两性淀粉絮凝剂对染料废水的絮凝性能研究

Posted 2023-01-12 淀粉

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以两性淀粉为絮凝剂处理染料废水，并与复配聚合氯化铝絮凝剂、木质素基改性絮凝剂、壳聚糖季铵盐絮凝剂和聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝性能进行比较，研究废水的pH、絮凝剂的质量浓度对其絮凝性能的影响。结果表明，两性淀粉絮凝性能优于上述絮凝剂；并且在pH为6.0～8.0、絮凝剂两性淀粉絮凝剂的质量浓度为65mg/L时，废水的COD去除率最高可达50%。
染料废水是主要的工业废水之一，它具有排放量大、色度高、污染重等多重方面的问题。随着我国印染工业的跨越式发展，印染行业所带来的环境压力日益突出，这势必对其废水进行合理处理成为必要。但印染废水的成分非常复杂，不仅含有多种染料成分，还存在各种化学助剂和其他有毒物质以及油剂等成分，这使得对印染废水的处理必须通过特别的方法才能实现。目前印染废水的处理主要依靠化学及生化方法，所涉及的化学方法有絮凝、氧化降解等，生化方法则主要是好氧生化处理法。而淀粉中含有很多羟基，如果通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝共聚等化学改性，使其活性基团数目倍增，并且聚合物将呈接枝化结构，更有利于絮凝基团对悬浮体系中颗粒物的捕捉和沉降。在处理污水时，改性淀粉絮凝剂可以利用淀粉的半刚性链和柔性支链将污水中悬浮的颗粒通过架桥作用絮凝沉降下来，其絮体较大，沉降速度较快，絮体密实，而且因其带有极性基团和非极性基团，产生多个活性作用点，可以通过化学、物理作用降低污水中的COD及BOD负荷。在处理一些普通絮凝剂难以处理的废水时具有较好的发展前景。
本文所指两性淀粉是先通过半干法将普通淀粉制成阳离子淀粉后，再以正通过阴离子化试剂制备而成。
本文在先前研究的基础上，分别用该两性淀粉作为絮凝剂及其与一些典型的助凝剂复配构成的混凝剂处理染料废水，并根据其絮凝剂对COD的去除情况研究了两性淀粉絮凝剂的用量、助凝剂的类型及配比、被处理废水的pH等因素对其絮凝性能的影响。
1.实验部分
1.1基本试剂和仪器
两性淀粉絮凝剂，按文献制备；复配聚合氯化铝絮凝剂，巩义市新锐净水材料有限公司；木质素基絮凝剂，按文献制备；壳聚糖季铵盐絮凝剂，按文献制备；阳离子聚丙烯酰胺污水絮凝剂，按文献；活性红及活性蓝染料混配染料废水；聚丙烯酰胺，工业品，上海恒谊化工有限公司；其他试剂都为分析纯。pH酸度计，pHS-2C型，上海伟业仪器厂；六联搅拌仪MY3000-6A，武汉梅宇仪器有限公司。
1.2废水的絮凝处理及COD的测定方法
取400mL样品混配染料废水置入500mL烧杯中，搅拌下慢慢滴加0.1000mol/L的盐酸或0.1000mol/L的氢氧化钠以调节废水的pH值；然后，在搅拌下慢慢滴加计量的絮凝剂水溶液或由确定的絮凝剂与助凝剂复配而成的混凝剂；加完絮凝剂的染料废水用六联电动搅拌器定时搅拌：先快速搅拌10min再慢速搅拌30min；搅拌后的废水静置3h后取上清液10mL放入到250mL三角烧瓶中，并加入10mL蒸馏水进行稀释，按文献测定处理后废水的COD。
另取10mL废水原水加入到250mL三角烧瓶中并加入10mL蒸馏水进行稀释，按文献〔5〕测定原水的COD；以20mL蒸馏水代替测定试样，按相同方法进行空白试样的分析。
2.试验结果及讨论
2.1不同絮凝剂对废水COD的去除性能
絮凝剂选择的不同对废水COD的去除率存在较大的差异。以复配聚合氯化铝絮凝剂、木质素基改性絮凝剂、壳聚糖季铵盐絮凝剂和阳离子聚丙烯酰胺污水絮凝剂作为絮凝剂，分别处理混配染料废水，处理结果见表1。

由表1可看出，两性淀粉絮凝剂对该混配染料废水COD的去除性能远优于要于复配聚合氯化铝和聚丙烯酰胺；两性淀粉对该混配染料废水COD的去除性能比壳聚糖季铵盐絮凝剂或木质素基改性絮凝剂要略好，都在48.0%左右。
2.2pH对两性淀粉絮凝剂去除废水COD性能的影响
以对样品废水COD去除率相对较高的两性淀粉絮凝剂为对象，研究了pH值对去除废水COD性能的影响，其结果见表2。

由表2可看出，被样品混配染料废水的pH对该絮凝剂去除废水中COD的性能存在较大的影响，具体表现为：在低pH和高pH时该絮凝剂去除废水COD的性能一般，而在pH为5.0～7.0时，该絮凝剂对该废水COD的去除率相对较高。究其原因，一方面是由于该絮凝剂在水中的溶解性和存在形式有关，但主要是该絮凝剂与其在水中所带的电性相关：在较低pH时，絮凝剂在水中会结合更多的H+而具有正电性，而丧失了部分结合染料等有机物的能力；而在较高pH时，该絮凝剂又因所带正电性的不足等原因而不能有效结合在水中以阴离子形式存在的染料，这也必然导致其对废水COD的去除能力下降。
2.3两性淀粉絮凝剂投加量对其去除该混配染料废水COD性能的影响
本试验研究了两性淀粉絮凝剂投加量对其去除样品混配染料废水COD性能的影响，结果见表3。

由表3可看出，两性淀粉絮凝剂投加质量浓度对COD去除率存在一定的影响。具体表现为：低浓度投放时，随着被处理废水中样品絮凝剂质量浓度的增加会迅速提高其对样品废水COD的去除率；但当其质量浓度达到特定值后，随着该絮凝剂质量浓度的增加不但不能提高它对废水COD的去除率，反而会引起样品废水COD去除率的下降的问题。究其原因，在低浓度时样品絮凝剂与混配染料废水中的染料等有机物结合而形成絮体，并通过静置沉降过程沉降下来，这样废水上清液中的有机物浓度也会下降，废水的COD也相应下降；但当废水中的样品絮凝剂的质量浓度增大至70mg/L后，絮凝剂除与存在于废水中的染料等有机化合物结合形成絮体外，有更多的絮凝剂溶解并分散于被处理的水体中，导致由于样品絮凝剂有机物浓度的增加，提高了废水中COD。
3.结论
就本染料废水而言：两性淀粉对染料废水COD的去除率不但比聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等常用的絮凝剂更为优秀，而且比木质素基改性絮凝剂、壳聚糖季铵盐絮凝剂等单一化学改性的衍生物对混配染料废水COD的絮凝去除性能也要好；同时，被处理混配染料废水的pH、絮凝剂的质量浓度都会对混凝剂去除该染料废水的COD存在影响。对于实验中所被处理的混配染料废水而言，适宜的pH在6.0～8.0之间，投加质量浓度为55.0～65.0mg/L；此时混凝剂对混配染料废水COD的去除率可达50%以上。