水處理絮凝劑聚丙烯酰胺在強酸性環(huán)境下的絮凝性能
近年來(lái),隨著(zhù)核技術(shù)在工農業(yè)、醫療、地質(zhì)、科研等領(lǐng)域的廣泛應用,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)根據污染核素在放射性污染土壤中的分布規律,用物理篩分和化學(xué)去污相結合的方法去除污染核素。清洗后的土壤可回填或當做極低放廢物處置,而含有污染核素的廢水則當做放射性廢水處置,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(zhù)良好的實(shí)際應用前景。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用,因此有必要對土壤清洗廢水進(jìn)行預處理,使之循環(huán)利用,以減少二次廢物的產(chǎn)生。當前,絮凝沉淀法作為國內外普遍接受的水處理方法,既經(jīng)濟又簡(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)作水處理絮凝劑對土壤清洗廢水進(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,從而確定其在強酸性環(huán)境下的最佳使用參數。
1實(shí)驗部分
1.1試劑與儀器
陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺,相對分子質(zhì)量600萬(wàn)~1400萬(wàn),離子度10%~90%;HNO3,化學(xué)純;AS200control型實(shí)驗室篩分儀,德國Retsch公司;UWA-K-006電子秤,廈門(mén)聯(lián)貿電子有限公司;JJ-4六聯(lián)電動(dòng)攪拌器,常州國華電器有限公司;XY-105W鹵素水分儀,青島拓科儀器有限公司。
1.2實(shí)驗方法
取自制的去污液,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(kāi)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℃條件下測定上清液泥沙含固量,即可驗證所使用絮凝劑的絮凝性能。
2結果與討論
2.1CPAM相對分子質(zhì)量與絮凝性能的關(guān)系
圖1為CPAM相對分子質(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(zhù)CPAM相對分子質(zhì)量的增大,廢水上清液中的泥沙含固量(q)降低,體積分數(φ)增大。當CPAM相對分子質(zhì)量為1400萬(wàn)(相對分子質(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,體積分數最大,CPAM絮凝性能最高。
隨著(zhù)相對分子質(zhì)量的增大,其絮凝性能逐漸提高。這是因為聚合物相對分子質(zhì)量太小時(shí)吸附架橋作用較弱,而相對分子質(zhì)量增大則可增強這種作用,使絮團迅速增大,從而有利于絮凝沉淀,但聚合物相對分子質(zhì)量過(guò)大也會(huì )導致聚合物水溶性變差,反而使其絮凝性能下降。
2.2CPAM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(zhù)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,體積分數先增大,后減小,當CPAM離子度為30%時(shí),上清液泥沙含固量最低,體積分數最大,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:隨著(zhù)離子度的增大,CPAM分子鏈上陽(yáng)離子基團,即—NH+3增多,分子鏈之間的靜電排斥作用增強,高分子鏈更加伸展,有利于架橋效應,且負電粒子的中和作用加強,有利于絮凝沉淀;但離子度過(guò)大時(shí),分子鏈上陽(yáng)離子基團過(guò)多,使絮凝劑與膠體顆粒的吸附作用增加,導致能夠橋聯(lián)的結構減少,廢水中顆粒表面的負電荷完全中和后,剩余正電荷使顆粒表面電荷性質(zhì)反轉,顆粒間斥力增大,反而不利于絮凝。
2.3CPAM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表明,在其他條件相同的情況下,隨著(zhù)CPAM用量的增大,廢水上清液中的泥沙含固量先降低,后升高,體積分數先增大,后減小,當CPAM(相對分子質(zhì)量1 400萬(wàn),離子度30%)用量為13mg/L時(shí),上清液泥沙含固量最低,體積分數最大,CPAM絮凝性能最高,能在1h內將泥沙含固量從50%降至6%。
當絮凝劑用量較少時(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)生膠體保護作用,阻止架橋結構的形成,因而絮凝性能反而降低。
3 結 論
(1)CPAM在強酸性環(huán)境下依然具有穩定高效的絮凝性能;
(2)CPAM的絮凝性能隨著(zhù)相對分子質(zhì)量(完全溶解)的增大逐漸升高,隨著(zhù)離子度的增大先升高后降低,隨著(zhù)用量的增加也是先升高后降低,當相對分子質(zhì)量為1 400萬(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內將泥沙含固量從50%降至6%。