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热改性凹土复合聚丙烯酰胺絮凝剂在受污河水处理中的应用

发布日期:2015-04-01 17:48:17

热改性凹土

混凝沉淀法是目前水处理技术中最常用的物理处理方法。聚丙烯酰胺(PAM)是目前使用最为广泛的人工合成有机高分子混凝剂,它的混凝效果在于对胶体表面具有强烈的吸附作用,在胶粒之间形成桥联,广泛用于污水的沉淀处理和污泥的脱水。优点在于其官能团多、分子量髙、稳 定性好、吸附架桥能力强、絮凝效果好,热改性凹土同时投 加量少、使用范围广、具有产生的污泥少等优点。 PAM单独使用絮凝效果一般,通常都是和无机混 凝剂复配使用,而且PAM成本较高,其水解、降 解产物有毒,在水中的残留会对人类的健康带来 一定的潜在风险。

凹凸棒石黏土(简称凹土)是一种铝镁硅酸 盐矿物,属稀有非金属矿产资源。凹土具有独特 的纤维状晶体结构及优越的胶体、吸附、催化和 充填等物化性能,在废水处理中具有广泛的应 用基于凹土特殊的性能,利用凹土复合 PAM,提高PAM的絮凝性能,降低PAM的使用 成本,可以达到PAM与无机混凝剂的复配效果。 利用凹土所具有的选择性吸附有害物及各种有机 和无机污染物[4_5]的功能,凹土复合PAM开发新 型的复合絮凝剂,可用于处理高色度、高COD废 水,也可以利用凹土的阳离子可交换性可用于处 理含重金属废水[6]。本文在合成凹土复合聚丙烯酰 胺絮凝剂的基础上,对受污河水的COD和浊度的 去除效果进行了讨论,为新型絮凝剂产品的研发 提供了一定的借鉴。
1实验部分
1. 1实验药品
凹土购自江苏盱眙玖川科技有限公司,其他 化学试剂均为分析纯,购买后直接使用。废水水 样取自学校附近河水。
1.2实验方法 1.2.1凹土改性
采用热改性,一方面脱除水分,增大有效比 表面积;另一方面活化吸附中心,提高其吸附效 果。称取一定量经预处理后的凹土,分别在马弗 炉中经不同温度(lOOC、200°C、300X:、400°C、 500°C)烘培lh,冷却至室温,研磨,过325目 筛,密封保存。
1.2.2复合絮凝剂的制备
将一定量的热改性凹凸棒土溶于去离子水中,超 声振荡30min后得悬浊液,随后加人一定量丙烯酰 胺,超声振荡3min,在氮气气氛中搅拌,在35°C下 加入一定量的N, N’ -亚甲基双丙烯酰胺,过硫酸钾 引发聚合反应,制得凹土复合PAM絮凝剂产品。
1.3分析方法 1. 3.1 FT-IR 分析
用Nicolet NEXUS 670 FT-IR红外光谱仪分 析复合絮凝剂的组成。
1.3.2受污河水COD,浊度的测定
实验采用的受污河水初始COD为45. 5 mg/L, 油度为2. 5NTU,pH值为7. 2。取受污河水 700mL,加人一定量的复合絮凝剂,搅拌时间5min, 静止沉淀时间30min,取上清液测定COD和浊度。 COD采用重铬酸钾快速消解分光光度法,浊度采用 YZI>1B型液体浊度仪测量。
2结果与讨论
2.1复合絮凝剂的FT-IR分析
图1为改性凹土复合PAM絮凝剂的FT-IR 分析图。复合絮凝剂的FT-IR中,vN-H伸缩振动 吸收位于3430 cm—1,酰胺羰基特征吸收峰VC=0 位于1661 cm—1,1618 cm—1为SN-H弯曲振动吸 收。在llOOcmdJOOcnr1附近出现两个显著的 新吸收峰,为Si-O的不对称和对称伸缩振动吸收 峰,是硅酸盐的特征峰[7—83,说明复合絮凝剂中凹 土的存在。在lOOOcnT1附近有Si-OC振动。说 明凹土与聚丙烯酰胺单体发生了接枝聚合,并不 是简单的复配。
凹土复合PAM 
1500 1000 1500 2000 2500 3000 350004000 4500010002000300C
■tin kilci-l)波数/(cm-1)
图1改性凹土复合PAM絮凝剂的FT-IR 
2.2凹土热改性温度对复合絮凝剂絮凝效果的 影响
图2为热改性温度对复合絮凝剂絮凝效果的 影响曲线。COD去除率随着改性温度的升高先增 后降。在400°C左右时,COD的去除率最大,达到 37. 8%,主要是因为随改性温度的升高,凹土经历 了外表面吸附水、孔道吸附水和部分结晶水的脱 出过程。凹土中的有机质及部分矿物质分解,使 原先杂乱堆积的针棒状纤维变得疏松多孔,孔隙 容积和比表面积大大增加,其吸附性能也大大增 强。当温度超过400T:时,因结晶水的大量脱出, 会使凹凸棒土结构发生变形甚至破坏,其比表面 积会降低,吸附絮凝性能下降,导致COD的去除 率也随之下降^ 2.3热改性凹土投加量对复合絮凝剂絮凝效果的 影响
图3为热改性凹土投加量对复合絮凝剂絮凝效 果的影响图。随改性凹土投加量的增加,复合絮凝 剂的絮凝效果先增高后降低,凹土的的最佳投加量 为0.5%。凹土与PAM复合,形成了以凹土为核的 局部高分子体系,絮凝效果增强。当凹土投加量增 大时,凹土团聚增强,分散性变差,导致絮凝效果 减弱。
2.4复合絮凝剂投加量对受污河水浊度的影响 图4为复合絮凝剂投加量对受污河水浊变的影 响图。复合絮凝剂的加入,导致受污河水杂质悬浮 颗粒迅速絮凝沉降,致使污水浊度下降。在投加量 为50mg/L时,絮凝效果最好,随后絮凝剂的增加使 独度去除率减小,符合DLV0理论,与常规混凝剂的混凝机理类似。
凹土、PAM、复合混凝剂处理受污河水效果 比较
由图5、图6可以看出,复合絮凝剂与改性凹土 和聚丙烯酰胺单独使用相比较,复合絮凝剂具有 COD去除率高、浊度去除率高、投加量少的优点,复 合絮凝剂对受污河水COD的去除率达到45. 6%, 浊度的去除率达到66.3%。复合絮凝剂、PAM、凹 土单独使用时的絮凝效果,随投加量的增加趋势基 本一致,但出现了 COD,浊度去除率最优点不同的 情况。单独使用凹土时,投加量200mg/L时,受污 河水浊度去除率最大为35. 4%;单独使用PAM时, 投加量150mg/L时,受污河水浊度去除率最大为 37. 7% ;复合絮凝剂投加量50mg/L时,受污河水池 度去除率最大为66.3%。说明复合絮凝剂中凹土 与PAM协同效应显著,处理效果得到大幅度提升, 相应的COD去除效果实验也具有相似的规律。
3结论
通过热改性凹土复合PAM制备新型絮凝剂, 研究结果表明:
1)热改性温度在400\:时,复合絮凝剂的絮凝 效果最佳。
2)热改性凹土的投加量在0.5%时,复合絮凝 剂的絮凝效果最佳。
3)复合絮凝剂中凹土和PAM协同效应显著,复合絮凝剂投加量50mg/L时,受污河水的COD和 浊度的去除效果最好。
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