黃秀燕

(閩南科技學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，福建 泉州 362331)

近二三十年來(lái)，國(guó)際制石業(yè)的發(fā)展非常迅速。石材的成分非常復(fù)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(shù)石材加工企業(yè)都只對(duì)此類(lèi)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(shù)百度，多則數(shù)千度[2]，石材加工廢水的排放給周邊水體造成了嚴(yán)重的污染。目前石材加工企業(yè)在廢水處理方面存在著投入不足、技術(shù)落后、處理成本高等問(wèn)題，這些問(wèn)題正在成為制約石材產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[3]。因此，研發(fā)行之有效且成本低廉的石材廢水處理技術(shù)成為解決以上問(wèn)題的關(guān)鍵。用絮凝劑處理石材加工廢水，是解決污水污染環(huán)境問(wèn)題的必要手段和重要處理技術(shù)，尤其在水處理方面具有很大的發(fā)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(shí)間長(zhǎng)、成本高。

目前，將改性淀粉和聚丙烯酰胺(PAM)協(xié)同使用，用于石材加工廢水處理的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本文制備改性淀粉并和聚丙烯酰胺協(xié)同使用，用來(lái)提高對(duì)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(xié)同使用，對(duì)石材加工廢水進(jìn)行絮凝處理，研究投加量對(duì)處理石材加工廢水的絮凝效果，并對(duì)比研究改性淀粉-聚丙烯酰胺協(xié)同使用和絮凝劑單獨(dú)使用的處理效果，為開(kāi)發(fā)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(yīng)用參考。

1 實(shí)驗(yàn)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(huán)氧丙基三甲基氯化銨，w≥95%，100 g；聚丙烯酰胺，MW≥1000萬(wàn)，國(guó)藥，500 g；七水合硫酸亞鐵，500 g，AR；蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)所用原水水樣來(lái)自福建省南安市某石材加工廠，該廢水的主要指標(biāo)：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(shù)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(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；PHS-25型pH計(jì)，上海鵬順科學(xué)儀器有限公司；SH-2005H型便攜式濁度儀，上海海恒機(jī)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(yīng) 30 min 進(jìn)行糊化；在水浴過(guò)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(huán)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(yīng) 5 h 后得到季銨化淀粉絮凝劑[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性淀粉對(duì)石材加工廢水的處理效果

取 200 mL 經(jīng)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(shí)驗(yàn)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(duì)石材加工廢水的處理效果，結(jié)果如圖1所示。

圖1 改性淀粉投加量對(duì)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(dá)到97.8%。改性淀粉的投加量太小時(shí)，絮凝劑的吸附架橋作用和電中和作用較為弱，導(dǎo)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(qiáng)。然而，當(dāng)絮凝劑投加量達(dá)到一定的量時(shí)，再加入絮凝劑，會(huì)使懸濁液的表面達(dá)到飽和狀態(tài)，變得更加穩(wěn)定而導(dǎo)致絮凝效果變差。

2.2 聚丙烯酰胺對(duì)石材加工廢水的處理效果

取 200 mL 經(jīng)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(shí)驗(yàn)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(duì)石材加工廢水的處理效果，結(jié)果如圖2所示。

圖2 PAM投加量對(duì)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(xù)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?yàn)殡S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(xù)增加PAM的投加量，絮凝劑把水中膠粒包裹起來(lái)，使其較穩(wěn)定，難以通過(guò)絮凝架橋作用而去除。

2.3 改性淀粉-聚丙烯酰胺協(xié)同使用的處理效果

取 200 mL 經(jīng)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行協(xié)同使用，考察聚丙烯酰胺投加量對(duì)石材加工廢水的處理效果，結(jié)果如圖3所示。

圖3 PAM協(xié)同投加量對(duì)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(huì)隨著PAM的用量增加而增加，在PAM用量為 0.2 g 時(shí)效果達(dá)到最好的狀態(tài)，濁度去除率達(dá)到99.3%。分析以上現(xiàn)象出現(xiàn)的原因：改性淀粉與PAM協(xié)同使用，它們的吸附架橋作用以及電中和作用因?yàn)橄嗷プ饔枚訌?qiáng)，所以對(duì)廢水的絮凝效果也就增強(qiáng)了。

2.4 不同絮凝劑處理效果的對(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)石材加工廢水原水的處理效果，結(jié)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(duì)廢水的處理效果只達(dá)到了87%；加入 0.7 g 的PAM，其對(duì)廢水的處理效果也僅僅達(dá)到89.8%；而同時(shí)加入 7 mL 的改性淀粉和 0.7 g 的PAM，改性淀粉-PAM協(xié)同使用，對(duì)廢水的處理效果可以達(dá)到98%，協(xié)同使用處理的效果優(yōu)于單獨(dú)使用的絮凝劑。

圖4 不同絮凝劑對(duì)石材加工廢水原水的處理效果

3 結(jié)論

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