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      熱改性凹土復(fù)合聚丙烯酰胺絮凝劑在受污河水處理中的應(yīng)用

      2011-01-22 01:40:46馬喜君劉黎華
      中國礦業(yè) 2011年10期
      關(guān)鍵詞:混凝劑丙烯酰胺絮凝劑

      馬喜君,劉黎華

      ( 1.淮陰工學(xué)院生化學(xué)院,江蘇 淮安 223003; 2.江蘇省凹土資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 淮安 223003)

      混凝沉淀法是目前水處理技術(shù)中最常用的物理處理方法。聚丙烯酰胺(PAM)是目前使用最為廣泛的人工合成有機(jī)高分子混凝劑,它的混凝效果在于對膠體表面具有強(qiáng)烈的吸附作用,在膠粒之間形成橋聯(lián),廣泛用于污水的沉淀處理和污泥的脫水。優(yōu)點(diǎn)在于其官能團(tuán)多、分子量高、穩(wěn)定性好、吸附架橋能力強(qiáng)、絮凝效果好,同時(shí)投加量少、使用范圍廣、具有產(chǎn)生的污泥少等優(yōu)點(diǎn)。PAM單獨(dú)使用絮凝效果一般,通常都是和無機(jī)混凝劑復(fù)配使用,而且PAM成本較高,其水解、降解產(chǎn)物有毒,在水中的殘留會(huì)對人類的健康帶來一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

      凹凸棒石黏土(簡稱凹土)是一種鋁鎂硅酸鹽礦物,屬稀有非金屬礦產(chǎn)資源。凹土具有獨(dú)特的纖維狀晶體結(jié)構(gòu)及優(yōu)越的膠體、吸附、催化和充填等物化性能,在廢水處理中具有廣泛的應(yīng)用[1-3]?;诎纪撂厥獾男阅埽冒纪翉?fù)合PAM,提高PAM的絮凝性能,降低PAM的使用成本,可以達(dá)到PAM與無機(jī)混凝劑的復(fù)配效果。利用凹土所具有的選擇性吸附有害物及各種有機(jī)和無機(jī)污染物[4-5]的功能,凹土復(fù)合PAM開發(fā)新型的復(fù)合絮凝劑,可用于處理高色度、高COD廢水,也可以利用凹土的陽離子可交換性可用于處理含重金屬廢水[6]。本文在合成凹土復(fù)合聚丙烯酰胺絮凝劑的基礎(chǔ)上,對受污河水的COD和濁度的去除效果進(jìn)行了討論,為新型絮凝劑產(chǎn)品的研發(fā)提供了一定的借鑒。

      1 實(shí)驗(yàn)部分

      1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

      凹土購自江蘇盱眙玖川科技有限公司,其他化學(xué)試劑均為分析純,購買后直接使用。廢水水樣取自學(xué)校附近河水。

      1.2 實(shí)驗(yàn)方法

      1.2.1 凹土改性

      采用熱改性,一方面脫除水分,增大有效比表面積;另一方面活化吸附中心,提高其吸附效果。稱取一定量經(jīng)預(yù)處理后的凹土,分別在馬弗爐中經(jīng)不同溫度(100℃、200℃、300℃、400℃、500℃)烘培1h,冷卻至室溫,研磨,過325目篩,密封保存。

      1.2.2 復(fù)合絮凝劑的制備

      將一定量的熱改性凹凸棒土溶于去離子水中,超聲振蕩30min后得懸濁液,隨后加入一定量丙烯酰胺,超聲振蕩3min,在氮?dú)鈿夥罩袛嚢?,?5℃下加入一定量的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺,過硫酸鉀引發(fā)聚合反應(yīng),制得凹土復(fù)合PAM絮凝劑產(chǎn)品。

      1.3 分析方法

      1.3.1 FT-IR分析

      用Nicolet NEXUS 670 FT-IR紅外光譜儀分析復(fù)合絮凝劑的組成。

      1.3.2 受污河水COD,濁度的測定

      實(shí)驗(yàn)采用的受污河水初始COD為45.5 mg/L,濁度為2.5NTU,pH值為7.2。取受污河水700mL,加入一定量的復(fù)合絮凝劑,攪拌時(shí)間5min,靜止沉淀時(shí)間30min,取上清液測定COD和濁度。COD采用重鉻酸鉀快速消解分光光度法,濁度采用YZD-1B型液體濁度儀測量。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 復(fù)合絮凝劑的FT-IR分析

      圖1為改性凹土復(fù)合PAM絮凝劑的FT-IR分析圖。復(fù)合絮凝劑的FT-IR中,νN-H伸縮振動(dòng)吸收位于3430 cm-1,酰胺羰基特征吸收峰νC=O位于1661 cm-1,1618 cm-1為δN-H彎曲振動(dòng)吸收。在1100 cm-1、900 cm-1附近出現(xiàn)兩個(gè)顯著的新吸收峰,為Si-O的不對稱和對稱伸縮振動(dòng)吸收峰,是硅酸鹽的特征峰[7-8],說明復(fù)合絮凝劑中凹土的存在。在1000 cm-1附近有Si-O-C振動(dòng)。說明凹土與聚丙烯酰胺單體發(fā)生了接枝聚合,并不是簡單的復(fù)配。

      圖1 改性凹土復(fù)合PAM絮凝劑的FT-IR

      2.2 凹土熱改性溫度對復(fù)合絮凝劑絮凝效果的影響

      圖2為熱改性溫度對復(fù)合絮凝劑絮凝效果的影響曲線。COD去除率隨著改性溫度的升高先增后降。在400℃左右時(shí),COD的去除率最大,達(dá)到37.8%,主要是因?yàn)殡S改性溫度的升高,凹土經(jīng)歷了外表面吸附水、孔道吸附水和部分結(jié)晶水的脫出過程。凹土中的有機(jī)質(zhì)及部分礦物質(zhì)分解,使原先雜亂堆積的針棒狀纖維變得疏松多孔,孔隙容積和比表面積大大增加,其吸附性能也大大增強(qiáng)。當(dāng)溫度超過400℃時(shí),因結(jié)晶水的大量脫出,會(huì)使凹凸棒土結(jié)構(gòu)發(fā)生變形甚至破壞,其比表面積會(huì)降低,吸附絮凝性能下降,導(dǎo)致COD的去除率也隨之下降。

      2.3 熱改性凹土投加量對復(fù)合絮凝劑絮凝效果的影響

      圖3為熱改性凹土投加量對復(fù)合絮凝劑絮凝效果的影響圖。隨改性凹土投加量的增加,復(fù)合絮凝劑的絮凝效果先增高后降低,凹土的的最佳投加量為0.5%。凹土與PAM復(fù)合,形成了以凹土為核的局部高分子體系,絮凝效果增強(qiáng)。當(dāng)凹土投加量增大時(shí),凹土團(tuán)聚增強(qiáng),分散性變差,導(dǎo)致絮凝效果減弱。

      2.4 復(fù)合絮凝劑投加量對受污河水濁度的影響

      圖4為復(fù)合絮凝劑投加量對受污河水濁變的影響圖。復(fù)合絮凝劑的加入,導(dǎo)致受污河水雜質(zhì)懸浮顆粒迅速絮凝沉降,致使污水濁度下降。在投加量為50mg/L時(shí),絮凝效果最好,隨后絮凝劑的增加使?jié)岫热コ蕼p小,符合DLVO理論,與常規(guī)混凝劑的混凝機(jī)理類似。

      圖2 凹土熱改性溫度對復(fù)合絮凝劑絮凝效果的影響

      圖3 改性凹土投加量對復(fù)合絮凝劑絮凝效果的影響

      圖4 復(fù)合絮凝劑投加量對受污河水濁度的影響

      2.5 凹土、PAM、復(fù)合混凝劑處理受污河水效果比較

      由圖5、圖6可以看出,復(fù)合絮凝劑與改性凹土和聚丙烯酰胺單獨(dú)使用相比較,復(fù)合絮凝劑具有COD去除率高、濁度去除率高、投加量少的優(yōu)點(diǎn),復(fù)合絮凝劑對受污河水COD的去除率達(dá)到45.6%,濁度的去除率達(dá)到66.3%。復(fù)合絮凝劑、PAM、凹土單獨(dú)使用時(shí)的絮凝效果,隨投加量的增加趨勢基本一致,但出現(xiàn)了COD,濁度去除率最優(yōu)點(diǎn)不同的情況。單獨(dú)使用凹土?xí)r,投加量200mg/L時(shí),受污河水濁度去除率最大為35.4%;單獨(dú)使用PAM時(shí),投加量150mg/L時(shí),受污河水濁度去除率最大為37.7%;復(fù)合絮凝劑投加量50mg/L時(shí),受污河水濁度去除率最大為66.3%。說明復(fù)合絮凝劑中凹土與PAM協(xié)同效應(yīng)顯著,處理效果得到大幅度提升,相應(yīng)的COD去除效果實(shí)驗(yàn)也具有相似的規(guī)律。

      圖5 受污河水濁度去除比較

      3 結(jié)論

      通過熱改性凹土復(fù)合PAM制備新型絮凝劑,研究結(jié)果表明:

      1)熱改性溫度在400℃時(shí),復(fù)合絮凝劑的絮凝效果最佳。

      圖6 受污河水COD去除比較

      2)熱改性凹土的投加量在0.5%時(shí),復(fù)合絮凝劑的絮凝效果最佳。

      3)復(fù)合絮凝劑中凹土和PAM協(xié)同效應(yīng)顯著,復(fù)合絮凝劑投加量50mg/L時(shí),受污河水的COD和濁度的去除效果最好。

      [1] 徐亞東,鄭曉英.改性凹凸棒土強(qiáng)化混凝處理低濁微污染水源水研究[J].中國給水排水,2010,26(9):54-59.

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