天然有机高分子改性絮凝剂的应用研究

邱 琳

（西南科技大学，四川 绵阳 621010）

絮凝作为废水处理的一种重要方法，在水处理工艺中有着广泛的应用。而絮凝剂的种类、性质、性能是影响絮凝处理效果以及成本的关键因素。无机絮凝剂由于投放量大，效率低，其应用受到了限制。有机高分子絮凝剂中，由于合成有机高分子絮凝剂制作成本高，且存在着一定量的残余单体，不可避免地带来了毒性，故其应用也受到一定的限制。天然高分子絮凝剂因具有原料来源丰富，选择性大，絮凝速度快，安全无毒，可生物降解等优势备受关注[1]。木薯淀粉具有价格低，非淀粉杂质含量高且粘度高、糊液稳定透明等优势。笔者以木薯为原料，经过预处理、阳离子改性等制备出一种絮凝剂，并选择生活污水、糖蜜酒精废液对其进行了应用研究。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料与试剂 水样：生活污水（实验用水取自昆明市某污水处理厂进水，其水质指标见表1）。糖蜜酒精废液：实验用水取自昆明市某化工厂，其主要水质指标为pH值3.57，CODcr为102 580 mg/L。原料：木薯淀粉。试剂：无水乙醇（分析纯≥99.7%），氢氧化钠，氯化钠（分析纯），环氧氯丙烷（分析纯），三乙胺（分析纯），双氧水，硫酸亚铁，去离子水。

表1 实验用水水质

1.1.2 仪 器 供试仪器：电子恒温水浴锅，ZXZ-05型旋片式真空泵，四口烧瓶，抽虑装置，721型分光光度计，JJ-4型六联数显电动搅拌器，COD快速测定仪、酸度计等。

1.2 方法

1.2.1 絮凝剂的制备 将木薯淀粉50 g加入150 mL蒸馏水中，在40℃温水中水浴2 h后静置并加入一定量的无水乙醇搅拌，抽滤后将滤渣脱水烘干，即得制备絮凝剂的木薯母体[2]。将环氧氯丙烷（20 mL）和三乙胺（过量）放入烧瓶置入冰浴锅中。密闭搅拌反应3 h，冰浴静置5 h，分层后取上层液，用Ag+检验上层液便为所制得的阳离子单体[3]。称取一定量（2.0 g）的木薯母体，加入0.1%的NaC1，再用一定浓度的NaOH溶液于水浴恒温搅拌碱化一段时间后，加入H2O2-FeSO4引发剂活化60 S。加入过量单体在一定温度反应一段时间，反应物冷却后抽滤，然后用去离子水冲洗，将所得物烘干保存，即得自制絮凝剂[3]。

1.2.2 水样与絮凝性能实验 取不同水样各500 mL，分别加入自制絮凝剂。用六联搅拌器先在120 rpm条件下搅拌5 min，随后以50 rpm搅拌10 min，静置30 min。取距液面30 mm上清液分别测其处理结果。同时观察絮团大小及絮团沉降速度。以蒸馏水为基准，于560 nm处分别测定糖蜜酒精废液脱色前和脱色后的吸光值，按下式计算脱色率η[4]。

η=A0-A1/A0×100%

式中，A0为处理前酒精废液的吸光值；A1为处理后上层清液的吸光值。

2 结果与分析

2.1 絮凝剂对生活废水絮凝性能实验

2.1.1 最佳投加量的确定 如图1、2所示，随着絮凝剂投加量增大，透光率增加到一个峰值后，反而下降；而化学需氧量随投加量增加先下降，到达最低值后又微弱回升。由此可见，过量絮凝剂溶解在水中而不沉降，会造成水样的透光率下降和CODcr值升高。所以絮凝剂的最佳投加量是15 mg/L。

图1 絮凝剂投加量对絮凝效果影响

图2 絮凝剂投加量对化学需氧量的影响

2.1.2 温度对絮凝效果的影响 如图3所示，温度升高对絮凝剂的絮凝效果有削弱作用，不利于絮凝反应进行。

图3 温度对絮凝效果的影响

2.1.3 pH值对絮凝效果的影响 如图4所示，絮凝剂对pH值有很宽的适用范围。pH在6.0～9.0范围内，透光率均在94%以上。

图4 PH值对絮凝效果的影响

2.2 絮凝剂处理糖蜜酒精废液脱色效果实验

2.2.1 絮凝剂用量对废液脱色率的影响 当絮凝剂用量为 100、200、400、600、800 mg/L 时，糖蜜酒精废液的脱色率分别为30.2%、41.1%、45.6%、49.1%、48.3%。从结果可以看出，酒精废液的脱色率先随絮凝剂投加量的增加而增加，当用量增加到600 mg/L时，达到最大的脱色率49.1%，继续加大絮凝剂投加量脱色率出现下降趋势。分析其原因可能是絮凝剂通过对废液中带负电荷的悬浮粒子的电荷中和作用及吸附架桥作用生成絮凝体沉淀而使废液脱色。但当加入的阳离子絮凝剂过多时，废液中的颗粒物质因吸附了阳离子而带上正电荷，颗粒间电荷排斥而使脱色效果下降[5]。因此，絮凝剂最佳投加量为600 mg/L。

2.2.2 pH值对絮凝性能的影响 调节酒精废液pH值，取不同pH值水样各100 mL，分别添加60 mg絮凝剂，测试脱色率。当水样的pH值为3、5、7、8、9时，酒精废液的脱色率分别为48.3%、49.3%、51.2%、49.6%、48.5%。从结果可以看出，絮凝剂处理酒精废液的pH值适用范围比较宽，其中pH值为5～9之间絮凝剂脱色率较高。

3 结 论

（1）采用H2O2-FeSO4为引发剂，环氧氯丙烷和三乙胺共聚物为阳离子单体对天然木薯淀粉进行阳离子化学改性，制得一种有机高分子改性絮凝剂。

（2）实验表明，该絮凝剂具有较好的絮凝能力。絮凝剂的最佳投加量为15 mg/L时，透光率达到95.6%，同时CODcr去除率达到28.7%。该絮凝剂在pH=6～9范围内絮凝效果较好。

（3）对糖蜜酒精废液的脱色实验表明，在絮凝剂用量达到600 mg/L时，脱色率达到49.1%，絮凝剂处理糖蜜酒精废液的pH值适用范围比较宽，其中pH值为5～9之间絮凝剂脱色率较高。该絮凝剂对酒精废液具有一定的絮凝脱色效果。

[1]林正欢，李绵贵.天然高分子絮凝剂的研究和应用进展[J].水处理技术，2003，29（6）：29-30.

[2]吕锦玲，陈建中.芋头植物胶提取条件的研究[J].化学与生物工程，2005，26（2）：26-27.

[3]许映军，吉云秀.新型阳离子改性絮凝剂的制备研究[J].安全与环境学报，2004，4（3）：29-31.

[4]薛学佳，周钰明，吕 波.天然植物胶絮凝剂的改性和性能研究[J].精细化工，2001，18（7）：405-407.

[5]魏光涛，李仲民，廖丹葵，等.改性膨润土吸附脱色糖蜜酒精废液的研究[J].高校化学工程学报，2004，18（4）：414-418.