Влияние комбинированной системы гидродинамической кавитации, озона и перекиси водорода на удаление хлорофилла а и органических веществ в сырой воде

Jun 05, 2023

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 10102 (2023) Цитировать эту статью

435 Доступов

Подробности о метриках

Повышенный уровень питательных веществ и водорослей может вызвать проблемы с питьевой водой в сообществах. Вредное цветение водорослей поражает людей, рыб, морских млекопитающих, птиц и других животных. В настоящем исследовании мы исследовали использование комбинированной системы [гидродинамическая кавитация, озон (O3) и перекись водорода (H2O2)] для удаления хлорофилла а и органических веществ в сырой воде. Было изучено влияние различных условий эксплуатации, таких как pH, время кавитации, давление, расстояние, скорость потока, доза озона и концентрация перекиси водорода. Используя метод проектирования Тагучи, эксперименты были запланированы и оптимизированы. Комбинированная обработка системы привела к максимальному снижению содержания хлорофилла а и общего органического углерода (ТОС) при оптимальных условиях pH 5, кавитационном давлении 5 бар, скорости потока 1 м3/ч, расстоянии 25 см от диафрагмы, O3. Концентрации H2O2 3 г/ч и 2 г/л. Наиболее эффективным фактором разложения ТОС и хлорофилла а было кавитационное давление, исходя из процентного вклада каждого параметра (38,64 процента и 35,05 процента соответственно). Было обнаружено, что H2O2 оказывает самое незначительное влияние на эффективность разложения (4,24 процента и 4,11 процента соответственно).

В результате быстрого роста населения, расширения сельского хозяйства и промышленности, истощения ресурсов пресной воды, деградации лесов, эрозии почвы, изменения климата и повторяющихся засух вся вода постепенно переходит в сторону эвтрофикации. Существенным результатом этого процесса является общее уменьшение доступности воды для использования и увеличение значения озер и других водоемов; в результате многие ресурсы социально-экономического развития могут быть серьезно подорваны1. Цветение водорослей может быть вызвано уменьшением запасов воды, уменьшением глубины озер и водохранилищ, усилением застоя, увеличением поступления питательных веществ из различных источников и повышением температуры2,3. Многочисленные проблемы возникают из-за водорослевых веществ в воде, включая (1) pH, щелочность, жесткость, растворенный кислород и органические вещества, (2) Увеличение дозы коагуляции, (3) Физические показатели качества воды, такие как цвет, вкус , запах и помутнение, которые в результате ухудшаются, (4) Засорение фильтра и уменьшение пробега фильтра, (5) Потребность в хлоре растет, и образуются побочные продукты дезинфекции, (6) Водоросли также вызывают другие проблемы, такие как образование слизистый и желеобразный слой, вызывающий коррозию и мешающий другим процессам очистки. (7) При прямом контакте некоторые виды водорослей могут раздражать кожу и вызывать аллергические реакции; Однако известно, что различные водоросли производят вредные токсины, которые смертельны для людей, а в некоторых крайних случаях могут даже привести к смерти4,5,6,7,8,9. Эти проблемы могут сделать фильтрованную воду непривлекательной и вредной; с другой стороны, они также могут увеличить стоимость очистки питьевой воды за счет добавления большего количества химикатов, а также увеличения рабочей нагрузки на работников очистных сооружений9.

Важным показателем, используемым для описания биомассы, использующей световую энергию и являющейся автотрофной, является концентрация хлорофилла-а. Это важнейший параметр, отражающий питательный статус водоемов, и его можно использовать для оценки биомассы и продуктивности фитопланктона. Из-за небольшого размера, высокой подвижности, низкой плотности и отрицательно заряженной поверхности клетки водорослей на многих существующих водоочистных станциях невозможно удалить или обработать5,10,12. Борьба с водорослями из водных источников осуществляется с помощью различных физических, химических и биологических методов. Аэрация, флотация растворенным воздухом, фильтрация, скимминг, смешивание, мембранные процессы, ультрафиолет, ультразвук, электролиз и другие соответствующие методы используются для предотвращения появления вредных водорослей с использованием метода физического контроля. Управление популяцией водорослей может осуществляться с помощью биологических процессов, таких как медленные песочные фильтры или активный ил. Основными химическими процессами являются коагуляция, сульфат меди, активированный уголь, наночастицы, окисление, перекись водорода и хлорирование13,14,15,16,17,18,19. Однако стоимость большинства химикатов завышена и носит слишком общий характер, нанося вред водным организмам, которые не являются их предполагаемыми целями. Большинство токсичных химических веществ не являются видоспецифичными, что может нанести вред экологическому балансу. Потенциальный вред окружающей среде от неправильного применения химикатов ниже, чем от искусственного смешивания. Технология аэрации может иметь недостатки из-за высоких затрат на техническое обслуживание (затраты на рабочую силу) и необходимого энергопотребления, а также она не убивает водоросли. Кроме того, водные растения добавляют много окислителей, а это значит, что количество побочных продуктов дезинфекции, которые они производят, превышает необходимый уровень. Эксплуатационные затраты на удаление водорослей на водоочистной станции с использованием мембранной фильтрации, воздушной флотации и других методов высоки, когда количество водорослей в воде велико. Остаточное содержание Al/Fe в очищенной воде иногда превышает верхний предел норм для воды, что представляет серьезную угрозу для здоровья человека, хотя использование химикатов для удаления водорослей приводит к вторичному загрязнению. Но окисление цианобактерий может вызвать лизис клеток. Когда внутриклеточное органическое вещество (МОМ) выделяется в больших количествах, качество воды может ухудшиться10,20,21,22.