改性高分子絮凝劑去除水中懸浮物和Hg2+

王進喜，常 青，王亞軍

（1. 蘭州文理學(xué)院 化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2. 蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3. 蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

絮凝法是重要的水處理方法，絮凝劑是絮凝技術(shù)的核心，因此，有關(guān)新型改性絮凝劑的研究一直都是水處理領(lǐng)域的研究熱點［1-4］。針對當(dāng)前廢水中有毒重金屬污染的日益加重，本課題組通過對傳統(tǒng)高分子絮凝劑進行改性、接枝可捕集重金屬的官能團，使絮凝劑具有雙重功能，以此來簡化水處理工序，降低水處理成本。本課題組以傳統(tǒng)高分子絮凝劑聚乙烯亞胺為母體，通過酰胺化反應(yīng)接入含有巰基（—SH）（對重金屬離子有強配位作用）的小分子物質(zhì)巰基乙酸，生成改性高分子絮凝劑巰基乙酰聚乙烯亞胺。在水處理的過程中，改性高分子絮凝劑分子中的巰基與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合沉淀反應(yīng)，達到去除重金屬離子的目的；同時，發(fā)揮絮凝作用，去除水中懸浮物。

本工作以自制改性高分子絮凝劑處理模擬含Hg2+廢水，考察了含Hg2+廢水的質(zhì)量濃度、絮凝劑的加入量、濁度等因素對該絮凝劑除Hg2+效果的影響，并將該絮凝劑用于處理某石油加工廠的生產(chǎn)廢水。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

硝酸汞、氫氧化鈉、鹽酸：分析純；高嶺土：化學(xué)純；實驗室自制改性高分子絮凝劑。

DBJ-621型六聯(lián)定時變速攪拌器：北京四三零六分廠制造；828型臺面式pH/ISE測試儀：美國奧立龍中國公司；SG921-1型雙光束測汞儀：江蘇電分析儀器廠。

1.2 實驗水樣

廢水中的膠體物質(zhì)大多數(shù)都帶有負電荷［5］，高嶺土膠體也帶負電性［6］，因此，用高嶺土模擬廢水中的細小懸浮物。用高嶺土和硝酸汞配制濁度分別為0，127 NTU 和Hg2+的質(zhì)量濃度分別為50，100 mg/L的模擬含Hg2+廢水。

實際廢水取自蘭州市某石油加工廠的生產(chǎn)廢水，實際廢水水質(zhì)：Hg2+的質(zhì)量濃度 20~25 mg/L，濁度126 NTU，pH=3.5。

1.3 絮凝實驗

取400 m L廢水，用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水pH，投加一定量的改性高分子絮凝劑，快速攪拌2 min，慢速攪拌10 m in，靜置10 m in，吸取液面下2 cm處的上清液，測定Hg2+的含量和濁度。

1.4 分析方法

采用測汞儀測定廢水中Hg2+的含量；采用分光光度法測定濁度［7］。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝劑的加入量對Hg2+去除率的影響

當(dāng)廢水pH=5.0、濁度為0時，改性高分子絮凝劑的加入量對Hg2+去除率的影響見圖1。由圖1可見：隨絮凝劑加入量的增加，Hg2+的去除率先增大后減??；當(dāng)Hg2+的質(zhì)量濃度 50 mg/L、絮凝劑的加入量 1.8 mg/L時，Hg2+的去除率最大（為80%）；當(dāng)Hg2+的質(zhì)量濃度 100 mg/L、絮凝劑加入量 3.7 mg/L時，Hg2+的去除率最大（為88%）。

圖1 改性高分子絮凝劑的加入量對Hg2+去除率的影響

改性高分子絮凝劑主要靠高分子鏈上接入的巰基與Hg2+發(fā)生反應(yīng)，這是因為硫原子有空的3d軌道，易極化，導(dǎo)致其與重金屬離子的親和性高［8-9］；另一方面，汞為元素周期表中ⅡB族元素，能與提供電子對的原子生成較強的共價鍵?；谝陨蟽煞矫嬖颍男愿叻肿有跄齽┮耘湮绘I和共價鍵的形式與Hg2+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成穩(wěn)定的具有交聯(lián)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶性重金屬絡(luò)合體沉淀，同時在反應(yīng)過程中也存在氧化還原反應(yīng)［10-11］。改性高分子絮凝劑與Hg2+的反應(yīng)方程見式（1）和式（2）。

2.2 廢水pH對Hg2+去除率的影響

當(dāng)Hg2+的質(zhì)量濃度100 mg/L、改性高分子絮凝劑的加入量4.0 mg/L、濁度為0時，廢水pH對Hg2+去除率的影響見圖2。

圖2 廢水pH對Hg2+去除率的影響

由圖2可見：當(dāng)廢水pH=2.5時，Hg2+的去除率較小，實驗觀察到廢水中的絮體也較少；當(dāng)廢水pH=2.5~7.0時，Hg2+的去除率快速增大并保持穩(wěn)定；當(dāng)廢水pH=4.0~7.0時，Hg2+的去除率在80%以上，這是因為在pH較高時，絮凝劑發(fā)生電離反應(yīng)，巰基易與Hg2+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，導(dǎo)致Hg2+的去除率較大；而pH較低時，絮凝劑水解帶正電，靜電斥力影響了巰基與Hg2+絡(luò)合反應(yīng)的發(fā)生。

2.3 Hg2+的質(zhì)量濃度和濁度對絮凝效果的相互影響

改性高分子絮凝劑分子中有大量的伯胺基、叔胺基，可吸附水中的H+，通過“電中和”及高分子絮凝劑的“吸附架橋”、“網(wǎng)捕卷掃”等作用使水中膠體態(tài)的顆粒發(fā)生碰撞絮凝［12］，最終沉降下來，降低水的濁度。

當(dāng)廢水pH=5.0時，Hg2+的質(zhì)量濃度和濁度對絮凝效果的相互影響見圖3。由圖3可見，當(dāng)Hg2+和懸浮物共存時，Hg2+和濁度的去除率均較兩者單獨存在時的去除率大，特別是濁度的去除率顯著增大；當(dāng)Hg2+的質(zhì)量濃度 100 mg/L、濁度 127 NTU時，濁度的去除率由40%左右增至95%以上，說明Hg2+和致濁物質(zhì)可相互促進彼此的去除。其原因在于：一方面，Hg2+可中和懸浮物和改性高分子絮凝劑所帶的負電荷，減小二者間的排斥作用，使絮凝劑有效發(fā)揮“吸附架橋”作用，從而使水中的懸浮物聯(lián)結(jié)成大片絮體而沉降；另一方面，由于大量絮體的卷掃、網(wǎng)捕作用，使Hg2+配合沉淀物迅速沉降；此外，由于絮體的比表面積較大，一部分溶解性的Hg2+被吸附在絮體表面，隨絮體的沉淀而得到進一步去除。對濁度影響大是因為先形成的重金屬螯合體充分發(fā)揮了對懸浮物的電中和及卷掃網(wǎng)捕作用，強化了絮凝作用。

圖3 Hg2+的質(zhì)量濃度和濁度對絮凝效果的相互影響

2.4 改性高分子絮凝劑處理實際廢水

改性高分子絮凝劑對實際廢水的處理效果見圖4。由圖4可見，當(dāng)改性高分子絮凝劑的加入量為4.2 mg/L時，實際廢水Hg2+的去除率最大（為84%），濁度的去除率為97%。實際廢水中Hg2+的質(zhì)量濃度比模擬含Hg2+廢水低，但所需改性高分子絮凝劑的加入量比模擬含Hg2+廢水大，原因可能是實際廢水中所含重金屬種類較多，干擾物質(zhì)也較多。由圖4還可見，改性高分子絮凝劑對Hg2+和濁度的去除率均大于聚乙烯亞胺，說明自制的改性高分子絮凝劑對廢水的處理效果優(yōu)于傳統(tǒng)絮凝劑。

圖4 改性高分子絮凝劑對實際廢水的處理效果

3 結(jié)論

a）以自制改性高分子絮凝劑處理模擬含Hg2+廢水，當(dāng)Hg2+的質(zhì)量濃度 100 mg/L、絮凝劑的加入量 3.7 mg/L、廢水pH=5.0、濁度為 0時，Hg2+的去除率為88%。

b）當(dāng)Hg2+和懸浮物在廢水中共存時，兩者可相互促進彼此的去除，當(dāng)Hg2+的質(zhì)量濃度 100 mg/L、濁度 127 NTU時，濁度的去除率由40%左右增至95%以上。

c）用改性高分子絮凝劑處理實際廢水，當(dāng)其加入量為4.2 mg/L時，Hg2+的去除率為84%，濁度的去除率為97%，且處理效果明顯優(yōu)于相同條件下的傳統(tǒng)絮凝劑。

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