改性淀粉-聚丙烯酰胺處理石材加工廢水的研究

黃秀燕

(閩南科技學院 生命科學與化學學院，福建 泉州 362331)

近二三十年來，國際制石業的發展非常迅速。石材的成分非常復雜，由它們引起的污水成分主要是水、磨料粉塵、礦渣磨粒、大理石、花崗巖碎片的混合物[1]。大多數石材加工企業都只對此類污水作效率低、效果差的原始的自然沉淀處理，出水渾濁度少則數百度，多則數千度[2]，石材加工廢水的排放給周邊水體造成了嚴重的污染。目前石材加工企業在廢水處理方面存在著投入不足、技術落后、處理成本高等問題，這些問題正在成為制約石材產業可持續發展的重要因素[3]。因此，研發行之有效且成本低廉的石材廢水處理技術成為解決以上問題的關鍵。用絮凝劑處理石材加工廢水，是解決污水污染環境問題的必要手段和重要處理技術，尤其在水處理方面具有很大的發展前景[4]。常用的絮凝劑為鋁鹽或者鐵鹽，它們的濁度去除率有限，而且沉降時間長、成本高。

目前，將改性淀粉和聚丙烯酰胺(PAM)協同使用，用于石材加工廢水處理的研究還未見報道。本文制備改性淀粉并和聚丙烯酰胺協同使用，用來提高對石材加工廢水的絮凝處理效果。

本研究采用改性淀粉-聚丙烯酰胺協同使用，對石材加工廢水進行絮凝處理，研究投加量對處理石材加工廢水的絮凝效果，并對比研究改性淀粉-聚丙烯酰胺協同使用和絮凝劑單獨使用的處理效果，為開發低成本且高效的石材加工廢水處理的絮凝劑提供一定的理論及應用參考。

1 實驗部分

1.1 材料及儀器

玉米淀粉，市售；氫氧化鈉，0.2 mol/L；2,3-環氧丙基三甲基氯化銨，w≥95%，100 g；聚丙烯酰胺，MW≥1000萬，國藥，500 g；七水合硫酸亞鐵，500 g，AR；蒸餾水。

實驗所用原水水樣來自福建省南安市某石材加工廠，該廢水的主要指標：pH7.5、濁度 16000 NTU。

CP114型電子分析天平，奧豪斯儀器(常州)有限公司；HH-8型數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；DF-101S型恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長城科工貿有限公司；PHS-25型pH計，上海鵬順科學儀器有限公司；SH-2005H型便攜式濁度儀，上海海恒機電儀表有限公司。

1.2 改性淀粉的制備

取 15 g 玉米淀粉于燒杯中，加入 150 mL 蒸餾水，控制溫度為 90 ℃，反應 30 min 進行糊化；在水浴過程中，加入 7.5 mL 0.2 mol/L NaOH溶液至糊化淀粉中，攪拌混合均勻后，加入 15 g 2,3-環氧丙基三甲基氯化銨作為醚化劑，攪拌混合均勻，在 55 ℃ 下反應 5 h 后得到季銨化淀粉絮凝劑[5]。

2 結果與討論

2.1 改性淀粉對石材加工廢水的處理效果

取 200 mL 經稀釋后濁度為 5000 NTU 的石材廢水于 250 mL 的燒杯中，在相同的實驗條件下，分別投加 0.5、2、3、4、5 mL 的改性淀粉，考察改性淀粉投加量對石材加工廢水的處理效果，結果如圖1所示。

圖1 改性淀粉投加量對石材加工廢水的處理效果

從圖1可知：在濁度為 5000 NTU 的 200 mL 的石材廢水處理中，改性淀粉的最佳投加量為 2 mL，濁度去除率達到97.8%。改性淀粉的投加量太小時，絮凝劑的吸附架橋作用和電中和作用較為弱，導致絮凝的效果不那么明顯，但是隨著絮凝劑投加量的增加，絮凝的效果增強。然而，當絮凝劑投加量達到一定的量時，再加入絮凝劑，會使懸濁液的表面達到飽和狀態，變得更加穩定而導致絮凝效果變差。

2.2 聚丙烯酰胺對石材加工廢水的處理效果

取 200 mL 經稀釋后濁度為 5000 NTU 的石材廢水于 250 mL 的燒杯中，在相同的實驗條件下分別投加 0.05、0.10、0.20、0.25、0.30、0.35 g 聚丙烯酰胺，考察聚丙烯酰胺投加量對石材加工廢水的處理效果，結果如圖2所示。

圖2 PAM投加量對石材加工廢水的處理效果

如圖2所示可知，隨著PAM加入量的增加，濁度去除率逐漸增大，繼續增大PAM投加量，濁度去除率反而下降。最佳PAM投加量為 0.20 g，濁度去除率為98.24%；PAM投加量為 0.30 g，濁度去除效果最差，濁度去除率僅為92.48%。這可能是因為隨著PAM增加，絮凝架橋作用也明顯增加，加速絮體的沉淀，而繼續增加PAM的投加量，絮凝劑把水中膠粒包裹起來，使其較穩定，難以通過絮凝架橋作用而去除。

2.3 改性淀粉-聚丙烯酰胺協同使用的處理效果

取 200 mL 經稀釋后濁度為 5000 NTU 的石材廢水于 250 mL 的燒杯中，在相同的實驗條件下，固定改性淀粉的投加量為 2 mL，再分別投加 0.05、0.10、0.20、0.25、0.30 g 的聚丙烯酰胺進行協同使用，考察聚丙烯酰胺投加量對石材加工廢水的處理效果，結果如圖3所示。

圖3 PAM協同投加量對石材加工廢水的處理效果

由圖3可知，改性淀粉的絮凝性能會隨著PAM的用量增加而增加，在PAM用量為 0.2 g 時效果達到最好的狀態，濁度去除率達到99.3%。分析以上現象出現的原因：改性淀粉與PAM協同使用，它們的吸附架橋作用以及電中和作用因為相互作用而加強，所以對廢水的絮凝效果也就增強了。

2.4 不同絮凝劑處理效果的對比

取 200 mL 濁度 16000 NTU 的石材廢水原水于 250 mL 的燒杯中，在相同的實驗條件下分別加入 7 mL 改性淀粉、0.7g PAM、7 mL 改性淀粉與 0.7 g PAM，考察不同絮凝劑對石材加工廢水原水的處理效果，結果如圖4所示。

由圖4可知，在濁度 16000 NTU 的石材加工廢水原水的條件下，加入 7 mL 改性淀粉，其對廢水的處理效果只達到了87%；加入 0.7 g 的PAM，其對廢水的處理效果也僅僅達到89.8%；而同時加入 7 mL 的改性淀粉和 0.7 g 的PAM，改性淀粉-PAM協同使用，對廢水的處理效果可以達到98%，協同使用處理的效果優于單獨使用的絮凝劑。

圖4 不同絮凝劑對石材加工廢水原水的處理效果

3 結論

以改性淀粉-聚丙烯酰胺進行協同使用，用于福建省南安市某石材加工廢水的處理，結果表明：在濁度 5000 NTU 的 200 mL 石材廢水中，最佳協同投加量為 2 mL 改性淀粉-0.2 g PAM，濁度去除率達到99.3%；在濁度 16000 NTU 的 200 mL 石材廢水中，同時加入 7 mL 的改性淀粉和 0.7 g 的PAM時，濁度去除率達到98%；使用改性淀粉-PAM協同處理的效果優于單獨使用的絮凝劑。