乙酰丙酮调控的钛凝胶同步光氧化强化混凝除藻效率及机制研究

Coagulation is the basic technology for algae-laden water treatment, while the removal efficiency for algae cells is susceptible to algal organic matter. Pre-oxidation can improve the coagulation efficiency by reducing the concentration of algal organic matter. Titanium xerogel coagulant has both coagulation performance and photoactivity, and its photooxidation capacity is derived from the photoactivity of acetylacetone embedded in the skeleton structure of titanium xerogel, which can be enhanced easily by optimizing environmental conditions. In order to solve the disadvantage that the removal efficiency is susceptible to the organic matter, this project intends to combine the photoactivity and coagulation effects of titanium xerogel to construct an integrated processing mode of synchronous photooxidation enhanced coagulation efficiency. By revealing the regulation mode and related mechanism of acetylacetone-involved photooxidation on changing the properties of algal cells and algal organic matters, the high-efficiency regulating strategy is established followed by clarifying the regulating mechanism of synchronous photooxidation enhanced coagulation process. This project will provide theoretical and experimental basis for the selection of chemical agents and process methods for algae laden water treatment. It has important practical significance for environmental protection and serving the society.

混凝是含藻水处理的基本技术，但对藻细胞的去除效率易受藻源有机物影响，可通过化学预氧化改善藻源有机物性质强化混凝效率。申请人前期开发的钛凝胶混凝剂同时具有“混凝性能”和“光活性”，钛凝胶结构上的乙酰丙酮是光活化剂，其光氧化能力可通过对条件的优化而强化。本研究以钛凝胶处理含藻水易受藻源有机物影响为出发点，借助钛凝胶的光活性，构建同步光氧化-混凝的一体化处理模式，以“长”补“短”，强化混凝除藻能力。通过揭示乙酰丙酮光氧化改善含藻水性质的调控模式和主要机制，探索同步光氧化强化混凝的耦合作用与机理，最终制定出二者协调高效作用的优化策略，为含藻水源水处理的化学药剂和工艺方法的选择提供理论与实验依据，对环境保护与服务社会具有重要的现实意义。

新型钛凝胶混凝剂同时具有“混凝性能”和“光活性”，借助其结构中乙酰丙酮的光氧化能力，可构建一体化的同步光氧化强化混凝处理体系，以提升钛凝胶的混凝处理能力。混凝作为含藻水处理的基本技术，对藻细胞的去除效率易受藻源有机物的影响。本项目首先深入调查了钛凝胶对含藻水的混凝行为，发现酸性条件钛凝胶能有效去除藻细胞，但中性和碱性条件下混凝效率较低，藻源有机物中胞内有机物组分产生明显的抑制作用。乙酰丙酮在光照条件能有效降低藻源有机物的含量，对类蛋白类物质有更高的降解效果，另外，乙酰丙酮能有效降解藻毒素，其降解速率受溶液pH影响较大，碱性条件(pH > 9.0)显著降低乙酰丙酮的光活性。钛凝胶混凝过程同步引入紫外光照射，构建的一体化同步氧化-混凝处理过程能有效提高其混凝性能，利用As(III)污染水调查了两者的耦合机制，发现乙酰丙酮在光照下将其氧化为更易混凝去除的As(V)，随后立即被混凝絮体捕获去除。对于含藻水的混凝处理，乙酰丙酮同步光氧化过程也有一定的促进作用，但强化混凝机制略有不同，其中紫外光照射通过抑制藻活性和改变藻细胞表面电荷促进混凝效果的提升，而乙酰丙酮一定程度削弱了紫外光照射导致的藻细胞的剧烈破损，从而降低光氧化处理后藻源有机物的释放。本研究结果表明可以利用乙酰丙酮的光活性构建同步光氧化-混凝体系提高钛凝胶的混凝效率，光氧化的提升能力与乙酰丙酮光活性对目标污染物的作用效果直接相关，因此，对于实际应用，需要根据目标污染物类型及水质性质进一步优化该处理过程。