淀粉改性絮凝剂的合成及其在污水处理中的应用_郭玲

山西师范大学学报(自然科学版)

第17卷第4期Journal o f Shanx i T eacher c s U niv ersity V ol.17N o.4 2003年12月N atural Science Editio n Dec.2003文章编号:1009-4490(2003)04-0058-05

淀粉改性絮凝剂的合成

及其在污水处理中的应用

郭玲1,2,金志浩1

(11西安交通大学材料科学与工程学院,陕西西安710049;

21山西师范大学化学与材料科学学院,山西临汾041004)

摘要:采用60Co C射线预辐照的方法制备淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物,产品可经红外光谱证明.接枝物的絮凝性能受接枝物的浓度和絮凝时间的影响.将其用作絮凝剂处理生活污水,效果优于国产聚丙烯酰胺,且处理后的污水可达标排放.

关键词:预辐照;淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物;絮凝剂

中图分类号:T Q314.253文献标识码:A

0前言

当前,为了实施可持续发展战略,在水处理药剂的研究,开发,生产和应用中实施绿色化是21世纪水处理药剂的发展方向[1],本文所研究的淀粉改性絮凝剂(淀粉)丙烯酰胺接枝物)即属此类水处理药剂.由于其原料来源广泛,价格低廉,无毒,易于生物降解等优点,被列为环境友好型水处理剂,在水处理,石油开采及造纸等行业显示出良好的应用前景[2)4].其目前主要的合成方法有化学接枝和辐射接枝[5,6].本文采用60Co C射线预辐照法制备淀粉-丙烯酰胺接枝物,并将其用做絮凝剂处理生活污水,处理效果优于国产聚丙烯酰胺,且处理后的污水可达标排放.

1实验部分

1.1试剂与设备

淀粉(山东甾川市淀粉厂);丙烯酰胺(分析纯);聚丙烯酰胺(PAM,上海创新酰胺厂,分子量30-50万);PE-580-B型红外光谱仪(美国PERK IN ELM ER公司);NDJ-1型转筒式粘度计(上海第二分析仪器厂);721型分光光度计(上海第三分析仪器厂);pHS -4型酸度计(杭州亚美电子仪器厂);60Co C辐射源,活度5.55@1014Bq,单栅板状(上海第二分析仪器厂);SYW-831型混凝仪(上海第二分析仪器厂).

收稿日期:2002-03-06

作者简介:郭玲(1973)),女,山西临汾人,讲师,西安交通大学在读博士,研究方向为污水处理.

1.2 实验用水

高浊度水:用80目高岭土配制成0.5%的高岭土悬浮液,pH 值根据实验要求调节.生活污水:(1)取自上海曹杨污水处理厂原水,pH 值为5.02,COD 为841mg/L,透光率为8.7%;(2)取自上海曹杨污水处理厂泵送污泥,pH 值为7.37,COD 为201.6m g/L,透光率为34.5%.

1.3 淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物(后称FSM )的制备与纯化

将一定量的淀粉置于辐照瓶中,在60Co C 辐射源中辐照10min 后,将其倒入含定量丙烯酰胺的水溶液中,室温反应1h 后加入过量甲醇凝聚,过滤出沉淀物.将沉淀物放入索式提取器,用冰醋酸与乙二酸的混和溶液回流抽提,抽提液用无水甲醇沉淀并洗涤数次,烘干得到纯化后的淀粉-丙烯酰胺接枝物(FSM).1.4 絮凝实验

采用烧杯实验法,在1L 烧杯中加入事先搅拌均匀的高浊度水,之后加入FSM (接枝率75%),在变速搅拌器下先以200r/min 的速度快搅1min 后,然后降低搅拌速度以80r/min 的转速搅拌2min-3min,静止,用分光光度计测定上清液的透光率.测试条件为:取液高度:距液面2cm 处;取液方式:吸管吸取5mL 液体,同一液体平行测定3次,取其平均值;测试波长:500nm;2cm 厚度玻璃比色皿,蒸馏水为参比液.

选用聚丙烯酰胺(PAM)重复上述操作.

2 结果与讨论

2.1 接枝证明

由红外光谱可以看出,接枝共聚物在1620cm -1和1670cm -1处分别出现-NH 2和C -O 的特征吸收峰,在850cm -1,750cm -1,570cm -1,1027cm -1)1155cm -1等处又出现淀粉的特征吸收峰;而纯淀粉仅在850cm -1

,750cm

-1

和570cm

-1

出现特征吸收峰,这证

明接枝物是淀粉与丙烯酰胺的接枝物.2.2 粘度的测定

将产品0.5g,溶解于50mL 去离子水中配置成1%的水溶液,测定其pH,20e 下用NDJ-1型转筒式粘度计测定其粘度,并用下式计算其分子量.

G =K M A

其中K =1.83@10-3

cm 3

/g ,A =0.93[4],经计算得其分子量在106

左右.

2.3 FSM 和PAM 絮凝效果比较2.

3.1 接枝物的浓度对絮凝效果的影响

室温,pH =6,不同浓度的FSM ,PAM 对高浊度水的絮凝结果见图1,图中横坐标为各种絮凝剂溶液的浓度,纵坐标为上清液的透光率(T %),T %=0表示完全不絮凝,T %=100%表示全部彻底絮凝,所以T %从1-0之间的变动表示不同的絮凝效率.

从图1中可得出FSM 和PAM 对高浊度水都有明显的絮凝效果,但FSM 比PAM 的絮凝效果好.同时絮凝剂的加量要合适,任何体系加入絮凝剂总有一最佳浓度,在该浓度下,可使悬浮粒子粗化,形成絮团,从而促进其沉降,体系的絮凝效果最好.超过此值,絮凝效果反而下降,如果超出过多,甚至起到稳定胶体的相反效果.本实验的最佳絮凝浓度为

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10ppm.

2.3.2 絮凝沉降性能测试

室温,pH 为6.0,向高浊度水中分别投加FSM,PAM 10ppm,不同时间分别测定上清液透光率,结果见图2.

图2表明FSM 较PAM 有良好的絮凝沉降性能,加入3min 就有明显的絮凝,且絮体粗大,沉降性能好,而PAM 需6m in 才能完成主体絮凝沉降

.

图1 透光率)絮凝剂浓度曲线 图2 絮凝沉降性能

Fig.1Re lati ons hi ps be tween permeate ra te and conce ntration of fl occul ants Fig.2Performance of flocculation and setti ng

2.4 对生活污水的处理

以上海市曹杨污水处理厂中的原水和泵送污泥作为处理对象,分别选用FSM (接枝率75%)和PAM 作为絮凝剂,对处理后污水的COD,pH 及透光率(T%)等指标进行表征,结果见表1,表2.

表1 F SM ,PAM 处理生活污水原水的实验结果

T ab.1Exper imental results of treat ing sew age by F SM and PAM

编号F SM (ppm)PAM (ppm)

絮凝速度沉降速度COD (mg /L )COD 去除率%pH T %110一般一般376.2655.267.1345220较快较快274.6767.347.1753330最快较快110.7686.837.1557440

较快较快171.8779.577.1151510一般一般463.8144.857.7135620较快一般363.0656.837.7242730较快较快212.6774.717.71358

40一般

一般

254.13

69.78

7.75

31

从表1中可得以下结论

(1)同剂量的FSM 和PAM,前者处理效果优于后者,当FSM30ppm 处理生活污水,可使污水的COD 去除率达到86.83%,出水COD 值为110.76,上清液透光率值为57%,且处理后污水的pH 值近中性,絮体的絮凝速度及沉降速度均较快,处理后污水可达标排放,而PAM 的各项指标均较差.

(2)当二者的用量超过30ppm,COD 的去除率降低,这是由于絮凝剂作为有机物质,

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