一种改性阳离子藻粉基絮凝剂的制备方法及应用

本技术涉及高浓藻水治理和应用，特别是涉及一种改性阳离子藻粉基絮凝剂的制备方法及应用。

背景技术：

1、蓝藻爆发时的高浓藻水的治理是困扰国内外水处理领域多年的问题，爆发的蓝藻在水面上大量堆积，消耗水体中的溶解氧，影响水中其他生物的生长繁殖，死亡的蓝藻还会产生恶臭，造成水体环境恶化，严重影响周围居民的生活。高浓度的藻水用传统的化学法和生物法处理很难达到预期的效果，并且可能会造成二次污染。实际工厂中通常采用传统商用絮凝剂，如聚丙烯酰胺(pam)和聚合氯化铝(pac)，不能有效去除水体中的藻细胞，脱水效率低，脱水效果不佳，需要与无机盐(如alcl3、cacl2等)复配调理以增强脱水率，然而无机盐杂质较多，絮凝浓缩并干化后得到的藻粉品质较低，难以资源化利用；除此之外，在使用时残留的丙烯酰胺单体和铝离子均具有毒性，威胁生态环境和人类健康。

2、生物质絮凝剂因价廉、来源广泛、选择多、可再生、环境友好等特点，具有广阔的应用前景。生物质絮凝剂的天然原料有壳聚糖、纤维素、淀粉、木质素、海藻酸钠及其衍生物。蓝藻主要由蓝藻淀粉和蓝藻多糖组成，对蓝藻浆深度脱水并干化后的藻粉主要成分为蓝藻淀粉，在水处理工艺中可以发挥类似淀粉的作用。但是由于爆发时期的高浓藻水的zeta电位较低，蓝藻粉直接作为絮凝剂使用时的絮凝效果有限，因此需要开发一种合适的方法对其进行阳离子改性。

技术实现思路

1、解决的技术问题：

2、本技术需要解决的技术问题是高浓藻水的zeta电位较低，蓝藻粉直接作为絮凝剂使用时的絮凝效果有限等问题，基于现有技术的不足，本技术提供一种改性阳离子藻粉基絮凝剂的制备方法及应用，该改性阳离子藻粉基絮凝剂去除藻细胞的效果好，可以一定程度上缓解水体的富营养化，并且絮凝后的藻泥脱水性能好，可使蓝藻进一步回收利用，制备新的生物质絮凝剂，同时实现环境治理和资源回收利用。

3、技术方案：

4、一种改性阳离子藻粉基絮凝剂的制备方法，具体包括以下步骤：

5、s1、将藻粉分散在超纯水中，并加入碱化剂或引发剂，在搅拌速度为100～500r/min、水浴45～90℃加热的条件下反应0.5～3h，使藻粉充分混匀，得到第一混合液；

6、s2、将季铵化试剂溶解于超纯水中，加入第一混合液中，在45～90℃恒温水浴、搅拌速度为100～500r/min的条件下继续反应4～8h，得到第二混合液；

7、s3、使用ph调节剂调节第二混合液的ph，继续反应5～30min，制得絮凝剂母液；

8、s4、将反应结束得到的絮凝剂母液倒入沉淀剂中，用定性滤纸分离过滤并用沉淀剂冲洗，干燥研磨即得到所述改性阳离子藻粉基絮凝剂。

9、作为本技术的一种优选技术方案：所述步骤s1中，藻粉与超纯水的质量比为1:(1～5)；所述碱化剂为koh、naoh、na2co3或ca(oh)2水溶液；所述碱化剂的浓度为第一混合液质量的3％～8％；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；所述引发剂的浓度为(1.0～1.8)×103mol/l。

10、作为本技术的一种优选技术方案：所述季铵化试剂与超纯水的质量比为1:(1～5)；季铵化试剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，藻粉与季铵化试剂的摩尔比为1:(0.5～4)。

11、作为本技术的一种优选技术方案：所述步骤s3中，所述ph调节剂为10％-37％盐酸水溶液；所述的调节第二混合液ph至5～8。

12、作为本技术的一种优选技术方案：所述步骤s4中，所述沉淀剂为无水乙醇或丙酮，所述絮凝剂母液与沉淀剂的体积比为1:(5～50)。

13、作为本技术的一种优选技术方案：所述改性阳离子藻粉基絮凝剂的制备方法合成结构式为：

14、

15、作为本技术的一种优选技术方案：所述季铵化试剂转化率为60％～95％，阳离子度为30％～70％。

16、本技术还公开了上述任一制备方法制得的改性阳离子藻粉基絮凝剂在治理高浓藻水中的应用，改性阳离子藻粉基絮凝剂的量根据藻水中的藻密度确定，藻密度为2.37～5.01×107个cell/ml时，改性阳离子藻粉基絮凝剂的投加量为120～200mg/l；絮凝后的藻泥进行回收利用，包括以下步骤：

17、第一步：对其在压滤机下进行压力为0.2～0.9mpa，时间为0.5～3h的深度脱水，得到藻泥饼；

18、第二步：将压滤后的藻泥饼在温度50～210℃下干化2～8h；

19、第三步：将干化后的藻泥块研磨并过100～800目的筛，形成藻粉。

20、作为本技术的一种优选技术方案：所述改性阳离子藻粉基絮凝剂在治理高浓藻水中的应用具体为取12个250ml烧杯，在每个烧杯中加入200ml夏令时从太湖取得的高浓藻水，向每个烧杯中分别加入10～500mg/l阳离子生物质基絮凝剂母液，其中阳离子淀粉基絮凝剂母液固含量为20％，然后在六联混凝实验搅拌仪上进行250r/min快速搅拌5min，50r/min慢速搅拌15min，静置沉降1-2h；取上清液,用紫外吸收光谱测量水体中uv254和uv680(藻细胞浓度)，用浊度计测量水体中剩余浊度turbidity，用总有机碳分析仪测剩余溶解性有机碳doc，用水质在线分析仪测剩余化学需氧量(cod)、总磷(tp)、总氮(tn)、氨氮(nh4+-n)、硝氮(no3-n)，用压滤机对藻絮体进行压滤，并用水分析仪测量压滤脱水前后的含水率。

21、本技术的技术原理是：本发明制备的一种阳离子生物质基絮凝剂，由蓝藻粉在碱化剂或引发剂的条件下与季铵化试剂(3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)反应制得；改性后的阳离子藻粉基絮凝剂在水体中呈正电性，可以通过电荷中和、静电吸引等作用使藻细胞沉降，能达到和阳离子淀粉基絮凝剂相似的去除效果，并且产生的絮体大而密实，沉降速度快，沉降物固液界面清晰，絮凝后的藻泥脱水性能良好，深度脱水并干化后得到的藻粉品质高，粗蛋白质含量为30％-50％，含水率在10％以下，粗灰分含量为16％左右，粗脂肪和粗纤维的含量为7.40％-8.70％和1.10％-4.10％，可以循环利用制备新的阳离子藻粉基絮凝剂。实现了蓝藻的资源化利用。

22、有益效果：

23、本技术所述一种改性阳离子藻粉基絮凝剂的制备方法及应用采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

24、1、本发明制备的改性阳离子藻粉基絮凝剂，通过在羟基团上接枝季铵化试剂，将其等电点增加至ph7.0～8.0；

25、2、制备的阳离子藻粉基絮凝剂对藻细胞的去除率可达90％以上，对水体中的富营养化物质的去除率为72％～90％，高于商用絮凝剂(聚丙烯酰胺和聚合氯化铝对水体中的富营养化物质的去除率为71％～78％)；

26、3、采用阳离子藻粉基絮凝剂处理后的藻浆脱水性能好，压滤后的含水率可以降低至70％，比商用絮凝剂低(聚丙烯酰胺和聚合氯化铝压滤后的含水率为85％以上)，对其进一步干燥后的藻粉可以替代淀粉，用于本发明阳离子蓝藻基絮凝剂的制备，实现蓝藻的资源化利用；

27、4、采用阳离子藻粉基絮凝剂处理后所得的藻粉品质高，粗蛋白质含量为30％-50％，含水率在10％以下，粗灰分含量为16％左右，粗脂肪和粗纤维的含量为7.40％-8.70％和1.10％-4.10％；优于商用絮凝剂(聚丙烯酰胺和聚合氯化铝)处理后的藻粉品质(粗蛋白质含量为25％-32％，含水率在10％左右，粗灰分含量为14％以下，粗脂肪和粗纤维的含量为0.5％和0.3％左右)。