有機高分子絮凝劑的合成及其應用
王春梅，胡嘯林，章忠秀
（南通工學院化工系，江蘇 南通 226007）
摘 要：通過陽離子改性聚丙烯酰胺（MPAM）和聚多胺（PPA）的合成工藝的研究，探討了反應溫度及時間、反應物濃度及配比、產品的最佳投放量及最適合的PH值等因素對印染廢水絮凝效果的影響。結果表明MPAM對印染廢水COD的降低具有顯著效果，并且可使污泥沉降的平均速率增加，PPA對印染廢水色度的降低效果顯著。
關鍵詞：改性聚丙烯酰胺；聚多胺；絮凝劑；印染廢水
中國分類號：X703.5
文獻標識碼：A
文章編號：1009-2455（2002）01-0033-03
Preparation Application of Polymer Organic Flocculants
WANG Chun-mei, HU Xiao-lin, ZHANG Zhong-xiu
(Department of Chemical Engineering, Nantong Engineering College, Nantong 226007, China）
Abstract:The cationic modified polyacrylamide(MPAM)and poly-pilyamine(PPA) are prepared. Some factors affecting the process of flocculation of the wastewater from printing and dyeing are discussed, such as the temperature and time of reaction, the concentration and ratio of reactant, the optimum amount of addition and the most suitable pH value of products, etc. The results show that MPMA can lower COD obviously and PPA can lower chroma obviously.
Key words: modified polyacrylamide; poly-polyamine; flocculant; wastewater from printing and dyeing
前言
在印染廢水處理中，采用絮凝沉降法，以往單獨用無機絮凝劑時，有藥劑用量大、污泥生成量大、脫色效果差等缺點。而單獨使用非離子型聚丙烯酰胺有機高分子絮凝劑時，對印染廢水幾乎無效。即使將這兩類絮凝劑組合使用，效果也不理想，所以人們把研究重點放在了合成新型高效脫色絮凝劑上。本文通過大量的試驗研制成了兩種有機高分子絮凝劑，其中聚多胺（PPA）具有較強的脫色作用，而改性聚丙烯酰胺（MPAM）則具有降低印染廢水COD值的作用及使污泥的沉降速度加快的作用。它們與聚合氯化鋁（PAC）一起用于印染廢水的化學絮凝，其既可起到顯著脫色的作用，又可起到明顯降低COD的作用。
1 高分子絮凝劑的合成
1.1 聚丙烯酰胺（PAM）的制備
在裝有溫度計、電動攪拌器和回流冷凝管的三口燒瓶中加入8％的丙烯酰胺（AM）水溶液，攪拌，升溫至55℃加入0.1％過硫酸銨引發劑，繼續升溫并控制聚合反應溫度在67℃，反應時間2h，產物為無色粘液，測得的分子量為50萬左右。
1.2 改性聚丙烯酰胺（MPAM）的制備
PAM的陽離子改性即胺甲基化反應式為：
影響反應的一個主要因素是各種反應物的配比。甲醛與二甲胺之間的配比應是二甲胺稍多于甲醛，這樣可避免過剩的甲醛與PAM反應生成的羥甲基化物脫去羥基，轉變為甲亞胺，而甲亞胺會與酰胺基通過分子內氫鍵形成交聯不溶物。綜合考慮反應程度和成本等因素，選擇PAM：HCHO：(CH3)2NH=1.0：1.0：1.5，改性反應時間為2h，溫度為70℃[1]。
1.3 聚多胺PPA的制備
多乙烯亞胺與環氧氯丙烷的反應為縮聚反應，反應劇烈，應嚴格控制反應條件，否則產物將會難溶于水。實驗發現反應物濃度選在48.8％、聚合溫度控制在90℃、反應時間為6h為宜。
2 絮凝試驗
①試驗用水。取自南通大野染業有限公司經稀釋處理的廢水。
②透光率的測定。在100mL量筒中，加人印染廢水，再加人一定量的高分子絮凝劑。先在500r／min下用電動攪拌機攪拌一定時間，使絮凝劑充分分散，然后降低至200r／min左右再攪拌一定時間，靜置30min。取上層清液用7230G分光光度計，在最大吸收波長處測出其透光率。
③平均沉降速度的測定。在100mL量筒中，加人一定量的廢水及絮凝劑。先在500r／min下用電動攪拌機攪拌一定時間，使絮凝劑充分分散，然后降低至200r／min左右再攪拌一定時間，讓絮凝劑發生作用。停止攪拌，按動秒表，分別在不同時間間隔下，讀出絮凝污泥下降的高度。并最終計算出污泥沉降的平均速度（mm／min）。
2.1 最佳pH值的確定
用1000mg／L的PAC分別與50mg／L的MPAM和50mg／L的ppA混合處理印染廢水，其水樣的PH值對透光率的影響見圖1。
從圖1可看出，當PH值在6－10時，透光率較高。考慮到一般印染廢水的PH值為8－9左右，剛好在此范圍內，無需再加人酸或堿調節廢水PH值。
2.2 最佳投藥量的確定
2.2.1 PAC最佳投藥量的確定
處理印染廢水時，加人不同量的PAC，其透光率與投藥量的關系見圖2所示。
從圖2可看出，若投藥量小于1000mg／L，透光率增加明顯；若投藥量大于1000mg／L透光率增加不太明顯。故選最佳投藥量為1000mg／L。
2.2.2 MPAM最佳投藥量的確定
實驗表明，MPAM降低印染廢水的色度，提高其透光率的作用不太明顯，故采用MPAM的投藥量對處理后水樣的COD的去除率作圖，見圖3所示。
從圖3可看出，MPAM的最佳投藥量為35mg／L時COD的去除率最高。若投藥量繼續增加，COD的去除率反而下降。這是因為投藥量繼續增加，因架橋作用所必須的離于表面吸附活性點被絮凝劑所包裹，使得架橋變得困難，處理效率降低。
2.2.3 PPA最佳投藥量的確定
處理印染廢水時，加人相同量的PAC（1000mg/L），而改變PPA投入量，測透光率，結果見圖4。
從圖4可看出，當PPA的量小于25mg／L時，透光率增加明顯，若繼續增加投藥量，透光率雖有所提高，但增高不明顯。因此，從經濟角度考慮，最佳投藥量選在25mg／L較好。
2.3 最佳攪拌時間和方式
按PAC：MPAM：PPA＝10：1：1的比例將幾種絮凝劑加人廢水中，先快速（500－600r／min）攪拌，后慢速（100－200r／min）攪拌，其實驗結果見表1所示[2]。
從表1可看出，當投藥量相同時，不同的攪拌時間和方式，其絮凝效果也不相同。污泥沉降平均速率隨攪拌時間的延長而下降，而透光率則隨攪拌時間延長先增加，后有所下降。故最佳攪拌時間和方式是先快攪60s，后慢攪60s。
2.4 絮凝劑復配使用效果測試
將絮凝劑PAC、MPAM、PPA以不同組合復配使用，其污泥沉降平均速率與透光率比較，見表2所示。
從表2可看出，加人有機絮凝劑MPAM和PPA比單獨使用PAC沉降速率快，而且MPAM的加人可大大提高沉降速率；PPA的加人可有效地提高處理后廢水的透光率。因此，同時采用絮凝劑MPAM和PPA處理印染廢水可以十分明顯的改善絮凝狀態，達到迅速沉降和明顯脫色的效果。
2.5 絮凝劑的最佳復配比例
將絮凝劑PAC、MPAM、PPA按不同比例對廢水進行處理，其實驗結果見表3所示。
從表3可看出，單獨使用PAC+PPA和PAC+MPAM均未達到較高的透光率和COD去除率,只有將PAC，MPAM，PPA按比例一起使用，才能達5較高的透光率和COD去除率。
從復配的效果來看，當PAC的量不變COD去除率閽升高，但透光率卻下降了；反之，若增加PPA的量，透光率提高很快，但COD去除率卻降了。因此，要結合處理廢水的具體情況，選擇不同比例的PAC、MPAM和PPA。如廢水色度高，COD值低，對色度的去除要求高，可增加ppA的量，降低MPAM的量。如廢水色度低，COD值高，對COD的去除要求高，可增加MPAM的量，降低PPA的量。如廢水色度高，COD值也高，可同時增加MPSM的和 PPA的量。
對于本實驗所用的廢水，選定PAC：MPAM：PPA=200：3：7為最佳比例。
3 結論
①絮凝劑MPAM對印染廢水COD的降低具有顯著效果，并且可使污泥沉降的平均速率增加2倍多。其反應物配比為PAM：HCHO：（CH3）2NH=1.0：1.0：1.5（摩爾比），反應溫度為70℃，反應時間為2h。
②絮凝劑PPA對印染廢水色度的降低效果顯著。其反應溫度為90℃，反應物濃度為48.8％，反應時間為6h。
③將MPSM、PPA與PAC三者合用，對印染廢水有較好的處理效果。
參考文獻
[1]陳菊勤，關一峰，胺甲基聚丙烯酰的合成及其絮凝作用考察[J] 工業水處理，1993， 13（5）：23－26.
[2]佟玉衡 實用廢水處理技術[M] 北京：化學工業出版社，1998.
作者簡介：王春梅（1967-），女，江蘇南通人，碩士，講師，主要從事印染助劑的研究，電話（0513）5239396
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