藻液浓缩方法的改进与浓缩过程水体性质特征

EFH D 监 测 仪 采用 5H? 系列 便 携 式 多 参 数 数 字 化 分 析 仪" 包
括 溶 解 氧 )氧 化 还 原 电 位 ) 45) 电 导 率 探 头 ( EFI D 操 作 步 骤
取南海子湖水华过程中的藻液"混合均匀后注入 沉降装置"沉淀 "’ ? 后"测 定 水体中 各 参数 特 征#用 虹吸 管 排 出 上 覆 水( 然 后 取 #/ 03浓 藻 以 转 速 a ’’’ ,20<: 离 心 ! Y<IN;1> J,<0I]" 德 国 5>,9>;S$ / 0<:"弃去 上 清 液"在 电 热 干 燥 箱 8’ 6 烘 干 # *"用 精度 ’E" 01电子天平测量干重( 与上述离心 过 程 相 同"取南海子湖水华过 程 中 的 藻 液 /’ 03离 心"每 次 离心后"弃去上清液"然后添加藻液"离心 "’ 次"用电 子天平测量干重( 对照柱状有机玻璃采用锡箔纸遮 光( 在此条件下"沉降装置继续保存 $ 个月"将上覆 水重新注入沉降柱"为测试沉降系统稳定性"每个柱 状沉降器中放入 $ 条约 " A0长的草金鱼( GD结果和讨论 GFE D 沉 降 过 程 水 体 的 性 质
图 #U 中" 45 变 化 为 7E7a b"’E/&" 均 值 为 "’E#a"说 明 浓 缩 后 上 清 液 偏 碱 性( 对 照 组 45 为 #E’a b7E&/"均 值 为 8E/&( 对 照 45 逐 渐 变 低" 表 明 水体在遮光后逐渐呈酸性"是由于分解作用导致有机 物大量降解"降解过程中生成酸性物质所致( 沉降装 置中偏碱是因为高浓度藻类的合 成 消 耗 了 大 量 +C# ( 除 对 照 外 "所 有 的 水 体 均 呈 碱 性 "45均 值 相 对 于 太 湖 湖心区的水 体 ! 45eaE"7 baE"$ $ 偏 大 *"a+ "水 体 中 含 有钙 镁 离 子"45 较 高 适 宜 沉 降 *"7+ ( T:;Ai>K等 在 较 高的 45范围!"’ b"’E- $ 加 入 物 质 V91:9N@IA3O^#/" 可使最终生物浓 度 沉 降 达 到 - b8 123*#’+ " 但 需 要 加
CD引D言 藻是制作第三)四代生物燃油的原料*"+ "人们对
藻类培养 条 件 的 优 化 *#+ ) 高 含 油 率 藻 类 筛 选 *$^&+ ) 藻 类提炼生物燃油的化学过程 创 新*/+ )藻 液 的 浓 缩*-+ 等方面进行研究( 而藻类生物燃油不能实现产业化 的原因"主要 是由于投入 生 产 的 能 源 大 于 产 出 的 能 源"而其中的脱水耗能 占 #’) b$’) *8+ "因 此 降 低 藻 类转化环节中的能源消耗是问题的关键( 藻类脱水 有多种方法"包括化学方法)机械方法)通电方法)生 物方法*a+ ( 其中的 机 械 方法)通电 方法 需 要 消耗 大
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水!污!染!防!治
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图 #!藻液沉降后上清液 BC)45)电导率) 氧化还原电位等性质的变化
降低水体营养盐浓度是解决水华频繁爆发的一
环!境!工!程
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个根本问题"收集进水口区水华爆发后藻液可以降低 湖区营养盐 浓 度" 有 利 于 解 决 湖 区 水 华 频 繁 爆 发 问 题#为使水华爆发 后 的 藻 液 污 染 物 化 害 为 利" 使 废 物 资源化利用"把收集后的藻液作为制作生物燃油的原 料是一种重要途径( 其中"藻液浓缩是制作生物燃料 的重要 步骤"藻 液 浓 缩 可 以 采 用 重 力 沉 降 法 " 而 在 沉 降过程中容易导致厌氧降解释放恶臭气体"导致环境 污染"同时会由于厌氧降解导致藻生物量的损失(
藻在水体中氮磷等营养盐增多以及外界条件适 宜的 情 况 下 急 剧 增 加" 进 而 形 成 水 华" 中 国 的 太 湖 *"’^""+ )滇 池 *"#+ )巢 湖 *"$+ 等 典 型 湖 泊 均 曾 不 同 程 度 的爆发水华( 水华 的 爆发 曾 导 致 无 锡城 市 供 水 危 机*"&+ "以及鱼 类 的 大 量 死 亡*"/+ "水 华 过 程 中 的 藻 产 生的毒素严重危害人类健康*"-+ ( 北京南海子湖初始 引水为中水 "水中 含 有 高 浓 度 营 养 盐" 导 致 湖 泊 进 水 口频频爆发水华"同时发现进水口区有鱼死亡"给当 地旅游业带来消极影响(
!! !北 !京 市!委!)!市!政 !府 重 点 工 作 及 区 县 政 府 应 急 预 启 动 项 目
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量的能源*a+ "化 学 方法 会 引 入 污染 物( 藻 类 用重 力 沉降法沉淀浓缩可做到耗能少)无污染"但由于沉降 时间长"沉淀 过 程中 会发 生 藻 类 降 解 并 出 现 臭 味 现 象"从而导致藻生物量的大量损失*7+ (
沉 降 水 体 中 温 度 为 #"E/ b##E7 6" 均 值 为 ##E’# 6"水体中的温度变化 幅 度 不 大( 同 一 时 间 水 温测定也有 所 不 同" 这 是 由 各 个 水 体 采 光 不 同 导 致 的( 沉降过程中上清液各物化参数变化如图 # 所示(
图 #9中"沉降柱 9水 体 中 的 溶 解 氧 浓 度 最 高 为 "7E7" 0123"溶 解 氧 浓 度 排 序 依 次 为 9mAmU m? m对照"是 因 为 采 光 不 同 所 致"光 强 较 强 的 水 体 溶 解 氧浓度较 高#水体中 溶解 氧为 &E$7 b"7E7" 0123"均 值为 ""E-a#/ 0123#对照 组 BC为 ’E8- b$Ea- 0123" 均 值 为 #E&8# 0123( 相 对 于 自 然 水 体 例 如 太 湖 *"8+ " 有光照的沉降柱水体溶解氧浓度偏大"完全可以满足 鱼类对溶解氧的需求#而无光照的对照水体处于厌氧 或者缺氧状态"水体有异味(
注%9,? 为引入光照的沉降粒#对照柱无引入光照( 图 "!用于藻液浓缩的光反应沉降器示意
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EFG D 藻 D 液 从南海子湖取水华发生后的高浓度藻液( 其中%
蓝藻有微囊 藻 ! 9,$:;$</,/S4%$ )平 裂 藻 ! 9=:,/>;?=@,+ S4%$ )鞘丝藻 ! 5<’8A<+ S4%$ )螺 旋 藻 ! B?,:.-,’+ S4%$ # 绿 藻 有 盘 星 藻 ! C=@,+/4:.> S4%$ ) 纤 维 藻 ! D’#,/4:;@=/>./S4%$ ) 小 球 藻 ! 0E-;:=--+ S4%$ ) 栅 藻 ! B$=’=@=/>./S4%$ ) 十 字 藻 ! 0:.$,8=’,+ S4%$ # 硅 藻 中 有针杆藻! B<’=@:+ S4%$ )舟形藻! F+G,$.-+ S4%$ )曲 壳 藻! D$E’+’4E=//?H$ )小环藻! 0<$-;4=--+ S4%$ (
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试验装置如图 " 所示"由透明有机玻璃空心柱体 构成"尺寸为 "’ A0l"’ A0l"’’ A0"上 部有多 孔 板 遮蔽以防止 落 入 杂 物"孔 径 为 " A0( 由 于 一 般 的 沉 降装置均没有引入光照"因此"以锡箔纸遮光的沉降 柱作为对照( 为增大藻液利用自然光效率"提高水体 溶解氧浓度"相邻两沉降柱之间空置(
为解决藻类沉降过程中降解带来的生物量损失 以及恶臭问题"本 文 采 用 改 造 过 的 重 力 沉 降 法 来 处 理湖泊水 华 过 程 中 的 藻 液"设 计 了 光 反 应 沉 降 器( 光反应沉降器用透明有机玻璃制成"利用自然光为 沉降系统充分提供光辐射"通过光合作用为水体提 供溶解氧"避 免 了 水 体 厌 氧 发 臭"以 及 藻 类 生 物 量 的损失( ED材料和方法 EFE D 沉 降 装 置
水!污!染!防!治
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藻液浓缩方法的改进与浓缩过程水体性质特征!
尹!涛!丁爱中!孙寓姣
! 北京师范大学 水科学研究院 教育部水沙科学重点实验室"北京 "’’a8/$
摘要!为制作生物燃油提出了一种藻液浓缩方法" 对湖泊水华过程生成的藻液进行浓缩研究!浓缩过程表明#在温度 为 #"E/ b##E7 6时!沉降装置上清液的理化性质为#溶解氧浓度为 "7E7" b&E$7 0123!45为 7E7a b"’E/&!电 导 率 为 " $#" b" &/7 #M 2A0!氧化还原电位为 ‘#$E- b""$E" 0k!浓 缩 倍 数 为 #-E/a b#aE7/ 倍" 藻 液 初 始 浓 度 为 ’E7& 123! 沉降后的高浓度藻液干重均值为 #/E&8 123" 结果显示#沉降系统能长时间保持稳定!适宜藻液长期浓缩" 关键词!水华$生物燃油$浓缩$光反应器