碳化磁性稻殼對污染水中藍藻的捕捉和打撈的研究

肖志宇

摘?要：近年因為藍藻引發的污染嚴重影響各大景觀的水體環境，為此，筆者著力尋找一種方便快捷的藍藻治理方法，以稻殼為材料制作磁性活性炭來進行吸附藍藻，產生的絮凝物利用電磁鐵進行吸附打撈，打撈后的藍藻絮凝物混合少量生活污泥土自然晾干作為城鄉園林綠化土，將藍藻富集的磷氮循環資源化形成一個完整的生態閉環。減少治理成本，創造美麗干凈的景觀環境。

關鍵詞：碳化磁性稻殼;藍藻捕捉劑;藍藻污染

1 研究背景

藍藻，種類多，生長快，活力強，在營養化的水體中容易爆發，又稱“水華”，給生產帶來嚴重危害。

通過資料查詢們得知，水華的治理分為藍藻消除和毒素清理，其大體分為三類：物理打撈法、化學反應法、生物清理法。物理方法中，打撈、微濾、氣浮在“水華”期可以在一定程度上降低藍藻生存，但是效率低下，大規模使用不現實;化學控藻方便、有效，可以在初期及時殺死藍藻，抑制水華產生，但藍藻死亡時釋放大量藻毒素，不易清理，反而造成水體長時間毒素污染;生物法操作簡單，除藻效果也比較好，但見效周期長，魚的排泄物再次返回水中，并沒有從本質上清除藍藻。因此，筆者試著尋求一種更加簡便高效的藍藻治理方法。

2 研究的可行性

碳化稻殼（活性炭）能清除水中的氨氮，并且活性炭清除氨氮過程中，清除量隨時間總是先增大后減少，并且在第5天效果最佳。絮凝法除藻是一種只需投加少量絮凝劑，便能夠對藻類進行高效去除的方法，陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）是具有澄清、絮凝等多種功能的絮凝劑。并且CPAM的穩定性比鋁和鐵穩定，可以持續一到兩天時間，可以將CPAM分散到整個污染水域，有很強實際操作可行性。

但是，被陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）粘附后的藻類殘渣難以處理，成為它治理大面積水域存在局限性。基于此，如若能讓產生的絮狀藍藻磁化，利用磁性來進行打撈，就能克服這一缺點。

3 研究的創新性

（1）以稻殼為材料制作磁性活性炭來進行吸附藍藻降低活性炭成本。將稻殼通過氯化亞鐵和氨水將亞鐵離子固化到稻殼上，將稻殼炭化生成四氧化三鐵和碳復合物，稻殼就有了磁性，不僅可以利用這個磁性活性炭進行吸附，并且磁性稻殼生產時的粉塵也便于收集，且生產稻殼過程中的氯化氨和殘留廢水，也便于處理和再次進行利用，降低了生產成本。

（2）將陽離子聚丙烯酰胺與碳化磁性稻殼進行混合用于吸附藍藻，產生的絮凝物利用電磁鐵進行吸附打撈，改變以往藍藻絮凝物不方便打撈的劣勢。陽離子聚丙烯酰胺投入到藍藻水中能吸附藍藻，但其絮凝物將漂浮在水中，不便于打撈。如果將磁性稻殼與陽離子聚丙烯酰胺一起投入到水體后，絮凝物就會沉淀到底部，再利用電磁鐵，將其吸附打撈，就能改變以往藍藻絮凝物不方便打撈的劣勢。

（3）打撈后的藍藻絮凝物混合少量生活污泥土（約5%比例）自然晾干作為城鄉園林綠化土，將藍藻富集的磷氮循環資源化形成一個完整的生態閉環。

4 研究的技術路線

文獻查詢—>思路擬定—>磁性碳化稻殼制作：浸泡-沉淀-壓榨-碳化—>吸附劑制作—>藍藻捕捉劑制作—>試驗。

研究的科學性

4.1 磁性碳化稻殼的制備

浸泡：將稻殼用FeCl2溶液（工業廢料——鋼鐵洗水）充分浸泡1-2小時;

沉淀：利用氨水進行堿化，將亞鐵離子固化在稻殼上，形成Fe（OH）2;

壓榨：利用壓榨機對沉淀后的稻殼進行壓榨;

碳化：對壓榨后的稻殼放入馬弗爐進行加熱，根據Fe（OH）2的化學特點可知，Fe（OH）2在低溫70℃左右會轉化為Fe3O4，此時稻殼上固化有Fe3O4磁性材料。再通過Fe3O4的催化，促進稻殼纖維素的，持續加熱到450攝氏度將稻殼全部碳化;

性碳化稻殼進行過篩。

利用強銣硼磁鐵檢驗磁化：100g的稻殼來添加FeCl2和氨水（25%，約13.33mol/L）：二者以5：1進行投放加入足夠水浸泡，利用馬弗爐進行磁化，利用強銣硼磁鐵檢驗磁化效果。多次實驗得出，100克稻殼加入20克的FeCl2，最為合適。

4.2 吸附劑制作

將陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）先用溶解水量的0.3%的助溶劑乙醇潤濕一段時間后，再用水溫為40℃的水進行溶解攪拌，攪拌速度約為200～300（r/min）。配置成濃度為5%的溶液備用。

4.3 藍藻捕捉劑制作

在200mL藍藻水中投放磁性碳化稻殼和陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），配制完成藍藻捕捉劑。

4.4 藍藻捕捉劑試驗結果分析

采用磁性碳化稻殼與陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）作為絮凝劑，研究其對銅綠微囊藻等藍藻的去除效果。通過控制變量，研究水體的自身因素對最佳投入捕捉劑時的捕捉率的影響。

（1）藍藻捕捉劑添加量對去除率的影響實驗。根據實驗結果可以發現，絮凝效果先是隨藍藻捕捉劑的含量增加而增強，而后又成下降趨勢。當水中藍藻固體濃度為1.6g/L、水體pH=6，磁性碳化稻殼投量為1.8g/L，水體CPAM濃度0.2%的藍藻捕捉劑的藍藻去除率最高上升到96%。同時實驗過程中發現CPAM濃度為0.3%以上時，雖然澄清液吸光度較低（去除率較高），但絮凝物體積較大，并且比較松散，效果并不好。綜上，當稻殼投量為1.8g/L，酰胺濃度為0.2%的捕捉劑效果最好。

（2）絮凝時間對去除率的影響實驗。藍藻水pH值為6時，取200mL藻液，滴入同量的磁性碳化稻殼為1.8g/L，CPAM為0.2%藍藻捕捉劑，用攪拌儀攪拌1 min后，分別經過1、2、3、4、5 min時用膠頭滴管抽取液面下2 cm處的水樣檢測吸光度，實驗每個相同樣品均重復 3次，取平均后得出去除率。

（3）藻液pH對去除率的影響實驗。藍藻水pH值為6時，取200mL藻液，利用1 mol/L鹽酸和燒堿溶液，調節水體pH分別為6、7、8、9，滴入同量的磁性碳化稻殼為1.8g/L，CPAM為0.2%藍藻捕捉劑，用攪拌儀攪拌1 min后，分別經過5min時用膠頭滴管抽取液面下2 cm處的水樣檢測吸光度，實驗每個相同樣品均重復 3次，取平均后得出去除率。測定在不同pH下其對藻液的去除效果。

（4）藻液鹽度、硬度、可溶性物質化學需氧量、銨濃度、磷濃度、溶解氧、溫度對去除率的影響實驗。當藻液濃度為1.6g/L、藻液pH值7時，磁性碳化稻殼為1.8g/L，CPAM為0.2%的藍藻捕捉劑的藍藻去除率這個最佳去除率為背景，在藻液中，進行鹽度、硬度、可溶性物質化學需氧量3個單一變量實驗。實驗結果表明，CPAM受到鹽度影響，不適合在高鹽度下處理污水。適當的硬度有助于CPAM的吸收，究其原因是藻類多糖容易與Ca、Mg的結合，Zeta電位下降而團聚成較大顆粒，因而更容易被活性炭捕捉。當可溶性物質化學需氧量（可溶性COD）提高時，會降低藍藻去除率。原因是CPAM有部分消耗在對多糖的捕捉上。另外，CPAM不受銨濃度、磷濃度、溶解氧、溫度因素影響。

4.5 碳化磁性稻殼對污染水中藍藻的打撈

打撈電磁濾網孔徑、打撈電磁功率、電鏡設備、稻殼本身尺寸這些是常見的影響藍藻打撈的因素。利用碳化稻殼制作的活性炭將藍藻等團化，固化，起到凈化水質作用。可以投入適量粘土，降低處理后水體中CPAM的濃度，減輕CPAM對水中微生物的影響。磁化稻殼可以利用磁性材料方便打撈收集后，把打撈物用金屬離子浸泡，利用吸水性樹脂將藍藻進行碳化。利用發酵（45%固含量，55%水含量發酵效果最好）轉化為盆栽土。

5 研究結論

當藻液濃度為1.6g/L、藻液pH值7時，磁性碳化稻殼為18g/L，CPAM為0.2%的藍藻捕捉劑的藍藻去除率這個最佳去除率，同時這種捕捉基本上不受到水體的其他條件（除硬度以及鹽度外）影響。同樣，天然水體中，不同區域的元素很難完全相同。項目與福建智睿環保科技發展有限公司（地址：源和堂1916創意產業園11號樓）合作，來處理在西北洋滯洪區排洪渠C段黑臭水體生物治理工程中運用了這個技術，排洪渠C段是泉州市中央環保督查的重點標段。處理效果顯著，有效的對污水中藍藻進行捕捉和打撈，進一步改善水質，深受西北洋滯洪排澇工程管理處的好評。

參考文獻：

[1]金相燦，李兆春，鄭朔方，等.銅綠微囊藻生長特性研究[J].環境科學研究，2004，17（z1）：52-54.

[2]郭文錦，白俊波.碳化稻殼對氨氮的凈化效果分析[J].科學與財富，2016（8）.

[3]水利部水資源管理司、中國水利學會.地表水標準規范與法律法規匯編.