利用造纸污泥制备的絮凝剂性能研究

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篇首语:守株待兔只能得一餐饱,主动出击方能丰衣足食。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了利用造纸污泥制备的絮凝剂性能研究相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

从造纸污泥中提取木质素,对其进行化学改性制备木质素磺酸钠和木质素季胺盐,分别作为絮凝剂处理酿造废水,结果表明,3种絮凝剂均可处理酿造废液,效果为木质素季胺盐最好,木质素磺酸钠次之,木质素最差.木质素季胺盐作为絮凝剂处理废水的最佳工艺条件为:废水pH=3.5,投加量为0.7g/L,常温,此时CODCr和浊度去除率分别可达70.17%和98.01%.
0 引言
造纸过程产生的大量污泥,目前对其利用较为简单,主要是农用或生产建筑用砖等.经分析,发现其主要成分是木质素、糖类等,但对其中的木质素进行回收利用的研究则较少.木质素含有羟基、羰基等多种活性基团,可以捕集废水中的一些阳离子基团,具有一定的絮凝性能,但由于平均分子量偏低,活性吸附点少,其絮凝性能受到一定限制.本文拟从造纸污泥中提取木质素,通过磺化、季胺化,改变木质素的空间构型,增大分子量,引进具有絮凝性能作用的基团,将其用于处理啤酒酿造废水,以期探索出提高絮凝效果的方法,为造纸污泥的资源化利用提供途径.
1 实验
1.1 原料及仪器
原料:造纸污泥,河南省某造纸厂提供;酿造废液,河南省某啤酒厂提供的洗罐废水,废液呈黄色,CODCr为1583mg/L,浊度为236.仪器:pHS—2型酸度计,上海第二分析仪器厂产;JJ—1型六联搅拌器,常州国华电器有限公司产;5B—6型COD快速测定仪,兰州连华环保科技有限公司产;WGZ—200型散射式浊度仪,上海珊科仪器厂产.
1.2 造纸污泥中木质素的提取
先用热水将污泥可溶物初步溶解,再加10%NaOH溶液使其中的木质素溶解,过滤,将滤液分别用适量浓硫酸和10%H2SO4调节pH值使沉淀完全,然后在80~90℃下加热保温50min进行纯化,抽滤,并用水洗涤沉淀至中性,将沉淀烘干,即得木质素.
1.3 木质素磺酸盐的制备
称取粗木质素10g置于适量水中,加入7mL10%NaOH使之溶解,再加入Na2SO3和0.1gFeCl3,用10%NaOH或10%H2SO4调节pH=10.5,控制反应液体积<150mL,转移至250mL三口瓶中,于搅拌下加热升温至80~90℃反应4h,即得木质素磺酸钠.
1.4 木质素季胺盐的制备
按照文献方法用三甲胺和环氧氯丙烷合成季铵盐单体.称取一定量的木质素放入三口瓶,加入蒸馏水,加热至70℃,加入一定量的NaOH溶液使木质素活化,经短时间搅拌后按m(木质素)∶m(季铵盐单体)=1∶2加入季铵盐单体,继续搅拌4h.反应结束时,搅拌冷却产物至室温,即得木质素季胺盐.
1.5 操作方法
在一系列1000mL烧杯中加入相同量混合均匀的待处理废液,根据试验要求调整pH,投加一定量的絮凝剂,以一定的速度搅拌5min后静置1h,取上清液测定CODCr和浊度.
2 结果与讨论
2.1 木质素磺酸钠处理时废水pH对絮凝效果的影响
用木质素改性产品处理酿造废水过程中,废水pH是主要的影响因素之一.初步研究发现,当pH<4时,有絮凝沉降现象发生,而当pH>4时,溶液混浊,基本无絮体产生.故将废水酸度调至pH<4对CODCr和浊度去除率进行考察,结果见表1.

结果表明,在pH=1.5时,处理效果较好,CODCr和浊度去除率分别达53.3%和97.7%.
2.2 木质素磺酸钠投加量对絮凝效果的影响在废水pH=1.5条件下,絮凝剂投加量对絮凝效果的影响见图1.

由图1可以看出,絮凝剂投加量在0.1~0.6g/L时,CODCr和浊度去除率随絮凝剂用量的增加而增加,用量0.6g/L时,CODCr和浊度去除率分别达到54.7%和98.8%.但当用量超过0.6g/L时,去除率反而呈下降趋势,这是由于过量的絮凝剂有时会使形成的絮体重新变成稳定的胶体,而本身的残留也会增加CODCr.综合考虑絮凝效率和处理成本,木质素磺酸钠的投加量选择0.55g/L.
2.3 正交试验
以木质素磺酸钠投加量/(g.L-1)(因素A),pH(因素B),温度/℃(因素C)为考察对象,采用正交试验对絮凝效果进行测定,结果见表2.

由表2可以看出,以CODCr为考察指标时,B因素的极差最大,即废液的pH值对CODCr去除率影响起主要作用,投加量对CODCr去除率影响起次要作用,反应温度对应的极差最小,说明其对CODCr去除率影响最小.而以浊度去除率为考察指标时,温度对浊度去除率影响起主要作用,比较各温度下絮凝情况发现:在50℃下絮体很难沉降;在低温下,絮体小,沉降慢,很浑浊;常温下絮凝沉淀较快.这可能是温度超过45℃时,废水中的菌体蛋白发生变性从而影响絮凝效果,低温下分子运动缓慢,絮凝效果较差.最佳条件为木质素磺酸钠投加量0.55g/LpH=1.5,温度25℃.
2.4 木质素季胺盐对酿造废水的絮凝效果
以木质素季胺盐投加量/(g.L-1)(因素A),pH(因素B),温度/℃(因素C)为考察对象,采用正交试验对絮凝效果进行测定,结果见表3.可以看出以木质素季胺盐作絮凝剂,各因素的影响情况同木质素磺酸盐相同.最佳处理条件为:木质素季胺盐投加量0.7g/L,pH=3.5,常温,此时CODCr去除率和浊度去除率分别达到70.17%和98.01%.

2.5 絮凝时间对3种木质素类絮凝剂的影响
笔者曾对木质素处理酿造废水的最佳条件进行过研究,确定的最佳工艺条件为:废水pH=4,木质素投加量0.15g/L,常温.分别在3种木质素类絮凝剂最佳条件下对酿造废水进行处理.絮凝反应后,将处理液倒入100mL量筒中,每隔10min记录1次澄清液与絮凝体界面的刻度H(从上到下),以沉降时间为横坐标,H为纵坐标做沉降曲线,结果见图2.按上述方法,每隔一定时间,取出一些上清液测量其CODCr值,考察絮凝时间对CODCr值的影响,结果见图3.


由图2可以看出,3种絮凝剂处理啤酒酿造废水时的沉降速度大致相同,其絮体在沉降2h后均趋于稳定.由图3可知,当沉降时间为4~5h时,废水的CODCr值较低,超过6h以后,量筒底部开始有絮体泛起,从而使CODCr值有所变大.综上可知,木质素、木质素磺酸钠和木质素季胺盐在处理啤酒废水时,其絮凝时间基本是一致的,为4~5h,只有这样才能使CODCr去除得比较彻底.
2.6 絮凝机理
由图2和图3可以看出,3种木质素絮凝剂处理酿造废水的效果为:木质素季胺盐最好,木质素磺酸钠次之,木质素较差.木质素本身具有羟基、羰基等活性基团,但由于分子量偏低,活性吸附点少,直接影响了其絮凝性能;木质素磺酸盐由于引入阴离子基团磺酸基,活性吸附点增多,相对分子量增大,网捕、卷扫作用增强,同时通过架桥作用使蛋白质形成絮体,故絮凝作用增强;木质素季胺盐由于在聚合过程中接枝了季铵阳离子,增加了絮凝剂分子的电荷密度,电中和作用增强,促进了其吸附架桥功能,因而具有较好的絮凝作用.
3 结论
以造纸污泥为原料制备的木质素类絮凝剂用于处理酿造废液,适宜在酸性条件下进行,以pH<4为宜.从造纸污泥中提取的木质素经过改性和接枝大分子物质,网状结构更加庞大复杂,同时也具有了更强大的吸附作用和网捕作用,使之与其他胶体或悬浮粒子更易相互搭结,形成坚实絮体而沉出,从而提高了对CODCr和浊度的去除.3种凝絮剂中,木质素季胺盐效果最好,木质素磺酸钠次之,木质素较差,木质素季胺盐作为絮凝剂处理,最佳工艺条件为:废水pH=3.5,木质素季胺盐投加量0.7g/L,常温,此时CODCr和浊度去除率分别可达70.17%和98.01%。

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