去除藻类所产dEOM的絮凝剂制备及dEOM混凝去除机理研究

Dissolved extracellular organic matter (dEOM) originated from algae-polluted water has been paid increasing attention for protecting the environment. It poses the potential threat to the safety of drinking water and human health. Coagulation as widely applied water treatment technology is supposed to solve this problem. The study is firstly to collect dEOM from the varied algae in the different culture time and to analyze the characteristic of purified dEOM for determining the special composition and structure. Based on the characteristic of dEOM, the molecular structure of novel flocculants is designed in principle. And flocculants containing the special active group and structure is prepared according to the principles of template polymerization and atom transfer radical polymerization. Then, preparation mechanism is discovered via the structural analysis of flocculants. Besides, the performance of flocculants in the dEOM treatment from the algae-polluted water is investigated, and acceptable removal efficiency of dEOM is found. And the flocs characteristics, interaction between dEOM and flocculants and coagulation mechanism are discussed in the treatment. Moreover, it is interesting to analyze the interaction between dEOM and other pollutants in the natural algae-polluted water and the effects of other pollutants on the dEOM removal. In conclusion, this study is of great theoretical significance to the preparation of flocculants and has important guiding value to the dEOM treatment by coagulation.

藻类所产溶解性胞外有机物（dEOM）逐渐成为广泛关注的环境污染问题，其对饮用水安全和人类健康构成不容忽视的威胁。通过对混凝法进行研究，希望对水体中dEOM的污染问题有较好的解决。本项目从不同藻类的不同生长周期提取、纯化dEOM，明确dEOM普遍具有的组成、结构特征。以此为基础，从原理上对新型絮凝剂的核心分子结构进行设计，进而依据模板聚合、原子转移自由基聚合原理，有目的性的制备具有特殊活性基团和结构的、对dEOM有较好去除效果的絮凝剂。并通过分析絮凝剂实际组成、结构，揭示絮凝剂的制备机理。在混凝去除水体中dEOM的研究中，考察dEOM的混凝去除效率，优化混凝条件，分析絮体组成、特性，探究dEOM与絮凝剂的相互作用机制和相关混凝去除机理，并明确自然含藻水体中其它污染物与dEOM的作用过程及对其去除效率的影响。本项目为实际水体中dEOM的混凝去除奠定理论基础和提供科学依据。

水体富营养化及由此产生的水华、赤潮污染一直是社会广泛关注的水污染问题。藻类所产溶解性胞外有机物（dEOM）除对饮用水安全和人类健康构成威胁外，其对常用的混凝、膜过滤、消毒等水处理工艺也可能产生负面影响。本项目研究了不同藻类所产dEOM的组成、结构和特性；并根据其特性，通过接枝共聚、模板聚合等方法制备高效两性壳聚糖基絮凝剂、两性微生物絮凝剂、有机高分子絮凝剂；明确了所制备絮凝剂的分子结构和特性，探究其相应的制备机理。研究所制备絮凝剂对dEOM及其它溶解性有机物去除效果，并明确其主要混凝机理。本项目研究发现，小球藻、鱼腥藻、铜绿微囊藻在不同生长周期所产dEOM的浓度、亲疏水性、组成、分子量和活性基团种类都不相同。亲水性dEOM对无机絮凝剂的混凝过程有阻碍作用，而疏水性dEOM却具有一定的助凝作用。通过引入多种活性基团、模板聚合调节活性基团在絮凝剂分子链上位置，以提高絮凝剂对dEOM的去除效果。在絮凝剂制备机理研究中发现，壳聚糖基絮凝剂的接枝共聚改性存在两种反应途径，其所得两种反应产物具有不同的絮凝效率；微生物絮凝剂的接枝共聚主要发生在其-NH2基团位置；模板聚合可产生阳离子基团相对集中的微嵌段结构。在混凝过程中，所制备絮凝剂的电荷吸引作用促使其具有较强的吸附架桥能力，且其所形成的絮体较大，絮体沉降效率较高；但所制备絮凝剂电中和能力较差；而阳离子微嵌段结构有利于提高其电中和能力和电荷吸引能力。水体中其它胶体颗粒将与dEOM混凝共沉降，有助于dEOM去除。本项目为絮凝剂水处理性能提升以及水体中dEOM及其它溶解性有机物的去除提供科学依据和理论基础。在本项目资助下，已在学术期刊上发表标注有国家自然科学基金本项目编号的研究论文10篇（其中，SCI期刊8篇（一区3篇，二区3篇，四区2篇），EI期刊1篇，国内CSCD核心期刊1篇）；申请中国发明专利4项。本项目研究期间培养4位硕士研究生。