改性淀粉絮凝劑處理含油廢水的試驗效果
摘要：通過將玉米淀粉與氫氧化鈉、三氯化鋁和無水碳酸鈉在恒溫磁力攪拌器上攪拌、加熱，使得玉米淀粉改性，制得改性淀粉絮凝劑，并研究了改性淀粉絮凝劑對含油廢水的處理效果。試驗結果顯示，在攪拌速度與時間分別為快攪速度200r/min，快攪時間0.5min；慢攪速度100r/min，慢攪時間3min的情況下，使用改性淀粉絮凝劑處理含油廢水時，COD去除率為77.94%、石油類去除率為61.2%、透光率為62.7%、SS去除率為79.96%；最佳反應條件為：投藥量為12mg/L、溫度為5~30℃、pH值為6-8。
關鍵詞：改性淀粉絮凝劑；含油處理；絮凝效果
0 前言
在原淀粉具有固有特性的基礎上，利用物理、化學或酶的方法進行處理，改變淀粉的結構和性質，增強其某些機能或形成新的特性而制成的淀粉稱為改性淀粉[1]。從20世紀50年代以來，許多學者對淀粉的改性進行了研究，并制得多種絮凝劑用于各種廢水的絮凝處理，均取得了較好的效果[2]。另外，改性淀粉作為天然高分子碳水化合物改性而得到的水處理劑，可以避免傳統人工合成有機或無機水處理藥劑對環境和人體健康的毒害影響，且其處理殘渣易被微生物降解，不會對環境造成二次污染[3]。本文研究的目的是研制出一種適用于處理含油廢水的天然、高效的水處理絮凝劑，并通過試驗得出此種典型改性淀粉絮凝劑應用的特點和規律。
1 改性淀粉絮凝劑的制備
1.1 試驗儀器及材料
78-1A磁力加熱攪拌器；溫度計；500mL燒杯；玉米淀粉，市售；氫氧化鈉，分析純；三氯化鋁，分析純；碳酸鈉，分析純。
1.2 改性淀粉絮凝劑制備方法
淀粉改性絮凝劑的合成步驟：稱取11g玉米淀粉、0.9g氫氧化鈉和0.8g三氯化鋁，加入到盛有267g自來水的燒杯中，于恒溫磁力攪拌器上以100r/min進行攪拌，待溫度升至70℃時加入1.5g碳酸鈉，以同樣的轉速攪拌，升溫85℃停止攪拌，自然冷卻至室溫，即可得到含淀粉質量百分比濃度為4%的改性玉米淀粉絮凝劑，將制好的改性淀粉絮凝劑于100℃烘干后保存。
2 含油廢水的配制
配制材料：乳化油；氯化鈉，分析純；碳酸氫鈉，分析純；硅藻土。材料比例：以上材料按每升水中加乳化油220mg，氯化鈉50mg，硅藻土130mg，碳酸氫鈉根據pH值的需求進行添加。
3 絮凝沉降試驗
3.1 試驗儀器及材料
六聯混凝試驗攪拌器；721分光光度計；500mL燒杯；含油廢水水樣；印染廢水水樣；三氯化鐵，分析純；改性淀粉絮凝劑；PAM，陽離子型；蒸餾水。
3.2 試驗方法
絮凝沉降試驗在六聯混凝試驗攪拌器上進行，在6個500mL燒杯中加入400mL待測水樣，再加入30mg/L的FeCl3溶液，以200r/min的速度快速攪拌1min后，分別加入不同計量玉米淀粉合成絮凝劑，由200r/min的速度快速攪拌30s充分分散藥劑，再以100r/min的速度慢速攪拌3min，靜置30min，取上清液，用3cm的比色皿，以蒸餾水為參比，在波長為700nm處用721分光光度計進行透光率測定。
3.3 絮凝原理
以上試驗過程中，首先加入FeCl3溶液攪拌，在FeCl3的作用下，無機離子消除了顆粒表面電荷、壓縮顆粒表面雙電層，使水中脫穩的膠體和細微顆粒相互凝聚形成凝塊。再分別利用改性淀粉絮凝劑的線性大分子橋鍵作用，把膠體和微粒聯結成一種松散的、網絡狀的聚集體，實現粒間橋連的聚團。最終達到處理廢水的目的。
4 實驗結果
4.1 試驗條件
本文選用的水樣為人工配水，原水的COD(化學吸氧量)為528.2mg/L，石油類為36。6mg/L，透光率為52.2%，SS(懸浮固體)為157.2mg/L；改性淀粉絮凝劑配制成1%的溶液；選用的攪拌速度與時間分別為快攪速度200r/min，快攪時間0。5min；慢攪速度100r/min，慢攪時間3min。
4.2 試驗結果
改性淀粉絮凝劑對含油廢水處理后的水質指標如圖1所示。
由圖1可知：改性淀粉絮凝劑對含油廢水中的COD、透光率、石油類和SS均有較好的去除效果。對COD的去除率可達77.94%，對石油類的去除率可達61.2%，處理后水質透光率可達62.7%，對SS去除率可達79.96%。
4.3 影響因素
4.3.1 投藥量對絮凝效果的影響
按照2、4、6、8、10、12L的投藥量分別對該含油廢水進行絮凝試驗，絮凝效果如圖1所示。
由圖1可知，隨著投藥量的增加，改性淀粉絮凝劑對含油廢水的去除效果在逐漸增強，當投藥量到達12mg/L時，處理效果達到最佳，若繼續加大投藥量，處理效果又開始呈現下降趨勢。這是因為，改性淀粉絮凝劑的絮凝機理屬于吸附架橋機理，當高分子絮凝劑投加量適當的時候，含油廢水中懸浮的膠體之間就會產生有效的吸附架橋作用，并形成絮體；但倘若體系中高分子絮凝劑改性淀粉過量，絮凝劑的長鏈將膠體顆粒包裹，使得膠粒表面吸附活性點少了，架橋因而變得困難，同時，膠粒之間相互排斥作用出現再穩定現象，所以COD去除率和透光率就會降低。同時過剩的改性淀粉絮凝劑會使SS去除率降低。
4.3.2 pH值對絮凝效果的影響
試驗將原水調節至不同的pH值，然后對其進行絮凝試驗，不同pH值條件下試驗結果如圖2所示。由圖2可知，pH值在2-6之間時，COD去除率、石油類去除率、透光率及SS去除率均隨著pH值的增加而增加，當pH=6時，各項指標處理率均達到最高，此時處理效果最好。此后，隨著pH值的增加，處理率均有所下降。從整體效果上看，pH值越小，處理效果越差，這是因為絮凝劑本身呈酸性，對pH值過低的廢水達不到中和膠體電荷的目的，使膠粒難于脫穩。pH值在6-8時，絮凝沉降效果較穩定。當pH值大于8以后，處理效果就會下降，這是因為此種環境中有氫氧化物沉淀生成，降低了絮凝劑的絮凝效果。因此最適宜的pH值范圍在6~8之間。
4.3.3 溫度對絮凝效果的影響
用水浴鍋將水樣保持在不同溫度下，分別加入改性淀粉絮凝劑進行絮凝沉降試驗。不同溫度條件下的試驗結果見圖3。
由圖3可知，試驗溫度在5~30℃范圍內，COD去除率、石油類去除率、透光率及SS去除率這5條曲線都比較平緩。在溫度為15℃時處理效果相對最好。因此表明，溫度的改變對絮凝劑的絮凝效果影響不大，改性淀粉絮凝劑對溫度的適用范圍比較廣。
5 結論
(1)攪拌速度與時間分別為快攪速度200r/min，快攪時間0.5min；慢攪速度100r/min，慢攪時間3min的情況下，含油廢水經改性淀粉絮凝劑處理后的COD去除率為77.94%；石油類去除率為61.2%；透光率變為62.7%；SS去除率為79.96%。
(2)最佳絮凝條件：投藥量為12mg/L；溫度為5~30℃；pH值為6-8。綜上所述，改性淀粉絮凝劑制備容易，成本較低，在含油廢水的處理過程中有較好的處理效果，應用前景較好。
[參考文獻]
[1] 哈成勇。天然產物化學與應用[M]。北京：化學工業出版社，2003。
[2] 肖錦，周勤。天然高分子絮凝劑[M]。北京：化學工業出版社，2005。
[3] 李風亭，張善發，趙艷。混凝劑與絮凝劑[M]。北京：化學工業出版社，2005。[責任編輯 馬云彤]
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