改性高分子絮凝剂去除水中悬浮物和Hg2+

王进喜，常 青，王亚军

（1. 兰州文理学院 化工学院，甘肃 兰州 730000；2. 兰州交通大学 环境与市政工程学院，甘肃 兰州 730070；3. 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050）

絮凝法是重要的水处理方法，絮凝剂是絮凝技术的核心，因此，有关新型改性絮凝剂的研究一直都是水处理领域的研究热点［1-4］。针对当前废水中有毒重金属污染的日益加重，本课题组通过对传统高分子絮凝剂进行改性、接枝可捕集重金属的官能团，使絮凝剂具有双重功能，以此来简化水处理工序，降低水处理成本。本课题组以传统高分子絮凝剂聚乙烯亚胺为母体，通过酰胺化反应接入含有巯基（—SH）（对重金属离子有强配位作用）的小分子物质巯基乙酸，生成改性高分子絮凝剂巯基乙酰聚乙烯亚胺。在水处理的过程中，改性高分子絮凝剂分子中的巯基与重金属离子发生络合沉淀反应，达到去除重金属离子的目的；同时，发挥絮凝作用，去除水中悬浮物。

本工作以自制改性高分子絮凝剂处理模拟含Hg2+废水，考察了含Hg2+废水的质量浓度、絮凝剂的加入量、浊度等因素对该絮凝剂除Hg2+效果的影响，并将该絮凝剂用于处理某石油加工厂的生产废水。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

硝酸汞、氢氧化钠、盐酸：分析纯；高岭土：化学纯；实验室自制改性高分子絮凝剂。

DBJ-621型六联定时变速搅拌器：北京四三零六分厂制造；828型台面式pH/ISE测试仪：美国奥立龙中国公司；SG921-1型双光束测汞仪：江苏电分析仪器厂。

1.2 实验水样

废水中的胶体物质大多数都带有负电荷［5］，高岭土胶体也带负电性［6］，因此，用高岭土模拟废水中的细小悬浮物。用高岭土和硝酸汞配制浊度分别为0，127 NTU 和Hg2+的质量浓度分别为50，100 mg/L的模拟含Hg2+废水。

实际废水取自兰州市某石油加工厂的生产废水，实际废水水质：Hg2+的质量浓度 20~25 mg/L，浊度126 NTU，pH=3.5。

1.3 絮凝实验

取400 m L废水，用盐酸或氢氧化钠调节废水pH，投加一定量的改性高分子絮凝剂，快速搅拌2 min，慢速搅拌10 m in，静置10 m in，吸取液面下2 cm处的上清液，测定Hg2+的含量和浊度。

1.4 分析方法

采用测汞仪测定废水中Hg2+的含量；采用分光光度法测定浊度［7］。

2 结果与讨论

2.1 絮凝剂的加入量对Hg2+去除率的影响

当废水pH=5.0、浊度为0时，改性高分子絮凝剂的加入量对Hg2+去除率的影响见图1。由图1可见：随絮凝剂加入量的增加，Hg2+的去除率先增大后减小；当Hg2+的质量浓度 50 mg/L、絮凝剂的加入量 1.8 mg/L时，Hg2+的去除率最大（为80%）；当Hg2+的质量浓度 100 mg/L、絮凝剂加入量 3.7 mg/L时，Hg2+的去除率最大（为88%）。

图1 改性高分子絮凝剂的加入量对Hg2+去除率的影响

改性高分子絮凝剂主要靠高分子链上接入的巯基与Hg2+发生反应，这是因为硫原子有空的3d轨道，易极化，导致其与重金属离子的亲和性高［8-9］；另一方面，汞为元素周期表中ⅡB族元素，能与提供电子对的原子生成较强的共价键。基于以上两方面原因，改性高分子絮凝剂以配位键和共价键的形式与Hg2+发生络合反应，生成稳定的具有交联空间网状结构的不溶性重金属络合体沉淀，同时在反应过程中也存在氧化还原反应［10-11］。改性高分子絮凝剂与Hg2+的反应方程见式（1）和式（2）。

2.2 废水pH对Hg2+去除率的影响

当Hg2+的质量浓度100 mg/L、改性高分子絮凝剂的加入量4.0 mg/L、浊度为0时，废水pH对Hg2+去除率的影响见图2。

图2 废水pH对Hg2+去除率的影响

由图2可见：当废水pH=2.5时，Hg2+的去除率较小，实验观察到废水中的絮体也较少；当废水pH=2.5~7.0时，Hg2+的去除率快速增大并保持稳定；当废水pH=4.0~7.0时，Hg2+的去除率在80%以上，这是因为在pH较高时，絮凝剂发生电离反应，巯基易与Hg2+发生络合反应，导致Hg2+的去除率较大；而pH较低时，絮凝剂水解带正电，静电斥力影响了巯基与Hg2+络合反应的发生。

2.3 Hg2+的质量浓度和浊度对絮凝效果的相互影响

改性高分子絮凝剂分子中有大量的伯胺基、叔胺基，可吸附水中的H+，通过“电中和”及高分子絮凝剂的“吸附架桥”、“网捕卷扫”等作用使水中胶体态的颗粒发生碰撞絮凝［12］，最终沉降下来，降低水的浊度。

当废水pH=5.0时，Hg2+的质量浓度和浊度对絮凝效果的相互影响见图3。由图3可见，当Hg2+和悬浮物共存时，Hg2+和浊度的去除率均较两者单独存在时的去除率大，特别是浊度的去除率显著增大；当Hg2+的质量浓度 100 mg/L、浊度 127 NTU时，浊度的去除率由40%左右增至95%以上，说明Hg2+和致浊物质可相互促进彼此的去除。其原因在于：一方面，Hg2+可中和悬浮物和改性高分子絮凝剂所带的负电荷，减小二者间的排斥作用，使絮凝剂有效发挥“吸附架桥”作用，从而使水中的悬浮物联结成大片絮体而沉降；另一方面，由于大量絮体的卷扫、网捕作用，使Hg2+配合沉淀物迅速沉降；此外，由于絮体的比表面积较大，一部分溶解性的Hg2+被吸附在絮体表面，随絮体的沉淀而得到进一步去除。对浊度影响大是因为先形成的重金属螯合体充分发挥了对悬浮物的电中和及卷扫网捕作用，强化了絮凝作用。

图3 Hg2+的质量浓度和浊度对絮凝效果的相互影响

2.4 改性高分子絮凝剂处理实际废水

改性高分子絮凝剂对实际废水的处理效果见图4。由图4可见，当改性高分子絮凝剂的加入量为4.2 mg/L时，实际废水Hg2+的去除率最大（为84%），浊度的去除率为97%。实际废水中Hg2+的质量浓度比模拟含Hg2+废水低，但所需改性高分子絮凝剂的加入量比模拟含Hg2+废水大，原因可能是实际废水中所含重金属种类较多，干扰物质也较多。由图4还可见，改性高分子絮凝剂对Hg2+和浊度的去除率均大于聚乙烯亚胺，说明自制的改性高分子絮凝剂对废水的处理效果优于传统絮凝剂。

图4 改性高分子絮凝剂对实际废水的处理效果

3 结论

a）以自制改性高分子絮凝剂处理模拟含Hg2+废水，当Hg2+的质量浓度 100 mg/L、絮凝剂的加入量 3.7 mg/L、废水pH=5.0、浊度为 0时，Hg2+的去除率为88%。

b）当Hg2+和悬浮物在废水中共存时，两者可相互促进彼此的去除，当Hg2+的质量浓度 100 mg/L、浊度 127 NTU时，浊度的去除率由40%左右增至95%以上。

c）用改性高分子絮凝剂处理实际废水，当其加入量为4.2 mg/L时，Hg2+的去除率为84%，浊度的去除率为97%，且处理效果明显优于相同条件下的传统絮凝剂。

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