一种微纳米气泡表面功能改性剂及其强化气浮的净水方法技术

本发明专利技术属于污水处理技术领域，提供了一种两亲性壳聚糖作为微纳米气泡表面功能改性剂强化气浮净水方法：（1）将两亲性壳聚糖加水溶解获得改性剂溶液；（2）改性剂溶液通过气泡发生装置产生微纳米气泡并与待处理的原水接触以形成浮渣；（3）将浮渣分离获得处理后的出水，出水部分回流；所述两亲性壳聚糖为含正丁基或/和正辛基、羟丙基三甲基氯化铵基团的壳聚糖衍生物，其季铵盐取代度为85%

【技术实现步骤摘要】
一种微纳米气泡表面功能改性剂及其强化气浮的净水方法


[0001]本专利技术属于污水处理
，涉及一种两亲性壳聚糖作为微纳米气泡表面功能改性剂强化气浮净水方法。

技术介绍

[0002]目前湖库水源污染问题日益突出，其中藻污染尤为严重。湖库水源水体富营养化引起藻类大量繁殖，导致水体产生臭味、藻源有机物（AOM）、藻毒素、消毒副产物等水质问题。由于藻细胞具有比重小、负电荷高、稳定性强等特点，在水中难于下沉，传统混凝沉淀工艺很难有效去除，还会带来滤池堵塞、反冲洗周期变短、投药量增加等一系列问题。传统溶气气浮工艺（DAF）在气浮过程中不破坏藻细胞，能够有效规避藻毒素、嗅味物质及藻源有机物释放风险，在除藻工艺中被广泛应用。进行常规溶气气浮工艺之前通常伴随着混凝预处理，向水中添加混凝剂，使原水中的藻细胞发生凝聚和絮凝作用，便于在后续气浮过程中与微气泡共同形成夹气絮体。然而，由于微气泡气液界面易吸附OH
‑
而带负电（
‑
50~
‑
20 mV），藻细胞及AOM同时也具有负电性（
‑
7~
ꢀ‑
17mV），微气泡与藻细胞之间的静电斥力影响了粘附效果及稳定性；微气泡与藻细胞之间缺乏范德华力和氢键作用，微气泡表面对藻细胞无法形成吸附架桥和网捕卷扫作用，形成的泡絮体松散且粘附不稳定；常规加压溶气气浮产生的气泡直径较大（30
‑
120μm之间），比表面积小，气浮的溶气效率低；且气泡在水中的停留时间短，溶气效率较低，无法充分与水中的污染物结合形成致密絮体，因此微气泡与藻细胞之间的捕集效果差并且粘附不稳定易脱附。
[0003]微纳米气泡表面功能改性气浮技术通过向溶气系统中投加表面改性剂，使产生的微纳米气泡表面带正电荷以及架桥等功能，不仅使微纳米气泡不易破裂，而且克服了微纳米气泡与藻细胞之间的静电斥力，使其更易于与藻细胞接触粘附，从而提高溶气气浮的处理能力，提高出水水质。阳离子表面活性剂具有两亲结构，其携带的氨基产生的阳离子可使微纳米气泡带正电荷，但常用的表面活性剂如剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）具有较高毒性；阳离子聚合物（如聚二甲基二烯丙基氯化铵）一方面能够粘附在微纳米气泡表面使其带有正电荷，另外聚合物的高分子长链能够通过吸附架桥等作用与藻源有机物结合，形成有机物网络，从而增加微纳米气泡的接触面积，但其在氯化消毒时会产生N,N
‑
二甲基硝胺的重要前体物二甲胺，对水质安全和人体健康带来潜在风险。
[0004]壳聚糖（CTS）是自然界中存在的阳离子多糖聚合物，分子内含有丰富的游离氨基、N
‑
乙酰氨基和羟基，具备较强吸附电中和能力；同时壳聚糖具有复杂的螺旋线性分子结构，聚合物的长链特性可形成拦截网络，增大微纳米气泡的表面接触面积，从而强化粘附效率。同时，壳聚糖具有无毒无害、易生物降解、环境友好的特点，被美国环保局批准作为饮用水的净化剂。但壳聚糖存在受pH影响大、溶解性差、去除效果不理想等缺陷，壳聚糖季铵盐虽然增强了水溶性，但其与微纳米气泡表面仅靠静电力附着，氢键作用不明显，由于缺乏疏水基团导致吸附架桥作用不显著，在水力条件较差时易脱附，对出水水质产生较大影响，限制了其应用。近年来的研究表明，对壳聚糖分子链上活性较强的氨基和羟基进行修饰、活化和
偶联，使其作为微纳米气泡表面改性剂进行水质净化具有较大的优化空间和广阔的应用前景。

技术实现思路

[0005]针对目前水厂气浮处理中混凝预处理阶段调控机制复杂、投药量大、反应时间长、微纳米气泡与藻细胞之间存在静电斥力、泡絮粘附不稳定、微纳米气泡尺寸较大等问题，提供一种两亲性壳聚糖作为微纳米气泡表面功能改性剂强化气浮去除水中藻细胞的方法：通过向待处理水体中添加微纳米气泡表面改性剂，使微纳米气泡表面附着携带正电荷的两亲性壳聚糖，克服微纳米气泡与藻细胞间的静电斥力，实现对现有气浮处理技术的强化。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0007]一种两亲性壳聚糖作为微纳米气泡表面功能改性剂强化气浮净水方法，包括以下步骤：（1）将两亲性壳聚糖加水溶解获得改性剂溶液；（2）改性剂溶液通过气泡发生装置产生微纳米气泡并与待处理的原水接触以形成浮渣；（3）将浮渣分离获得处理后的出水，出水部分回流；所述两亲性壳聚糖为含正丁基或/和正辛基、羟丙基三甲基氯化铵基团的壳聚糖衍生物，其季铵盐取代度为85%
‑
120%，烷基取代度为80%
‑
120%。
[0008]优选地，所述改性剂溶液的浓度为0.4mg/L
‑
1.2mg/L。
[0009]优选地，所述气泡发生装置内的压力为0.2Mpa
‑ꢀ
0.6Mpa。
[0010]优选地，所述微纳米气泡直径为0.1μm
‑
20μm。所述接触时间为10
‑
15min。
[0011]优选地，出水的回流比为10%
‑
25%。
[0012]优选地，所述两亲性壳聚糖的制备方法，包括以下步骤：（1）将季铵盐取代度为85%
‑
120%的羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖水溶液和正丁醛或/和正辛醛的乙醇溶液混合，40
‑
80℃加热反应至完全，获得反应混合物；（2）将氰基硼氢化钠水溶液加入反应混合物反应至完全，将反应液分离纯化获得产物，即两亲性壳聚糖。
[0013]优选地，所述羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖与醛的摩尔比为1:(0.5
‑
2)。
[0014]优选地，步骤（2）中氰基硼氢化钠与醛的摩尔比为1:1.1。
[0015]优选地，步骤（2）中分离纯化步骤为：反应液加入丙酮后分离获得沉淀，以丙酮洗涤沉淀，将沉淀干燥即得。
[0016]一种上述净水方法使用的微纳米气泡强化气浮装置，包括：加药装置、气泡发生装置和气浮池，并通过管路依次连接；所述加药装置包括带有流量计量器的加药槽、加药泵和循环水箱，并通过管路依次连接；所述气泡发生装置包括气泡发生器和气泡释放器；所述气泡发生器与循环水箱通过管路连接；所述气泡释放器设置于气浮池内；所述气浮池由第一、第二、第三隔板分隔为进水区、接触区、分离区和出水区；所述第一隔板在气浮池底部开口，所述第二隔板在气浮池上部开口，所述第三隔板在气浮池底
部开口；所述进水区包含进水管和水泵；所述接触区底部设置气泡释放器；所述分离区上部设置刮渣机和浮渣槽；所述出水区的底部设置集水器，所述集水器通过管道连接回流泵和循环水箱。
[0017]优选地，所述出水区还设置有第四隔板，第四隔板在气浮池上部开口。
[0018]本专利技术具有以下优点：本专利技术两亲性壳聚糖与原水中的藻源有机物均具有长链结构，二者与微气泡和藻细胞可形成微气泡
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两亲性壳聚糖
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藻源有机物
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藻细胞网络结构强化除污染效能，壳聚糖、藻细胞和藻源有机物之形成的分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两亲性壳聚糖作为微纳米气泡表面功能改性剂强化气浮净水方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将两亲性壳聚糖加水溶解获得改性剂溶液；（2）使改性剂溶液通过气泡发生装置产生微纳米气泡并与待处理的原水接触以形成浮渣；（3）将浮渣分离获得处理后的出水，出水部分回流；所述两亲性壳聚糖为含正丁基或/和正辛基、羟丙基三甲基氯化铵基团的壳聚糖衍生物，其季铵盐取代度为85%
‑
120%，烷基取代度为80%
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120%。2.根据权利要求1所述的净水方法，其特征在于，所述改性剂溶液的浓度为0.4mg/L
‑
1.2mg/L。3. 根据权利要求1所述的净水方法，其特征在于，所述气泡发生装置内的压力为0.2Mpa
‑ꢀ
0.6Mpa；所述微纳米气泡直径为0.1μm
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20μm；所述接触时间为10
‑
15min。4.根据权利要求1所述的净水方法，其特征在于，出水的回流比为10%
‑
25%。5.根据权利要求1所述的净水方法，其特征在于，所述两亲性壳聚糖的制备方法，包括以下步骤：（1）将季铵盐取代度为85%
‑
120%的羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖水溶液和正丁醛或/和正辛醛的乙醇溶液混合，40
‑
80℃加热反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永磊，孙文韬，田立平，栗静静，于海洋，张业静，何桂琳，刘保森，王珊，王兴林，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：