改性淀粉絮凝剂处理含油废水的试验效果
摘要：通过将玉米淀粉与氢氧化钠、三氯化铝和无水碳酸钠在恒温磁力搅拌器上搅拌、加热，使得玉米淀粉改性，制得改性淀粉絮凝剂，并研究了改性淀粉絮凝剂对含油废水的处理效果。试验结果显示，在搅拌速度与时间分别为快搅速度200r/min，快搅时间0.5min；慢搅速度100r/min，慢搅时间3min的情况下，使用改性淀粉絮凝剂处理含油废水时，COD去除率为77.94%、石油类去除率为61.2%、透光率为62.7%、SS去除率为79.96%；最佳反应条件为：投药量为12mg/L、温度为5~30℃、pH值为6-8。
关键词：改性淀粉絮凝剂；含油处理；絮凝效果
0 前言
在原淀粉具有固有特性的基础上，利用物理、化学或酶的方法进行处理，改变淀粉的结构和性质，增强其某些机能或形成新的特性而制成的淀粉称为改性淀粉[1]。从20世纪50年代以来，许多学者对淀粉的改性进行了研究，并制得多种絮凝剂用于各种废水的絮凝处理，均取得了较好的效果[2]。另外，改性淀粉作为天然高分子碳水化合物改性而得到的水处理剂，可以避免传统人工合成有机或无机水处理药剂对环境和人体健康的毒害影响，且其处理残渣易被微生物降解，不会对环境造成二次污染[3]。本文研究的目的是研制出一种适用于处理含油废水的天然、高效的水处理絮凝剂，并通过试验得出此种典型改性淀粉絮凝剂应用的特点和规律。
1 改性淀粉絮凝剂的制备
1.1 试验仪器及材料
78-1A磁力加热搅拌器；温度计；500mL烧杯；玉米淀粉，市售；氢氧化钠，分析纯；三氯化铝，分析纯；碳酸钠，分析纯。
1.2 改性淀粉絮凝剂制备方法
淀粉改性絮凝剂的合成步骤：称取11g玉米淀粉、0.9g氢氧化钠和0.8g三氯化铝，加入到盛有267g自来水的烧杯中，于恒温磁力搅拌器上以100r/min进行搅拌，待温度升至70℃时加入1.5g碳酸钠，以同样的转速搅拌，升温85℃停止搅拌，自然冷却至室温，即可得到含淀粉质量百分比浓度为4%的改性玉米淀粉絮凝剂，将制好的改性淀粉絮凝剂于100℃烘干后保存。
2 含油废水的配制
配制材料：乳化油；氯化钠，分析纯；碳酸氢钠，分析纯；硅藻土。材料比例：以上材料按每升水中加乳化油220mg，氯化钠50mg，硅藻土130mg，碳酸氢钠根据pH值的需求进行添加。
3 絮凝沉降试验
3.1 试验仪器及材料
六联混凝试验搅拌器；721分光光度计；500mL烧杯；含油废水水样；印染废水水样；三氯化铁，分析纯；改性淀粉絮凝剂；PAM，阳离子型；蒸馏水。
3.2 试验方法
絮凝沉降试验在六联混凝试验搅拌器上进行，在6个500mL烧杯中加入400mL待测水样，再加入30mg/L的FeCl3溶液，以200r/min的速度快速搅拌1min后，分别加入不同计量玉米淀粉合成絮凝剂，由200r/min的速度快速搅拌30s充分分散药剂，再以100r/min的速度慢速搅拌3min，静置30min，取上清液，用3cm的比色皿，以蒸馏水为参比，在波长为700nm处用721分光光度计进行透光率测定。
3.3 絮凝原理
以上试验过程中，首先加入FeCl3溶液搅拌，在FeCl3的作用下，无机离子消除了颗粒表面电荷、压缩颗粒表面双电层，使水中脱稳的胶体和细微颗粒相互凝聚形成凝块。再分别利用改性淀粉絮凝剂的线性大分子桥键作用，把胶体和微粒联结成一种松散的、网络状的聚集体，实现粒间桥连的聚团。最终达到处理废水的目的。
4 实验结果
4.1 试验条件
本文选用的水样为人工配水，原水的COD(化学吸氧量)为528.2mg/L，石油类为36。6mg/L，透光率为52.2%，SS(悬浮固体)为157.2mg/L；改性淀粉絮凝剂配制成1%的溶液；选用的搅拌速度与时间分别为快搅速度200r/min，快搅时间0。5min；慢搅速度100r/min，慢搅时间3min。
4.2 试验结果
改性淀粉絮凝剂对含油废水处理后的水质指标如图1所示。
由图1可知：改性淀粉絮凝剂对含油废水中的COD、透光率、石油类和SS均有较好的去除效果。对COD的去除率可达77.94%，对石油类的去除率可达61.2%，处理后水质透光率可达62.7%，对SS去除率可达79.96%。
4.3 影响因素
4.3.1 投药量对絮凝效果的影响
按照2、4、6、8、10、12L的投药量分别对该含油废水进行絮凝试验，絮凝效果如图1所示。
由图1可知，随着投药量的增加，改性淀粉絮凝剂对含油废水的去除效果在逐渐增强，当投药量到达12mg/L时，处理效果达到最佳，若继续加大投药量，处理效果又开始呈现下降趋势。这是因为，改性淀粉絮凝剂的絮凝机理属于吸附架桥机理，当高分子絮凝剂投加量适当的时候，含油废水中悬浮的胶体之间就会产生有效的吸附架桥作用，并形成絮体；但倘若体系中高分子絮凝剂改性淀粉过量，絮凝剂的长链将胶体颗粒包裹，使得胶粒表面吸附活性点少了，架桥因而变得困难，同时，胶粒之间相互排斥作用出现再稳定现象，所以COD去除率和透光率就会降低。同时过剩的改性淀粉絮凝剂会使SS去除率降低。
4.3.2 pH值对絮凝效果的影响
试验将原水调节至不同的pH值，然后对其进行絮凝试验，不同pH值条件下试验结果如图2所示。由图2可知，pH值在2-6之间时，COD去除率、石油类去除率、透光率及SS去除率均随着pH值的增加而增加，当pH=6时，各项指标处理率均达到最高，此时处理效果最好。此后，随着pH值的增加，处理率均有所下降。从整体效果上看，pH值越小，处理效果越差，这是因为絮凝剂本身呈酸性，对pH值过低的废水达不到中和胶体电荷的目的，使胶粒难于脱稳。pH值在6-8时，絮凝沉降效果较稳定。当pH值大于8以后，处理效果就会下降，这是因为此种环境中有氢氧化物沉淀生成，降低了絮凝剂的絮凝效果。因此最适宜的pH值范围在6~8之间。
4.3.3 温度对絮凝效果的影响
用水浴锅将水样保持在不同温度下，分别加入改性淀粉絮凝剂进行絮凝沉降试验。不同温度条件下的试验结果见图3。
由图3可知，试验温度在5~30℃范围内，COD去除率、石油类去除率、透光率及SS去除率这5条曲线都比较平缓。在温度为15℃时处理效果相对最好。因此表明，温度的改变对絮凝剂的絮凝效果影响不大，改性淀粉絮凝剂对温度的适用范围比较广。
5 结论
(1)搅拌速度与时间分别为快搅速度200r/min，快搅时间0.5min；慢搅速度100r/min，慢搅时间3min的情况下，含油废水经改性淀粉絮凝剂处理后的COD去除率为77.94%；石油类去除率为61.2%；透光率变为62.7%；SS去除率为79.96%。
(2)最佳絮凝条件：投药量为12mg/L；温度为5~30℃；pH值为6-8。综上所述，改性淀粉絮凝剂制备容易，成本较低，在含油废水的处理过程中有较好的处理效果，应用前景较好。
[参考文献]
[1] 哈成勇。天然产物化学与应用[M]。北京：化学工业出版社，2003。
[2] 肖锦，周勤。天然高分子絮凝剂[M]。北京：化学工业出版社，2005。
[3] 李风亭，张善发，赵艳。混凝剂与絮凝剂[M]。北京：化学工业出版社，2005。[责任编辑 马云彤]
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