彭 浩，張 怡，鄭佐西，劉雨昕

中國(guó)原子能科學(xué)研究院 放射化學(xué)研究所，北京 102413

陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺在強(qiáng)酸性環(huán)境下的絮凝性能

彭 浩，張 怡，鄭佐西，劉雨昕

中國(guó)原子能科學(xué)研究院 放射化學(xué)研究所，北京 102413

通過(guò)使用陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(CPAM)對(duì)泥沙含固量為50%的強(qiáng)酸性土壤清洗廢水進(jìn)行絮凝沉淀處理，結(jié)果表明：在強(qiáng)酸性環(huán)境下，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺依然具有穩(wěn)定高效的絮凝性能，當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量為1400萬(wàn)、離子度為30%、用量在13mg/L時(shí)，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的絮凝性能非常優(yōu)異，能在1h內(nèi)將泥沙含固量降至6%。

聚丙烯酰胺；絮凝沉淀；泥沙含固量

近年來(lái)，隨著核技術(shù)在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、地質(zhì)、科研等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的放射性污染物進(jìn)入到土壤中。土壤清洗去污技術(shù)[1-4]根據(jù)污染核素在放射性污染土壤中的分布規(guī)律，用物理篩分和化學(xué)去污相結(jié)合的方法去除污染核素。清洗后的土壤可回填或當(dāng)做極低放廢物處置，而含有污染核素的廢水則當(dāng)做放射性廢水處置，或經(jīng)處理后循環(huán)利用，其去污效率高、工藝簡(jiǎn)單、適用范圍較廣，因而有著良好的實(shí)際應(yīng)用前景。

但是，如果將土壤清洗工藝中的廢水直接處理或處置，則會(huì)產(chǎn)生大量的二次廢物，增加處理二次廢物的費(fèi)用，因此有必要對(duì)土壤清洗廢水進(jìn)行預(yù)處理，使之循環(huán)利用，以減少二次廢物的產(chǎn)生。當(dāng)前，絮凝沉淀法[5-8]作為國(guó)內(nèi)外普遍接受的水處理方法，既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單。該法向水中加入絮凝劑，使水中的膠體和懸浮物顆粒絮凝成較大的絮凝體而被分離出來(lái)，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。

本工作使用陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(CPAM)[9]作絮凝劑對(duì)土壤清洗廢水進(jìn)行絮凝沉淀處理，將廢水中的泥沙懸浮物凝聚并沉淀下來(lái)。以1h內(nèi)廢水上清液體積和泥沙含固量的改變量來(lái)表征絮凝劑的絮凝性能，探討CPAM相對(duì)分子質(zhì)量(Mr)、離子度及用量與絮凝性能之間的關(guān)系，從而確定其在強(qiáng)酸性環(huán)境下的最佳使用參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，相對(duì)分子質(zhì)量600萬(wàn)～1400萬(wàn)，離子度10%～90%,北京沃特利源環(huán)保科技有限公司；HNO3，化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

AS200control型實(shí)驗(yàn)室篩分儀，德國(guó)Retsch公司；UWA-K-006電子秤，廈門聯(lián)貿(mào)電子有限公司；JJ-4六聯(lián)電動(dòng)攪拌器，常州國(guó)華電器有限公司；XY-105W鹵素水分儀，青島拓科儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取自制的去污液[10]，并將之與經(jīng)烘干的小于250μm的土壤顆粒按體積比1∶1混合，經(jīng)研磨清洗后得到泥沙含固量為50%的強(qiáng)酸性土壤清洗廢水。

在40℃水溫、200r/min下配制2g/L的CPAM溶液，取一定量該溶液加入廢水水樣中，在120r/min下攪拌1min，使絮凝劑與土壤膠粒充分接觸。記錄微絮體開始產(chǎn)生的時(shí)間，再在30r/min下攪拌20min，使微絮體進(jìn)一步相互接觸以生成更大的絮體。靜置30min，形成的絮體進(jìn)一步聚集并依靠重力自然沉降至燒杯底部。通過(guò)記錄上清液體積占總體積的百分比并在300℃條件下測(cè)定上清液泥沙含固量，即可驗(yàn)證所使用絮凝劑的絮凝性能[11]。

2 結(jié)果與討論

2.1 CPAM相對(duì)分子質(zhì)量與絮凝性能的關(guān)系

圖1為CPAM相對(duì)分子質(zhì)量與絮凝性能的關(guān)系。圖1表明，在其他條件相同的情況下，隨著CPAM相對(duì)分子質(zhì)量的增大，廢水上清液中的泥

沙含固量(q)降低，體積分?jǐn)?shù)(φ)增大。當(dāng)CPAM相對(duì)分子質(zhì)量為1400萬(wàn)(相對(duì)分子質(zhì)量在1400萬(wàn)以上時(shí)由于其在略高于室溫的條件下溶解度過(guò)低而難以配制成溶液)時(shí)，上清液泥沙含固量最低，體積分?jǐn)?shù)最大，CPAM絮凝性能最高。

隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，其絮凝性能逐漸提高。這是因?yàn)榫酆衔锵鄬?duì)分子質(zhì)量太小時(shí)吸附架橋作用較弱，而相對(duì)分子質(zhì)量增大則可增強(qiáng)這種作用，使絮團(tuán)迅速增大，從而有利于絮凝沉淀，但聚合物相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致聚合物水溶性變差，反而使其絮凝性能下降。

2.2 CPAM離子度與絮凝性能的關(guān)系

圖2為CPAM離子度與絮凝性能關(guān)系圖。圖2表明，在其他條件相同的情況下，隨著CPAM離子度的增大，廢水上清液中的泥沙含固量先降低，后升高，體積分?jǐn)?shù)先增大，后減小，當(dāng)CPAM離子度為30%時(shí)，上清液泥沙含固量最低，體積分?jǐn)?shù)最大，CPAM絮凝性能最高。

在酸性水溶液中，CPAM中的酰胺基會(huì)和H+發(fā)生如下反應(yīng)：

2.3 CPAM用量與絮凝性能的關(guān)系

CPAM用量與絮凝性能關(guān)系示于圖3。圖3

CPAM：(a)——離子度(Ion density)20%，2mg/L；(b)——離子度(Ion density)30%，2mg/L；(c)——離子度(Ion density)30%，13mg/L圖1 CPAM相對(duì)分子質(zhì)量與絮凝性能關(guān)系Fig.1 Relationship between the relative molecular mass of CPAM and flocculation performance

CPAM，Mr=1.4×107：(a)——2mg/L；(b)——13mg/L圖2 CPAM離子度與絮凝性能關(guān)系Fig.2 Relationship between the ion density of CPAM and flocculation performance

表明，在其他條件相同的情況下，隨著CPAM用量的增大，廢水上清液中的泥沙含固量先降低，后升高，體積分?jǐn)?shù)先增大，后減小，當(dāng)CPAM(相對(duì)分子質(zhì)量1400萬(wàn)，離子度30%)用量為13mg/L時(shí)，上清液泥沙含固量最低，體積分?jǐn)?shù)最大，CPAM絮凝性能最高，能在1h內(nèi)將泥沙含固量從50%降至6%。

Mr(CPAM)=1.4×107，離子度(Ion density)30%圖3 CPAM用量與絮凝性能關(guān)系Fig.3 Relationship between the concentration of CPAM and flocculation performance

當(dāng)絮凝劑用量較少時(shí)，電性中和少，吸附架橋作用較弱，起不到電荷中和與吸附架橋的作用。增大用量，初期吸附量增大，有利于吸附電中和與吸附架橋，使形成的絮體粒徑增加，沉降速率增大。但當(dāng)用量過(guò)大時(shí)，一方面，會(huì)使膠體粒子帶上異性電荷而重新處于穩(wěn)定狀態(tài)；另一方面，大量的絮凝劑吸附在懸浮顆粒上將其包裹而產(chǎn)生膠體保護(hù)作用，阻止架橋結(jié)構(gòu)的形成，因而絮凝性能反而降低。

3 結(jié) 論

(1)CPAM在強(qiáng)酸性環(huán)境下依然具有穩(wěn)定高效的絮凝性能；

(2)CPAM的絮凝性能隨著相對(duì)分子質(zhì)量(完全溶解)的增大逐漸升高，隨著離子度的增大先升高后降低，隨著用量的增加也是先升高后降低，當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量為1400萬(wàn)、離子度為30%、用量為13mg/L時(shí)，絮凝性能非常優(yōu)異，能在1h內(nèi)將泥沙含固量從50%降至6%。

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Flocculation Performance of Cationic Polyacrylamide Under the Condition of Strong Acidic Liquid

PENG Hao,ZHANG Yi,ZHENG Zuo-xi,LIU Yu-xin

China Insitute of Atomic Energy,P. O. Box 275(93),Beijing 102413,China

Cationic polyacrylamide(CPAM)was selected to treat the waste water with 50% solid sediment from soil-washing process. It was found that CPAM still performed well under the condition of strong acidic turbid liquid. With the relative molecular mass of 14million and the ion density of 30%,and at mass concentration is 13mg/L,CPAM exhibits the best flocculation performance,which reduces the content of solid sediment to 6% within one hour.

CPAM; coagulation-flocculation process; solid sediment

2014-05-12；

2014-09-11

彭 浩(1989—)，男，四川巴中人，碩士研究生，核燃料循環(huán)與材料專業(yè)

TL941.19

A

0253-9950(2015)01-0058-03

10.7538/hhx.2015.37.01.0058