高分子絮凝劑CPF合成和用于生活污水處理研究報告

1、個人資料整理 僅限學習使用5種無機絮凝劑與 CPF絮凝劑單獨處理和復配處理效果比較如表1和表2所示。個人資料整理 僅限學習使用2 5種無機絮凝劑與 CPF絮凝劑單獨、復配處理生活污水的效果對比高分子絮凝劑CPF的合成和用于生活污水處理研究摘要:通過改變水溶液聚合配比、溫度和時間等得出合成高分子絮凝劑CPF的最佳工藝條件。并將合成的 CPF絮凝劑與5種無機絮凝劑進行復配，對生活污水進行絮凝處理，優(yōu)化 出CPF與無機絮凝劑的最佳復配方案。采用最佳復配方案，進行了絮體回用效果實驗，為CPF絮凝劑在水處理中的應用提供了重要的科學依據(jù)。關鍵詞：高分子絮凝劑 CPF。無機絮凝劑。生活污水甲基丙烯酰氧乙基三

2、甲基氯化錢(DMC是一種重要的陽離子單體，它的均聚物與丙烯酰胺(AM合成產(chǎn)生的共聚物聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化錢(cationic polymeric flocculant-DMC copolymer , CPF是一種多功能、高活性的陽離子高分子絮凝劑。在眾多高分子絮凝 劑中，CPF以電荷度可控、電荷分布均勻、分子量高、適用范圍寬、成本低而備受矚目； 除上述特點外，CPF還具有在水處理中用量小、絮凝速度快、產(chǎn)生污泥量少、處理效率高 等諸多優(yōu)點，而且使用后易為環(huán)境中微生物所分解1。CPF在美國、日本等國廣泛用于石油、造紙、食品加工和印染紡織等工業(yè)廢水和生活污水的凈化處理，目前已成為最重要的 一

3、類陽離子粉末產(chǎn)品，而國內(nèi)的CPF的生產(chǎn)能力低，在水處理中的應用也不廣泛2。l高分子絮凝劑CPF的合成1. 1試劑與儀器DMC , 70. 28%的水溶液；AM ; K2s208; NaHSO3 ;通N2裝置；恒溫裝置；烏氏粘度 計。1. 2實驗方法將一定量的DMC水溶液與AM水溶液按比例混合，置于反應容器中，加蒸儲水稀釋到所 需濃度，通N215 min,然后將適量的 K2s2O8/NaHSO3溶于水后加人到混合溶液中，并 繼續(xù)通N2 10 min。將反應容器口密封后置于50cI=恒溫水浴中反應數(shù)小時后停止，即得CPF,經(jīng)烏氏粘度計測定后，用其特性粘度表征其相對分子質(zhì)量的大小。通過改變陽離子單體

4、用量、反應時間和反應溫度的多次正交實驗，得出 CPF的最佳聚合條 件：單體配比為 DMC%(質(zhì)量 為40%-60% , DMC水溶液的濃度為14%18% ,反應時 間為45 h,反應溫度為4555c。在此反應條件獲得的 CPF產(chǎn)品的特性粘度為 744. 6mL/g。目前生活污水處理中常用的無機絮凝劑有：FeCI3、FeSO4、Fe2（SO43、AICI3和AI2（SO43等3、4。先將CPF絮凝劑與上述5種無機絮凝劑在各自最佳投加量的條件下 進行效果對比實驗，再將 CPF絮凝劑分別與 FeCI3、FeSO4、Fe2（SO43、AICI3和 AI2（SO43 5種無機絮凝劑復配，考察復配使用的效

5、果。2. 1試劑與儀器CPF,自制（Y =7446 mL/g;三氯化鐵，分析純；硫酸亞鐵，分析純；硫酸鐵，分析純；三氯化鋁，分析純；硫酸鋁，分析純；COD測定試劑；DF-101B電動磁力恒溫攪拌器；PHS. 3B精密pH計；JHR-2型節(jié)能COD恒溫加熱器。2. 2生活污水水質(zhì)水樣為西南科技大學生活污水，其主要水質(zhì)指標為COD 360 mg/L; SS 150 mg/L; pH7. 2（本文中，生活污水處理實驗均采用此水樣。2. 3出水水質(zhì)控制指標出水水質(zhì)控制指標執(zhí)行國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002 一級標準，即 COD 60 ms/L; SS 攪 拌下將一定量的6種

6、絮凝劑分別投入 6個燒杯中，攪拌3 min后，降低轉(zhuǎn)速至40 r/min , 攪拌5 min。靜置20 min后，取上層清液進行水質(zhì)分析。復配處理：取1000 mL污水樣于1000 mL燒杯中，在高轉(zhuǎn)速（100120 r/min攪拌下加入 一定量的無機絮凝劑，攪拌1. 5 min后加入CPF絮凝劑，再攪拌1. 5 min后，降低轉(zhuǎn)速至40 r/min,攪拌5 rain后靜置20 min ,取上層清液進行水質(zhì)分析。2. 5水質(zhì)分析COD測定采用重銘酸鉀法（GB11914, pH測定采用玻璃電極法（GB6920 1986, SS測定 采用濾紙法。2. 6實驗結(jié)果個人資料整理 僅限學習使用襄1 6種

7、紫疆劑處理生活污水效果Table 1 EffecU of six kinds of nocculante treatingdomeivlic sewage絮凝制 用“(mg/L)COD耀度 (mg/L)COD去除率(%)S3戰(zhàn)度(mg/L)SS去除率(*)CPF 2.65S.083內(nèi)10.4力FcClj901現(xiàn)061.429.780.2FeSO.80】，669.071.482. 1Fe式 SO.)# 70118. t674227.38L7AICI,5093.274. t16.1肛多Al2 ( SO*) j 40J 54. 457. 138.674.3由表1可知，與FeCI3、FeSO4、Fe2

8、(SO43、AICI3和Al2(SO43 , 5種無機絮凝劑相比,CPF絮凝劑用量最少，且處理效果最好。 5種無機絮凝劑中，以 AICI ,處理效果最好， FeSO4次之，Al2(SO43最差。CPF絮凝劑的絮凝機理主要是吸附電中和機理和吸附架橋 機理。CPF的高分子鏈上帶有正電荷，其化學結(jié)構(gòu)為：CHCONH,TCHCH也-的叫一COOCjHCHjhCl +表2 CPFJR凝劑與無機絮藻亦I復網(wǎng)的處理效果Tabk 2 Treatment cfTects of composite flocsconfit度 (mL)COD去除率 (%)(S3去除率(*)CPF / Fed,31589.313.59

9、L0CPF -+ FrSOj2隊492.17.894. aCPF + FiSOJj34.690.49,593,7CPF + AlCIi14.496.03,297.9CPF+ AlSOJj肛786.216.489. 1膠體表面一般帶負電荷，加入的CPF絮凝劑被吸附在膠體顆粒上，使膠體顆粒表面電荷中和，降低了 E電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。溶液膠粒對高分子有強烈吸附作用， CPF絮凝劑具有線性結(jié)構(gòu)，加人溶液后，一端被吸附在一個膠粒表面，未被吸附的一端會 被其他膠粒吸附，形成一個高分子鏈狀物，同時吸附在2個以上的溶液膠粒表面。高分子把大量膠粒連接在一起，就形成了肉眼可見的粗大、易沉的絮體。吸附

10、電中和和吸附架橋 機理的綜合作用，使 CPF絮凝劑具有良好的絮凝效果。由表2可知，上述5種無機絮凝劑與 CPF絮凝劑復配后的處理效果均有很大提高。其中， AICI3與CPF絮凝劑復配使用的處理效果最好，F(xiàn)eSO4次之，Al2(SO43最差。因此，在實際處理中，宜采用 AICI3與CPF絮凝劑復配。因CPF絮凝機理主要是吸附電中和機理和吸附架橋機理，無機絮凝的絮凝機理則主要體現(xiàn)在壓縮雙電層機理和沉淀網(wǎng)捕機理上，當CPF絮凝機與無機絮凝劑復配使用時，上述機理產(chǎn)生協(xié)同作用，使絮凝效果大大增強。在復配過程中，先加入無機絮凝劑再加入有機絮凝 劑，可認為先起絮凝作用的是壓縮雙電層機理和沉淀網(wǎng)捕機理，吸附電

11、中和機理及吸附架 橋機理起協(xié)同作用，并對前述機理加以強化。CPF絮凝劑與AICI3復配處理生活污水的最佳絮凝條件在上述5種無機絮凝劑中，AICI3與CPF絮凝劑的復配效果最好，通過正交實驗優(yōu)化確定 CPF+AICI3復配絮凝劑在生活污水處理中的最佳絮凝條件(最佳用量和最佳 pH值 。結(jié)果如表3和表4所不。袤3 CPFJR策劑與AIC。的投加量對處理效果的影晌Table 3 Treatment efTects 的d dos$ of CPF and AlCJjCPF + AlCtjCQD濃度COD去除率的濃度SS去除率投加牘(mg/L)(mL)(%)(mi/L)(%)0,5+7100.47, t3

12、2 9780.N * 268,481.023.084,7L i + 1337 A89.712.99L41.4 + 1723.493.58.6W.3L7 +20】3.396.33.098.02.0* 2314.4%.o3.25,92.3+2617 c95,24.497. 12,6+29榻492. J6.295*9衰4 復配紫凝劑在不同pH值條件下的處建效果Table 4 Treatment efTeds M mnipo$it。flocsunder difTeredt pH condtdonspH值COD也度m/LCOD去除率(%)SS椎度 (mg/L)ss去除率(%)43工189.714.490

13、.453E091.48.694.3618.494.94.796,9113,396.33.092,0flB.796.23,393 8g20.99% 27.49S, 11034.690.4iik792.2由表3可知，1. 7 mg/L CPF絮凝劑與20 mg/LAICI3復配使用效果最好， COD、SS的 去除率分別為：96. 3%和98. 0% ,完全能夠達到出水水質(zhì)控制指標。由表3還可看出，當CPF+AICI用量為0. 5+71. 1 + 13 mg/L時，絮凝效果不太理想， 當用量增至1. 4+17 mg/L時，通過絮凝劑的電中和和吸附架橋作用，E電位逐漸降低，絮凝效果逐漸增強至最佳。此后

14、，再增大其用量，膠粒間會出現(xiàn)斥力和毫電位增加，使已 形成的絮體重新分散為穩(wěn)定的膠體，絮凝效果反而減弱；同時，也由于過量的絮凝劑將廢 水中的膠體顆粒表面的活性點包裹，使吸附架橋變得困難，導致絮凝效果變差。因此，其 最佳用量應為 1 . 4 +17 mg/L。由表4可知，當pH值在69范圍內(nèi)，COD及ss的去除率均較高。pH值在6以下或9以 上，COD及ss的去除率均呈下降趨勢。這也是因為pH值較低時，大量的 H+可以壓縮雙電層的方式降低 E電位，使原本帶負電荷的有機質(zhì)微粒成為中性分子，因而不易被絮凝劑 所吸附；當pH值較高時，一方面大量的 OH 一增大了 E電位，使膠體出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象，另一 方面，

15、大量的OH-吸附在絮凝劑表面，使其對有機微粒的吸附作用減小，所以 pH值過低 或過高均導致處理效果變差。因出水水質(zhì)控制指標對pH值的要求為69,故在實際處理時，無須調(diào)節(jié)pH值便可使用。4絮體回用效果實驗根據(jù)絮體產(chǎn)生機理，將絮凝過程中產(chǎn)生的絮體返回使用，絮體在溶液中分散后可增加溶液 中的晶核，也就是說此時的絮體也具有一定的絮凝作用。將絮體回用處理廢水，可減少絮 凝劑的用量，節(jié)約處理成本。將 CPF+AICI3復配絮凝劑處理生活污水產(chǎn)生的絮體回用，考 察絮凝劑用量的減少量和處理效果。1試劑與儀器同1. 1。2實驗方法取1000 mL污水樣于1000 mL燒杯中，在高轉(zhuǎn)速 （100120 r/rai

16、n下加入20 mg/L的 A1C1 ,攪拌1. 5 min后，加入1. 7 mg/L的CPF絮凝劑繼續(xù)攪拌5 min后靜置20 rain。另取1000 mL污水樣于另一只 1000 mL燒杯中，在中轉(zhuǎn)速（80 r/ min攪拌下，將上次絮凝產(chǎn)生的絮體量的一半投入污水中，攪拌 0. 5 min后，提高轉(zhuǎn)速， 再先后分別加入一定量的A1C13和CPF絮凝劑。如此重復實驗若干次 （每次回用的絮體量均為上次實驗產(chǎn)生絮體量的一半 。最后取各燒杯中的上層清液分別進行水質(zhì)分析。4. 3實驗結(jié)果與討論絮體回用實驗中每次投加的絮凝劑量和處理效果如表5所示。*5紫柒招用及處理效果Table S Floccuhnt

17、 douge and treUnent effect聚體回 用及%)CPF + ALClj 投加量(叫/LCOD辨去除率 (%)CO口激度 )(mg/L)去除率 (%)旃?jié)舛群螅倮^續(xù)減少用量，處理效果 明顯下降。這是因為絮體的回用，一方面可以增加晶核，減少絮凝劑的用量，另一方面破 碎的絮體要再次沉降也需消耗絮凝劑，因此絮凝劑用量的減少也是有一定限度的。所以，采用絮體回用的方法，CPF+AIC13復配絮凝劑的用量最多可減至1. 0+11 . 4 mg/L,且處理效果仍然很理想，處理結(jié)果大大優(yōu)于出水水質(zhì)控制指標。5 CPF絮凝劑用于生活污水處理成本CPF單獨使用或與無機絮凝劑復配使用，其效果均明

18、顯優(yōu)于FeC13、FeSO4、Fe2(SO43、A1C13和Al2(SO43等無機絮凝劑。目前生活污水處理常采用的是生化法，生化法中生化處理部分(主要是耗氧曝氣部分 每立方水電耗為 0. 3 kWh,按0. 45元/度計。CPF絮凝 劑(干基的單價為55元/kg, A1C13的單價為2元/kg。其他工序費用2種工藝大致相 同。采用CPF+A1C13復配絮凝劑進行絮凝處理的效果及成本與生化法的比較：采用絮凝法成本為0. 078元/立方(出水COD,采用生化法成本為 0. 135元/立方(出水COD。通過比較不難看出，采用 CPF+A1C1復配絮凝劑進行處理，無論處理成本還是出水水質(zhì)均明顯優(yōu)于生化法，加之生 化法占地面積大、機械設備多、投資大、運行費用高，而絮凝法設備簡單、操作簡易、運 行費用低，基于以上比較，可在污水處理廠中推廣運用此法。6小結(jié)實驗證明，CPF絮凝劑與A1C13復配處理生活污水有很好的處理效果，COD和ss的去除率分別為96. 3%和98. 0% ,將絮體回用，CPF絮凝齊【J與A1C13的用量可分別降低至 1. 0+11 . 4 ms/L, COD和ss的去除率分別為 95. 4%和97. 4%。在保證良好處理效果 的同時，CPF絮凝劑在城市污水處理中的應用還能有效降低處理成本，值得推廣使用。特別是經(jīng)CPF+A1C13復配絮凝