李琛

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

陽離子淀粉對焦化廢水的脫色性能研究

李琛

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

以紅薯淀粉為原料，以2，3－環(huán)氧丙基三甲基氯化銨為陽離子醚化劑，氫氧化鈉為堿性催化劑制備陽離子淀粉絮凝劑。根據(jù)單因素試驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，研究并優(yōu)化了最佳脫色條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳脫色條件為：投加量2 g／L、pH 10、攪拌時(shí)間90 min。最佳脫色條件下的脫色率可達(dá)91.93% ；各因素對脫色率的影響順序依次為：pH＞攪拌時(shí)間＞投加量。

陽離子淀粉；焦化廢水；脫色率；COD

當(dāng)前全球水資源短缺，水質(zhì)惡化，水污染已成為影響人類生活的重要環(huán)境問題之一。焦化廢水一直是國內(nèi)外污水處理的一大難題，幾十年來尚未有突破性的進(jìn)展。焦化廢水中污染物組成復(fù)雜，含有揮發(fā)苯、多環(huán)芳烴、氧硫氮等雜環(huán)化合物［1］，廢水中的有色物質(zhì)及 COD含量高，對水中生物的生活影響極大。目前，焦化廢水的預(yù)處理有氧化法、生化法、物理－生化法、吸附法等［2］。本文主要從經(jīng)濟(jì)可行的角度，以淀粉作為絮凝劑對焦化廢水中的色度和含氧量進(jìn)行了研究和探索，以期為焦化廢水的處理提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

試劑：淀粉（紅薯淀粉65%，玉米淀粉35%，產(chǎn)地：四川綿陽）；氫氧化鈉；CTA（2氯－3羥丙基三甲基氯化銨）；無水乙醇等；均為分析純。

儀器：JJ－4六聯(lián)電動(dòng)攪拌器 （深圳國華儀器廠）；101－1型電熱鼓風(fēng)干燥箱 （北京科偉永興儀器有限公司）；HR－120型電子天平 （日本）；YLE－1000電熱恒溫水浴鍋。

1.2 陽離子淀粉的制備

稱取0.8 g氫氧化鈉，用45 mL蒸餾水溶解，冷卻至室溫；再加入一定量的CTA，攪拌均勻后加入100 g淀粉并攪拌1 h；將其置于電熱恒溫水浴鍋中加熱4 h（每30 min攪拌一次），再用干燥箱于70℃下干燥4 h；冷卻至室溫，用無水乙醇洗滌、抽濾、干燥得白色粉末，即為陽離子醚化淀粉。

1.3 脫色率的計(jì)算及COD的測定

取一定量的焦化廢水，分別用2 mol／L的硫酸或2 mol／L的氫氧化鈉調(diào)節(jié)其pH至所需酸堿度后，加入定量醚化淀粉，于常溫下攪拌一定時(shí)間，靜置后取上層溶液在波長410 nm下測其吸光度Ax，并計(jì)算脫色率。

式中：A0— 處理前焦化廢液的吸光度；AX—處理后上層清液的吸光度。

CODCr的測定采用重鉻酸鉀法。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 醚化淀粉的投加量對廢水脫色率及COD的影響

取一定稀釋比例的定量焦化廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)pH為10，分別加入不同質(zhì)量的醚化淀粉，攪拌時(shí)間為1 h，考察醚化淀粉的投加量對廢水脫色率及COD的影響。投加量對廢水脫色率及COD的影響見表1。

表1 醚化淀粉的投加量對廢水脫色率及COD的影響

從表1可以看出，起初階段廢水脫色率和COD隨著醚化淀粉加入量的增加而增加，當(dāng)投加量在0～2.0 g時(shí)脫色率急劇增加，超過2.0 g時(shí)脫色率隨著投加量增多而下降；COD去除率在投加量為4.0 g時(shí)達(dá)到最大。這可能是因?yàn)樾跄齽д姾桑^量絮凝劑在中和了焦化廢水的負(fù)電荷后使其帶上正電荷，出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象［3］。從節(jié)約資源的角度看，投加量選擇2.0 g較佳。

2.1.2 攪拌時(shí)間對焦化廢水脫色率及COD的影響

取一定稀釋比例的定量焦化廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)pH為10，加入2.0 g醚化淀粉，攪拌不同時(shí)間。考察攪拌時(shí)間對廢水脫色率及COD的影響。攪拌時(shí)間對廢水脫色率及COD的影響見表2。

表2 攪拌時(shí)間對廢水脫色率及COD的影響

從表2可知，隨著攪拌時(shí)間的增加，醚化淀粉對焦化廢水的處理效果也逐步增強(qiáng)，在90 min時(shí)，處理效果最好，90 min后，隨著攪拌時(shí)間的增加脫色率下降；COD卻在120 min時(shí)去除率達(dá)到最大。此種現(xiàn)象說明在攪拌的過程中，有可能因?yàn)闀r(shí)間過長導(dǎo)致分子內(nèi)部某些結(jié)構(gòu)被破壞而影響處理效果。綜合分析，攪拌時(shí)間為90 min效果較佳。

2.1.3 焦化廢水的初始pH對廢水脫色率及COD的影響

取一定稀釋比例的定量焦化廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)pH值不同的焦化廢水，加入2.0 g醚化淀粉，攪拌90 min。考察不同焦化廢水pH對廢水脫色率及COD的影響。焦化廢水pH對廢水脫色率及COD的影響見表3。

表3 焦化廢水pH對廢水脫色率及COD的影響

從表3可知，隨著焦化廢水的初始pH的增加，醚化淀粉對廢水的處理效果逐漸增強(qiáng)，在pH＝10時(shí)，脫色率達(dá)到最大，處理效果最好，當(dāng)pH＞10時(shí)，脫色率反而減??；COD先增后減，在pH＝8時(shí)達(dá)最大值。這可能是因?yàn)閺U水中的部分物質(zhì)在不同酸度下形態(tài)略有差別，從而影響處理效果。綜合考慮，pH為10較佳。

2.2 正交試驗(yàn)

2.2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以脫色率為指標(biāo)，選擇投加量、pH、攪拌時(shí)間三因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，進(jìn)一步確定工藝的最佳條件。正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表4。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

由表4可知，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組合為A3B2C3，即投加量 3.0 g、pH＝10、攪拌時(shí)間 120 min。 同時(shí)，醚化淀粉投加量、pH、攪拌時(shí)間三因素對焦化廢水脫色率的影響的主次順序?yàn)椋簆H＞攪拌時(shí)間＞投加量。

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析

對表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表5。從方差分析表可知，pH值在焦化廢水的處理中影響最為顯著，其余兩者均不顯著。因此，在今后的處理過程中，從經(jīng)濟(jì)節(jié)約的角度考慮，應(yīng)嚴(yán)格控制好pH值。

表5 方差分析表

2.2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)極差R的分析，按2.2.1的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，平行三次，計(jì)算脫色率取平均值。在最優(yōu)條件下，焦化廢水的脫色率可達(dá)94.62%。

3 結(jié)論

（1）用所制備的陽離子醚化淀粉處理焦化廢水，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件應(yīng)為：醚化淀粉的投加量3.0 g，焦化廢水的pH＝10，攪拌時(shí)間120 min。在此條件下，脫色率可達(dá)到94.62%，脫色效果好。

（2）用陽離子醚化淀粉做絮凝劑處理焦化廢水，操作簡便、環(huán)保、絮凝效果好，且淀粉資源廣泛、價(jià)格便宜，應(yīng)用前景廣闊。

［1］朱國洪，劉振華，尹國，等.甘蔗糖蜜酒精工業(yè)廢液治理［J］.四川環(huán)境，2000，19（2）：45－47.

［2］魏倩倩，童群義.交聯(lián)陽離子淀粉對糖蜜酒精廢液的脫色性能研究［J］.廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，32（4）：380－383.

［3］崔曉芳.幾種高分子絮凝劑的脫色性能比較［J］.山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，24（4）：80－83.

［4］魯玉俠，蔡妙顏，閆向陽.陽離子淀粉的制備及其脫色性能研究［J］.廣東化工，2005，32（1）：136－139.

10.3969／j.issn.1007－2217.2012.02.007

2011－12-15