接枝型高分子絮凝剂在食品废水处理中的应用研究

Posted 2023-01-13 絮凝

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食品生产废水处理主要是絮凝法，处理效果的好坏关键在于絮凝剂。为此，我们对以下几种絮凝剂的性能进行了比较。聚丙烯酰胺(PAM)是目前应用最为广泛的高分子絮凝剂，但由于其价格高，性能受各种条件如：处理介质的酸碱度、离子杂质、温度等变化的影响很大，所以使用受到限制。淀粉、甲壳质是天然有机高分子，价廉易得，且分子上存在可反应的基团，可与丙烯酰胺(AM)接枝共聚，接枝共聚使得絮凝剂生产成本降低，经济效益增加。我们以壳聚糖、淀粉、丙烯酰胺(AM)为原料，，合成了淀粉-AM、甲壳质-AM等两种新型絮凝剂，并对其性能进行了比较。由实验表明，淀粉AM-接枝共聚物絮凝性能理想。经淀粉-AM接枝共聚物处理后的污水，清澈透明，BOD5去除率在75%左右，CODCr的去除率在60%左右，SS去除率在70%以上。它与壳聚糖-AM相比BOD5去除率提高了15.14%，CODCr去除率提高了33.53%；与壳聚糖相比BOD5去除率提高了44.46%，CODCr去除率提高了50.00%；与传统的絮凝剂PAM相比，BOD5、CODCr去除率相差不大。因此，淀粉-AM接枝共聚物是一种较为理想的絮凝剂。
1 实验方法在污水处理中，一般采用有机高分子絮凝剂与无机絮凝剂复合使用的方法。这样获得最大颗粒的絮凝体，加快絮凝速度，而投加药剂总量比单独使用无机絮凝剂或有机高分子絮凝剂的量要低。本实验采用先用硫酸铝混凝，再用高分子絮凝剂絮凝的方法。通过电荷吸附、架桥、沉淀等作用去除水中的悬浮物，降低BOD5、CODCr值。操作方法如下。在测定原水样BOD、COD值的同时，取样进行絮凝处理，即分别取水样4份，调节pH值后，加入硫酸铝溶液，再分别于1#、2#、3#、4#中加入淀粉-AM接枝共聚物、壳聚糖-AM接枝共聚物、壳聚糖、PAM溶液，快速搅拌10min，絮凝1～2h，取样后测定加入絮凝剂后BOD、COD、SS等值。BOD采用碘量法测定，COD采用重铬酸钾法。
2 废水来源及絮凝剂
2.1 废水来源本实验所用水样来自青岛市某食品有限公司牛奶车间废水。乳制品加工过程中容器、管道、设备加工面清洗消毒水构成乳制品加工高浓度废水，其CODCr值高者可超过2000mg L，一般也在1500mg L以上；生产车间、场地的清洗，产生低浓度废水，一般CODCr值在1000mg L左右。乳品废水主要污染物成分为乳蛋白(如酪蛋白、乳清蛋白等)、乳糖、乳脂，这些物质的存在是水中BOD、COD值增加的原因。另外乳品中的污染物还包括含于原乳汁中的各种矿物质、用于设备、管道、容器清洗的酸、碱等(造成废水中pH增加的原因)，废水pH值一般在3～13，酸碱度较高。
2.2 絮凝剂淀粉-AM接枝共聚物(自制)、壳聚糖-AM接枝共聚物(自制)、壳聚糖(青岛城阳金园食品有限公司，脱乙酰度80%)、PAM(北京智洁絮凝剂有限公司阳离子型产品)及硫酸铝(分析纯)，在本实验中以上试剂均配成1000mg L的溶液。
3 结果和讨论
3.1 加入絮凝剂前后的对比测定表1列出了絮凝剂加入前后BOD5、CODCr、SS值的变化。

由表1可看出，淀粉-AM接枝共聚物、PAM的BOD5、CODCr去除率较高，其絮凝效果良好。经淀粉-AM接枝共聚物处理后的污水，清澈透明，BOD5去除率在75%左右，CODCr的去除率在60%左右，SS去除率在70%以上。该絮凝剂与壳聚糖-AM接枝共物比较BOD5去除率提高了15.14%，CODCr去除率提高了33.53%，较壳聚糖BOD5去除率提高了44.46%，CODCr去除率提高了50.00%。与高分子絮凝剂PAM的BOD5、CODCr去除率相差不大。为了考察试剂的稳定性，我们处理了6批次不同的水样，尽管废水的BOD、COD值波动较大，但是处理效果却相当稳定。
3.2 絮凝剂投加量对絮凝效果的影响由图1说明，絮凝剂的投加量对絮凝效果有较大影响。一般来说，随着投加量增加，絮凝效果显著增强，但当絮凝剂增加到一定浓度后，再增加絮凝剂浓度，絮凝效果变化不明显，这可能是因为PAM加入量增加到一定程度时，影响了其线性伸展性，不利于对悬浮物的连接吸附作用，导致了絮凝效果的下降。本实验采用最佳操作条件：淀粉-AM接枝共聚物、壳聚糖-AM接枝共聚物的投加量均为10mg L。
3.3 硫酸铝对絮凝效果的影响硫酸铝在絮凝过程中作为混凝剂，通过吸附、沉降作用，达到助沉的效果。在污水处理中，一般有机絮凝剂和无机絮凝剂复合使用，从而获得最大颗粒的絮凝体，加快絮凝速度，而且这种方法的药剂投加量比单独使用Al2(SO4)3或高分子絮凝剂的投加量低。图2表明，随着Al2(SO4)3加入量的增加，BOD5的去除率大幅度提高，Al2(SO4)3的加入量为300mg L达到最佳值。

3.4 pH值对絮凝效果的影响牛奶厂在冲洗设备时，为了达到更好的杀菌效果，往往用0.5%～1%的NaOH和HNO3溶液洗刷管道、设备及操作面，因此牛奶厂废水的酸碱度很高，有时酸度可达pH=3，碱度可高达pH=13。絮凝剂要达到好的絮凝效果，就应满足一定的pH值范围。所以水样在处理时一般都要调节pH值。由图3表明当pH在较低或较高的情况下，均不利于悬浮有机质的去除，只有在pH=6～7之间絮凝效果良好。
3.5 淀粉-AM接枝共聚物适应性的测定
由表2说明，淀粉-AM接枝共聚对于不同来源的食品生产废水处理效果良好，絮凝性能稳定适应性较强，去除率稳定在63%～77%之间。
4 结论淀粉-AM接枝共聚物作为高分子絮凝剂，与壳聚糖-AM相比BOD5去除率提高了15.14%，CODCr去除率提高了33.53%；与壳聚糖相比BOD5去除率提高了44.46%，CODCr去除率提高了50.00%；与传统的絮凝剂PAM相比BOD5、CODCr去除率相差不大，且价格低廉，絮凝性能稳定，因此，淀粉-AM接枝共聚物是一种较为理想的新型絮凝剂。