淀粉改性絮凝剂合成及其在污水处理中应用_郭玲 5页

山西师范大学学报(自然科学版)第17卷第4期JournalofShanxiTeachercsUniversityVol.17No.42003年12月NaturalScienceEditionDec.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1,21郭玲,金志浩(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60CoC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:TQ314.253文献标识码:A0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[1]化是21世纪水处理药剂的发展方向,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[2)4][5,6]60景.其目前主要的合成方法有化学接枝和辐射接枝.本文采用CoC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PERKINELMER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);pHS6014-4型酸度计(杭州亚美电子仪器厂);CoC辐射源,活度5.55@10Bq,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.\n第4期郭玲武海顺金志浩:淀粉改性絮凝剂的合成及其在污水处理中的应用591.2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201.6mg/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60将一定量的淀粉置于辐照瓶中,在CoC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-1-1由红外光谱可以看出,接枝共聚物在1620cm和1670cm处分别出现-NH2和C-1-1-1-1-1-O的特征吸收峰,在850cm,750cm,570cm,1027cm)1155cm等处又出现-1-1-1淀粉的特征吸收峰;而纯淀粉仅在850cm,750cm和570cm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.AG=KM-33[4]6其中K=1.83@10cm/g,A=0.93,经计算得其分子量在10左右.2.3FSM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\n60山西师范大学学报(自然科学版)2003年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,PAM10ppm,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6min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.1RelationshipsbetweenpermeaterateandconcentrationofflocculantsFig.2Performanceofflocculationandsetting2.4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1FSM,PAM处理生活污水原水的实验结果Tab.1ExperimentalresultsoftreatingsewagebyFSMandPAMFSMPAM絮凝沉降CODCOD编号pHT%(ppm)(ppm)速度速度(mg/L)去除率%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212.6774.717.7135840一般一般254.1369.787.7531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,\n第4期郭玲武海顺金志浩:淀粉改性絮凝剂的合成及其在污水处理中的应用61随着其用量的增加,本身也会增加COD的数值;另外絮凝速度与沉降速度也变慢,这也是由于絮凝剂用量过多所致.根据/架桥0机理,絮凝效率与吸附有关,在固体表面上吸附占饱和吸附量一半时,最有利于高分子架桥,所以絮凝效率最高,如果固体表面上高分子吸附量增加,随即减少了提供架桥的可能性,所以絮凝效率下降.表中可见接枝物的加量在30ppm时絮凝最好,30ppm以后,絮凝效率有所减弱,随着接枝物的加量增加而渐渐失去絮凝能力.表2FSM和PAM处理生活污水泵送污泥的实验结果Tab.2ExperimentalresultsoftreatingslurrybyFSMandPAMFSMPAM界面平均CODCOD编号pHT%(ppm)(ppm)移速(cm/min)(mg/L)去除率%1100.02112.5844.167.53572200.03592.6454.057.5357.53300.04119.9740.497.45544400.043135.1232.987.49525100.025148.4726.367.3748.56200.045124.0338.487.3857.57300.052106.3487.37578400.057125.6633.577.4156从表2中可得以下结论:(1)对于接枝物,在其浓度为20ppm附近时,COD去除率较高,随着浓度的继续增大,由于接枝物本身为有机物,这样会造成COD偏大,反而降低了COD去除率.而聚丙烯酰胺的最佳处理浓度在30ppm附近.(2)界面平均移动速率二者均在40ppm左右最快,高于或低于此值效果都不明显.(3)处理后的污水可达标排放.(4)经比较可发现,界面平均移动速率是国产聚丙烯酰胺要快一些,而从处理污水时絮凝剂的用量角度来讲是接枝物占优势,表现在不仅用量少而且COD去除率高,因此采60用CoC射线预辐照的方法制备淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物还有待改进.3结论606(1)采用CoC射线预辐照的方法可合成淀粉)丙烯酰胺接枝物,分子量为10左右(化学接枝法).产物可经红外光谱证明.(2)淀粉)丙烯酰胺接枝物的絮凝性能受接枝物的浓度和絮凝时间的影响.处理高浊度水(0.5%)的最佳絮凝浓度为10ppm,可作为工艺控制的参数;接枝物具有良好的絮凝沉降性能,加入3min就有明显的絮凝,且絮粒粗大沉降性能好.将上述因素与国产聚丙烯酰胺作对照,絮凝效果均优于国产聚丙烯酰胺.(3)淀粉)丙烯酰胺接枝物处理生活污水,处理效果优于国产聚丙烯酰胺,可使污水达标排放.\n62山西师范大学学报(自然科学版)2003年参考文献:[1]陆柱.水处理药剂[M].北京:化学工业出版社.2002:453~487.[2]徐庆源.用废水净化与资源化的新型化学絮凝剂[J].化工环保,1994,14(5):281~285.[3]李淑红,俞敦义,罗逸等.淀粉改性絮凝剂的制备及其在高矿化度油田水处理中的应用[J].水处理技术,2002(4):220-223.[4]尹华.淀粉改性阳离子絮凝剂的制备及其絮凝性能研究[J].环境科学与技术,2000,1:13~15.[5]RathSK,SinghRP.JApplPolymSci[J].1997,66:1721~1729.[6]KhMMostafa.PolymDegradationStab[J].1997,55:125~130.SynthesisofStarchModifiedFlocculantandItsApplicationinSewageTreatment1,21GUOLing,JINZh-ihao(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,Xi.anJiaotongUniversiyt,Xi.an,Shaanxi710049,China;2.SchoolofChemistryandMaterialScience,ShanxiTeacher.sUniversity,Linfen,Shanxi041004,China)Abstract:Inthepresentpaper,thegraftingreactionofstarchandacrylamideby60CoCpre-irradiationwascarriedout.ThegraftedcopolymerwasidentifiedbyIRspectrum.Theflocculatingpropertywasaffectedbytheconcentrationofgraftcopolymerandflocculatingtime.Whenappliedasflocculanttotreatsewage,theeffectwasbetterthanpolyacrylamide.Andtheeffluentcouldaccordwiththestandard.Keywords:Pre-irradiation;Graftcopolymerofstarch-acrylamide;Flocculant中国数学会2003年全国群论研讨论会在我校召开中国数学会2003年群论研讨会于8月围绕数学群论的学科前沿研究综述以23日在我校隆重召开。来自全国34所大及自己的最新研究成果,与会者进行了充分专院校及科研院所的57位数学专家、学者的交流与研讨。许多专家、学者还提出了宝参加了会议。贵的意见和建议。特别是有关群论在其他研讨会历时5天,共收到论文摘要37学科的应用问题及成果,引起了大家的浓厚篇。31个代表在会上作了报告发言,内容兴趣及关注。涉及群论研究领域的群表示论、抽象有限会议自始至终发扬学术民主、平等交群、无限群、群与图、置换群以及群论在其他流、会议开得生动活泼,取得了交流、提高的学科的应用等各个方面。实效。