凈水技術(shù)WATER PURIFICATION TECHNOLOGY Vol 25 No. 62006超聲除藻動(dòng)力學(xué)研究潘彩萍1張光明2王波3(1.中國(guó)城市建設(shè)研究院深圳分院,廣東深圳518048;2.清華大學(xué)深圳研究生院,廣東深圳51805;3.深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)境技術(shù)中心,廣東深圳518057)摘要研究了超聲波對(duì)不同藻類的即時(shí)去除,證明超聲波可以安全、高效地去除藻類。5min的超聲處理后,藻液的顏色明顯從綠變黃,吸光值下降。80kHz超聲作用9min即可降低銅綠微囊藻細(xì)胞濃度25%左右,并且去除過(guò)程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)規(guī)律,速率常數(shù)為003006min。在80kHz的頻率下,超聲處理的最佳功率為80w,最適宜溫度為4-3℃。在輸入總能量相同的條件下,增加處理頻次,更有利于藻的即時(shí)去除。超聲頻率越接近藻的固有頻率,去除效果越好。關(guān)鍵詞藻超聲波去除Kinetic Study on Utrasonic algae RemovalPan CailChina Urban Construction& Research Institute, Shenzhen 518048, China; 2. Shenzhen Graduate SchooL,Tsinghua University, Shenzhen 518055, China: 3. Environmental Technology Center,Shenzhen-Hongkong Institution Industry, Education Reseach, Shenzhen 518057, China)Abstract The ultrasonic removal of various algae species was studied. The results confirmed ultrasonic wasand effective way to algae removaL. About 25% algae were removed by 9 mins irradiation of 80kHz ultrasound, and theprocess followed the first order reaction, and the rate constant was 0.03006/min. The optimal working power was 80w, andthe optimum temperature was 24-33C under 80kHz. The increasing of the treatment frequeney is propitious to theremoval of algae at same inputting equivalent energy conditionds algae ult隨著社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的加快,人類在工農(nóng)業(yè)生“水華”爆發(fā)的目的“。本文主要研究超聲波機(jī)械效產(chǎn)以及日常生活中,向水體中排入大量的含氮、磷的應(yīng)對(duì)藻類的即時(shí)去除,探討超聲除藻的最優(yōu)條件,以污染物,加速了湖泊、水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。在富營(yíng)便能夠?qū)⒊暡夹g(shù)引入到水廠處理中,安全、經(jīng)濟(jì)養(yǎng)化的水體中,藻類大量繁殖,形成“水華”,消耗地提高富營(yíng)養(yǎng)化水源水的處理效果。水中溶解氧,散發(fā)惡臭,破壞水環(huán)境的生態(tài)平衡。在1材料和方法飲用水的生產(chǎn)中,高藻水源水堵塞濾池,增加反沖洗1.1藻種選擇及培養(yǎng)水量;影響混凝沉淀效果,影響出水濁度。目前水廠實(shí)驗(yàn)選用銅綠微囊藻與鈍頂螺旋藻。銅綠微糞常用除藻單元工藝主要有化學(xué)藥劑法、氣浮法、直接藻是藍(lán)藻“水華”的優(yōu)勢(shì)代表種,球狀,具有偽空胞過(guò)濾法和生物處理法等,但是在安全性、經(jīng)濟(jì)性、鈍頂螺旋藻為多細(xì)胞的絲狀藻體,作為絲狀體形態(tài)除藻效率等方面并不能完全達(dá)到要求?！八A”藍(lán)藻的代表。藻種購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院水生生物超聲波技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型的環(huán)研究所,微囊藻編號(hào)為 fache-315,螺旋藻編號(hào)為境技術(shù),被稱為環(huán)境友好技術(shù),具有便于引進(jìn)自動(dòng)fach790培養(yǎng)溫度為25℃光照強(qiáng)度為2000光化操作手段,在處理中不引入其他的化學(xué)物質(zhì),反應(yīng)周期中國(guó)煤化工為BCl1培養(yǎng)液與速度快等優(yōu)點(diǎn)。目前有學(xué)者研究利用超聲波的空化ZaroCNMHG效應(yīng)來(lái)抑制自然水體中藻類的生長(zhǎng),從而達(dá)到控制12活細(xì)胞生物量的測(cè)定與細(xì)胞活性的檢測(cè)31超聲除藻動(dòng)力學(xué)研究Vol.25No.62006藍(lán)藻的細(xì)胞干重和懸浮液吸光度具有良好的線2結(jié)果與討論性關(guān)系,因此本文以藍(lán)藻懸浮液的吸光度(OD)值作21可行性驗(yàn)證為活細(xì)胞生物量(藻濃度、細(xì)胞密度)的度量標(biāo)準(zhǔn)。其超聲波能夠在很短的時(shí)間內(nèi)大量地去除水體中中,銅綠微囊藻的活細(xì)胞生物量用684mm吸光度的藻類主要源于其機(jī)械效應(yīng),即在空化泡破裂過(guò)程(OD)表示,鈍頂螺旋藻的活細(xì)胞生物量用560m中產(chǎn)生的高速射流、強(qiáng)烈沖擊波以及剪切力等導(dǎo)致吸光度(OD∞)表示冂。藍(lán)藻懸浮液的吸光度用752藻細(xì)胞特別是藻類的氣囊結(jié)構(gòu)劇烈的破壞。為了驗(yàn)型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定,取三次測(cè)量結(jié)果的平證超聲除藻的可行性,采用20kHz,80W超聲處理銅均值。綠微囊藻5min,藻液的顏色明顯變黃,吸光值由藻細(xì)胞活性測(cè)定采用分子探針 Live/Dead0.150變化為0.116,說(shuō)明超聲波確實(shí)可以有效地去Baclight染色。操作步驟為將30-50μ L Live/dead除水體中的藻類。Baclight,與lmL樣品充分混合,黑暗中靜置用高倍的顯微鏡觀察超聲處理前后的螺旋藻15min,取5樣品于熒光顯微鏡下觀察,熒光顯微可以更直觀的看出超聲波對(duì)藻類的破壞作用,如圖鏡型號(hào)為 OLYMPUS-X71型。1所示,顯微鏡放大倍數(shù)為640倍。螺旋藻是多細(xì)胞13超聲反應(yīng)器的絲狀藻體,經(jīng)超聲作用之后,藻體碎裂成個(gè)體比較80kHz超聲反應(yīng)器采用昆山市超聲儀器有限公小的片斷。進(jìn)一步通過(guò)熒光染色觀察,超聲作用后的司KQ-80TBE型功率可調(diào)式槽式超聲清洗器,其它螺旋藻已經(jīng)大部分被滅活,如圖2所示。頻率超聲反應(yīng)器為自制。22超聲除藻動(dòng)力學(xué)研究圖1超聲處理鈍頂螺旋藻5mn前后對(duì)比圖3所示。可以發(fā)現(xiàn),超聲對(duì)銅綠微囊藻的即時(shí)去除反應(yīng)屬于一級(jí)反應(yīng),反應(yīng)速率常數(shù)k值為003006min,如圖4所示。0.270.21圖2超聲處理鈍頂螺旋藻的熒光顯微照片中國(guó)煤化工為研究不同超聲處理時(shí)間對(duì)藻類的即時(shí)去除情況,采用8kHz,80w超聲輻照銅綠微囊藻液,每CNMHG濃度變化lmin取一次樣用顯微鏡計(jì)數(shù)法檢測(cè)藻細(xì)胞濃度,如23超聲頻率的影響凈水技術(shù)Vol.25No.62006eE-0.2-0.35y=-003006x+471233E-05R=0.998502468101214功率w處理時(shí)間/min圖6超聲功率的影響圖4超聲處理反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線處理頻次越高,對(duì)于藻類的即時(shí)去除越為有利,作用選擇20kHz、150kHz和270kHz三個(gè)超聲頻段,lmin-間隔lmin組比連續(xù)作用組的即時(shí)去除效果提調(diào)整聲功率同樣為50W,分別輻照鈍頂螺旋藻液,高59.09%。將超聲波技術(shù)引入到水廠的處理工藝如圖5所示。文獻(xiàn)表明,螺旋藻的固有頻率在中,可以考慮沿水廠的進(jìn)水管道布置一系列的超聲300k左右,也就是說(shuō)超聲頻率越接近300kHz,超探頭,增加進(jìn)廠原水的超聲處理頻次,可強(qiáng)化藻類的聲對(duì)藻類的去除作用就應(yīng)該更好,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一推去除效率。斷。270kHz頻率段的處理效果明顯好于其他的兩個(gè)0.24一連續(xù)作用9頻率段。作用3min間隔1mi0.23·…作用2min間隔lmin20kHze90.225作用1min間隔1min備.50kHz0.22014·270kHz0.215≌0.12思0.088910處理時(shí)間/min0.04圖7不同處理模式的影響0.0226溫度的影響處理時(shí)間/min不同的溫度下,超聲波機(jī)械效應(yīng)、藻類的氣胞結(jié)圖5超聲頻率的影響構(gòu)、藻類吸收超聲情況均有所差別,由此引發(fā)超聲波24超聲功率的影響對(duì)于藻類即時(shí)去除率的差異。實(shí)驗(yàn)中采用100mL藻調(diào)節(jié)本實(shí)驗(yàn)超聲裝置不同的功率分別輻照銅綠液21份,分別在20-40℃范圍內(nèi)的不同溫度下以80微囊藻液9min,不同功率下藻的即時(shí)去除率如圖6kHz,80W的超聲輻照2min。超聲在不同溫度下對(duì)藻所示?？梢园l(fā)現(xiàn),隨著功率的提高,藻的去除率也隨之升高,超聲功率為80W時(shí)的去除效果比32W時(shí)提高4%。同時(shí)發(fā)現(xiàn),隨著功率的提高超聲處理對(duì)藻液濁度的去除效果也隨之提高。但是隨著超聲功率的提高,是否會(huì)帶來(lái)藻破壞引發(fā)的藻毒素的釋放選擇合適的處理時(shí)間和處理功率的組合,在不引起藻毒素升高的前提下最大限度的提高藻類去除率,將是下一步繼續(xù)研究的重點(diǎn)。2.5不同處理模式的影響中國(guó)煤化工-3540實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不同的超聲處理模式對(duì)銅綠微囊藻CNMHG的即時(shí)去除率的去除率影響很大,如圖7所示。由圖中可以看出,下轉(zhuǎn)第50頁(yè))33-改善法國(guó)圖盧茲自來(lái)水廠沉淀池出水水質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究Va25N6206表1兩種方案費(fèi)用比較水的濁度、溫度、pH值、導(dǎo)電率和有機(jī)物含量是對(duì)試方案1劑效果有很大影響的,在河流漲水期的水質(zhì)適用于FL4440投加量/(mgL怎樣的試劑,我們還要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。日用量/td)產(chǎn)品單價(jià)e口)參考資料天試劑費(fèi)用(ed)400I Memento technique de l'eau. Degremont-2005, Suez 10 Edition,司所提供的11種試劑效果都沒(méi)有如宣傳中有效,水Librairie lavoisier france廠決定不采用。2 L'analyse de l'eau: eaux naturelles, eaux residuaires, eau de mer對(duì)于助凝劑部分,有6種助凝劑的效果較好3 Chimie et Traitement des eaux, inner document in the Veolia(AN905,AN910,AH912,AN920,LT20和LT25)最佳投加量為0.05mg/L,通過(guò)這些助凝劑的作用,得4" Influence de la qualite d'une eau sur lefficacite de la到的絮凝體體積更大,沉降效果更好。但因?yàn)樵摿Ncoagulation par le sulfate d'aluminium, -1986 Bazer-Bachi, These助凝劑之間的差別不大,因此在適當(dāng)?shù)臈l件下,水廠de doctorat INSAT, Universite Paul Sabatier, Toulouse, france5嚴(yán)煦世,范瑾初主編給水工程第4版M,199北京:中國(guó)建會(huì)將這些試劑投入水廠運(yùn)行,通過(guò)實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果筑工業(yè)出版社來(lái)確定和選擇哪一種試劑能夠得到最好的沉淀出水水質(zhì)收稿日期:20063-31最后要提出的是對(duì)漲水期水質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究。原第一作者簡(jiǎn)介:陶凌(1980),女,2006年8月畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué),2004年8月2006年1月在法國(guó)巴黎國(guó)立農(nóng)業(yè)學(xué)院學(xué)習(xí)。(上接第33頁(yè))的去除率如圖8所示。從圖中可以看出,在24-33℃參考文獻(xiàn)范圍內(nèi),2min藻的去除率穩(wěn)定在5.5%~7%之間,明1陳水勇吳振明俞偉波,水體富營(yíng)養(yǎng)化的形成、危害和防治顯高于20-24℃和33-38℃范圍內(nèi)藻的去除率,而當(dāng)環(huán)境與科學(xué)技術(shù),192221-15溫度超過(guò)38時(shí)藻的去除率進(jìn)一步上升。但是由于2彭海清譚章榮高乃云等給水處理中藻類的去除U中國(guó)給湖泊、水庫(kù)等水體中藻類“水華”現(xiàn)象的爆發(fā)一般是水排水,2002,18(2)29-31在15-30°℃之間,所以超聲波對(duì)于藻類的去除最適3袁易全.近代超聲原理與應(yīng)用M南京:南京大學(xué)出版社宜的溫度宜在24-33℃范圍內(nèi)4 Lee, T.. Nakano, K, Matsumara, M. Ultrasonic Irradiation for3結(jié)論Blue-Green Algae Bloom Control[J]. Environ. Technol., 2001, 22:超聲波對(duì)銅綠微囊藻的即時(shí)破壞主要源于局部383-390高壓、強(qiáng)烈沖擊波、高速聲流和高剪切力等力學(xué)機(jī)51.T,Nkn,k. and Matsumara, M. A Novel Strategy for制。在超聲波的作用下,藻生物量在短時(shí)間內(nèi)迅速降Cyanobacterial Bloom Control by Ultrasonic Irradiation([].Watersci. Technol,200246(67):207-215低,其去除過(guò)程符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。隨著功率6 Nakano, K, Lee, TF, Matsumura, M. In Situ algal Bloom的增加藻的去除率也相應(yīng)增加。在輸入總能量相同Control by the Integration of Ultrasonic Radiation and Jet的情況下,提高處理的頻次,更有利于藻類的即時(shí)去Circulation to Flushing [J]. Environ. Sci. Technol., 2002,35除。本實(shí)驗(yàn)條件下超聲處理藻的即時(shí)去除速率常數(shù)為0.03006min,最佳功率為80w,最適宜溫度為24~7彭衛(wèi)民.微藻生成油氣的環(huán)境條件控制[D]北京:清華大學(xué)博33℃。同時(shí)發(fā)現(xiàn),超聲處理對(duì)藻液濁度的去除也有士學(xué)位論文,200129-318吳敏生用于三峽移民區(qū)域水處理的柔性功率超聲新技術(shù)研究定的作用,所以將超聲波技術(shù)引入到給水處理中,用于強(qiáng)化富營(yíng)養(yǎng)化水源水的處理效果,必將有著廣闊中國(guó)煤化工的前景。CNMHG第一作者簡(jiǎn)介:潘彩萍(1973-),女,199年畢業(yè)于蘇州城建環(huán)保學(xué)院給水排水工程專業(yè)獲學(xué)士學(xué)位現(xiàn)為工程師