阳离子淀粉絮凝剂在印染废水处理中的应用研究

Posted 2023-01-13 淀粉

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1 前言近年来，随着化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，一些难于生物降解的有机物大量进入废水，使印染废水成为污染最严重的工业废水之一，于是仍以生化法为主的废水处理手段不能满足实际需要。针对废水情况，目前一些印染厂采用混凝沉淀和生化法联合处理，本文研究其中的混凝沉淀法。以玉米淀粉为原料，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)作阳离子化试剂，适量的水-乙醇混合溶剂作分散剂，利用干法合成工艺，可制备高效阳离子淀粉絮凝剂。由于少量水-乙醇混合溶剂的存在，促进了阳离子化试剂在淀粉中的扩散、渗透。同时，抑制了淀粉的胶化和阳离子化试剂的水解，取得了很好的效果。阳离子淀粉絮凝剂具有无毒、价廉、高效、适用范围广和易生物降解等优点，越来越受到人们的重视。本文对阳离子淀粉絮凝剂在印染废水处理中的应用进行了研究，结果表明，阳离子淀粉、硫酸铁和聚丙烯酰胺联用处理印染废水具有优异的脱色效果[1，2]。
2 实验
2.1 主要药品和仪器玉米淀粉(工业品)；2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(工业品)；聚丙烯酰胺(工业品)；无水乙醇(分析纯试剂)；氢氧化钠(分析纯试剂)；硫酸铁(分析纯试剂)。带搅拌、控温装置的1000mL三口反应瓶；5L的不锈钢捏合机；PC22型分光光度计；79-2型磁力加热搅拌器。
2.2 阳离子淀粉絮凝剂的制备在捏合机中加入玉米淀粉550g，用一定量的水-乙醇溶液润湿，加入适量的40%NaOH溶液，室温下搅拌10min，再加入300g的GTA，室温下继续搅拌1h后，在80℃的水浴中反应2.5h，得白色固体粗产品。粗产品用含有少量乙酸的质量分数为80%的乙醇水溶液浸泡、过滤、洗涤、真空干燥，即得阳离子淀粉絮凝剂。本方法中分散剂质量占淀粉质量分数为21%，NaOH用量为8.0g。
2.3 阳离子淀粉絮凝剂在印染废水处理中的应用首先对阳离子淀粉絮凝剂单独处理印染废水进行了研究，然后对硫酸铁、阳离子淀粉、聚丙烯酰胺(PAM)联用处理印染废水进行了研究。印染废水取自清江印染厂，pH值为11，色度为1200倍，色泽为深红色。
2.3.1 阳离子淀粉絮凝剂单独应用用量筒量取一定量的阳离子淀粉倒入装有500mL印染废水的烧杯中，搅拌均匀后，调节pH值为一定值，在磁力加热搅拌器上快速搅拌2min，然后慢速搅拌10min，静置沉降24h后，取上层清液测吸光度，并按下式计算脱色率(η)：η=[(ε0-ε)ε0]×100%式中：ε0—印染废水处理前用蒸馏水稀释4倍后测得的吸光度；ε—印染废水处理后用蒸馏水稀释4倍后测得的吸光度。
2.3.2 硫酸铁、阳离子淀粉、PAM联用用量筒量取一定量的硫酸铁、阳离子淀粉、PAM倒入装有500mL印染废水的烧杯中，调节pH值为一定值，在磁力加热搅拌器上快速搅拌2min，然后慢速搅拌10min，静置沉降24h后，取上层清液测吸光度，计算出脱色率(η)。
3 结果与讨论
3.1 阳离子淀粉絮凝剂单独处理印染废水
3.1.1 pH值对脱色率的影响阳离子淀粉投加量为30mg L，改变溶液pH值进行混凝实验，分别测定脱色率，结果见表1。

由表1可见，在pH6.0～8.0范围内脱色率基本不变，阳离子淀粉用于印染废水处理pH适用范围宽，用量少，混凝效果好。
3.1.2 阳离子淀粉投加量对脱色率的影响调节废水pH值为8.0，改变阳离子淀粉投加量进行混凝实验，分别测定脱色率，结果如表2所示。
由表2可以看出，随着阳离子淀粉投加量增大印染废水脱色率提高，阳离子淀粉投加量达30mg L时印染废水脱色率最高，再增大阳离子淀粉投加量，则脱色率下降。阳离子淀粉作为好的絮凝剂，能使一些无机和有机物料的颗粒凝聚、沉淀，但当高分子絮凝剂添加过量时，颗粒表面被过多的絮凝剂所饱和，颗粒表面已无吸附空位而使絮凝剂失去架桥作用，同时由于高分子吸附膜的空间位阻效应使颗粒间互相排斥，颗粒又重新处于稳定分散，从而混凝效果下降。
3.2 硫酸铁、阳离子淀粉、PAM联用处理印染废水3.2.1 硫酸铁投加量对脱色率影响阳离子淀粉投加量为30mg L，PAM投加量为4.0mg L，改变硫酸铁投加量，调节废水pH值为8.0进行混凝实验，分别测定脱色率，结果如表3所示。
由表3可知，随着硫酸铁投加量的增大脱色率提高，但超过40mg L后脱色率基本不变，故硫酸铁投加量以40mg L为宜。
3.2.2 PAM投加量对脱色率的影响硫酸铁投加量为40mg L，阳离子淀粉投加量为30mg L，改变PAM投加量，调节废水pH值为8.0进行混凝实验，分别测定脱色率，结果如表4所示。
由表4可知，随着PAM投加量的增大印染废水脱色率提高，但PAM投加量超过4.0mg L后，印染废水脱色率又下降。絮凝剂PAM在印染废水中伸展性、可扰性强，絮凝效果特别显著。但当PAM絮凝剂添加过量时，颗粒表面被过多的聚合物分子所饱和，颗粒表面已无吸附空位而使聚合物失去架桥作用。同时由于高分子吸附膜的空间位阻效应使颗粒间互相排斥，颗粒又重新处于稳定分散，所以脱色率又下降。综合以上讨论可知，硫酸铁、阳离子淀粉、PAM联用处理印染废水具有更高的脱色率，其最佳条件是：硫酸铁投加量40mg L，阳离子淀粉投加量30mg L，PAM投加量4.0mg L，在此条件下脱色率可达95%。
4 结论以玉米淀粉与2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(简称GTA)为原料，水-乙醇混合溶剂作分散剂，采用干法合成工艺，可制备高效阳离子淀粉絮凝剂。该阳离子淀粉絮凝剂与硫酸铁、PAM复配处理印染废水混凝效果好，药剂费用低，操作简单，是一种经济有效的印染废水处理方法。实验结果表明，硫酸铁、阳离子淀粉、PAM联用处理印染废水的最佳条件是：硫酸铁投加量40mg L、阳离子淀粉投加量30mg L、PAM投加量4.0mg L，在此条件下脱色率可达95%。