的处理组合物加入到水性介质中。该处理组合物包含I)水溶性或水分散性的阳离子聚合物和2)第二组分，该第二组分包含含金属无机凝结剂(coagulant)。在某些实施例中，经如此处理的含藻类水性介质进行进一步的一或多个过滤步骤如微滤和/或超滤。
本发明的另一方面，该阳离子聚合物选自(a)水溶性阳离子季铵淀粉(b)水溶性季铵淀粉/胶混和物和(C)水溶性含单宁酸阳离子聚合物以及a)、b)和c)的混合物。 此处使用的“阳离子聚合物”是指整体带正电的聚合物。在某些情况下，可以通过一种或多种阳离子单体与一种或多种非离子单体的乙烯基加成聚合反应来制备阳离子聚合物，或者通过阳离子单体与一种或多种阴离子单体和可选的一种或多种非离子单体的聚合反应制备具有净阳离子电荷的合成聚合物。也可以通过缩聚合成途径制备阳离子聚合物。在本发明的另一方面，含藻类水性介质包含藻类的凝聚团，水分散在整个团中。通过使用本发明的组合物将水从藻中分离，从而采收藻类用于进一步利用，如作为生物燃料源。详细说明
一方面，本发明提供了一种处理含藻类水的方法。该方法包括将有效量的处理组合物加入到水中，该组合物包括相结合的I)基于阳离子季铵淀粉的凝结剂或基于阳离子季铵淀粉/胶的凝结剂和2)含金属的无机絮凝剂(flocculant)如帆(alum)。另一方面，将该处理组合物加入到藻类污染的水性介质中，以提高过滤性和使用超滤和/或微滤技术的水处理系统的膜通量。这种联合处理工艺在水受蓝-绿藻类污染的市政水处理应用方面具有显著优势。在此类系统中，这种处理不仅降低COD和TOC水平，而且也起作用降低与系统水中微囊藻素含量有关的藻毒素水平。如上所述，微囊藻素对植物和动物包括人类毒性很大。本发明另一个示例性实施方案涉及通过将藻团与处理组合物(即基于I)阳离子聚合物和2)含金属的无机凝结剂)接触使藻团脱水的方法。在这些方法中，降低了藻团的含水量，而且重要的是，藻类没有被杀死或者溶胞从而没有释放微囊藻素。在另一个示例性实施方案中，阳离子聚合物选自a)、b)、c)或这些组分中的两种或更多种的混合物，其中a)是水溶性阳离子季铵淀粉，b)是水溶性季铵淀粉/胶混和物，和c)是水溶性含单宁酸聚合物。如上所述，藻类采收和脱水可用于提供生物燃料源例如生物柴油。在本发明的另一方面，使用处理组合物改善工艺来使藻类采收和脱水更高效，从而提供更高的藻类产率以后续用作生物燃料源。关于处理组合物的基于阳离子季铵淀粉的凝结剂成分在美国专利4088600中进行了描述。基本上，如美国专利4088600所述，该阳离子季铵淀粉(CQS)主要由两部分组成，即淀粉基团和季铵盐基团。淀粉基团可由大量的淀粉和淀粉级分(fraction)制备，包括酸或酶改性的玉米淀粉或糯性谷物淀粉，示例性淀粉包括从玉米、土豆、木薯、西米、稻米、小麦、糯玉米、高粱、谷物淀粉制备的那些，为原始形式或者例如用酸、氧化剂等改性的改性形式；到直链淀粉和支链淀粉(amylpectin)和分别到玉米淀粉的线性和分枝成分，以及到糊
不目ο用于形成CQS的季铵化合物的化学式一般为
权利要求
1.一种处理含藻类水性介质的方法，其包括将有效量的处理组合物加入到所述水性介质中，所述处理组合物包括I)水溶性或水分散性阳离子聚合物和2)含金属无机凝结剂。
2.如权利要求I的方法，其中水溶性或水分散性阳离子聚合物I)包含选自a)水溶性阳离子季铵淀粉、b)水溶性季铵淀粉/胶混和物和c)水溶性改性单宁酸中的一种或多种成员。
3.如权利要求2的方法，其进一步包含过滤所述水性介质的步骤。
4.如权利要求2的方法，其中所述含藻类水性介质是藻类的凝聚团，水分散到整个所述团中。
5.如权利要求4的方法，其进一步包含将所述藻类与所述水分离的步骤，从而采收所述藻类。
6.如权利要求I的方法，其中，基于一百万份的所述水性介质，将约I-IOOOppm之间的I)加入所述水性介质和将约I-IOOOppm的2)加入所述水性介质。
7.如权利要求3的方法，其中所述水性介质是市政水厂处理系统的一部分。
8.权利要求2的方法，其中所述水溶性阳离子淀粉a)存在，且具有下式
9.根据权利要求8的方法，其中淀粉选自玉米、马铃薯木薯、西米、小麦、糯玉米、高粱、谷物淀粉和糊精。
10.根据权利要求8的方法，其中组合物的取代度在O.2到I. 2的范围内。
11.根据权利要求8的方法，其中组合物的取代度在O.I到I. 8的范围内
12.根据权利要求2的方法，其中所述水溶性季铵淀粉/胶混和物b)存在，所述阳离子铵改性淀粉具有下式
13.根据权利要求12的方法，其中该胶选自瓜尔胶、羧甲基纤维素、藻酸丙二醇酯、刺槐豆刺梧桐树胶、藻酸钠和黄原胶。
14.根据权利要求12的方法，其中该淀粉选自玉米、马铃薯、木薯、西米、稻米小麦、糯玉米、高粱、谷物淀粉和糊精。
15.根据权利要求12的方法，其中组合物的取代度在O.2到I. 2的范围内。
16.根据权利要求12的方法，其中组合物的取代度在O.I到I. 8的范围内。
17.根据权利要求12的方法，其中组合物中胶的浓度在5-15份淀粉I份胶(以重量计)的范围内。
18.如权利要求2所述的方法，其中所述水溶性单宁酸c)存在，且包含单宁酸/阳离子共聚物。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述单宁酸/阳离子共聚物具有阳离子重复单元部分，所述部分包括MADAME、METAC或AETAC。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述水溶性单宁酸存在，且包含单宁酸、醛和胺的反应产物。
21.如权利要求I所述的方法，其中所述含金属无机凝结剂包括二价或三价金属的盐。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述含金属无机凝结剂包含矾。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述含金属无机凝结剂包含二价(亚铁)或三价(正铁)的铁。
全文摘要
一种用于处理含藻类水性介质的方法，其包括将有效量的处理组合物加入到水性介质中，其中该处理组合物包括1)a)水溶性阳离子季铵淀粉或b)水溶性季铵淀粉/胶混和物或c)水溶性改性单宁酸和2)含金属无机凝结剂。将如此处理的含藻类水性介质过滤，例如通过微滤和/或超滤，以产生饮用水。含藻类水性介质是藻类的凝聚团，水分散在整个团内。该方法包括将藻类与水分离的步骤，从而采收藻类用于进一步处理。例如，该进一步处理可以最终导致生物柴油燃料的产生。
文档编号C02F1/52GK102892716SQ201080065967
公开日2013年1月23日 申请日期2010年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者王斯靖, 赵清, 张桂喜 申请人:通用电气公司