本試驗(yàn)以瓜爾膠為試驗(yàn)材料，改性合成一種高 分子有機(jī)絮凝劑并摻污水環(huán)境進(jìn)行絮洗氣性能測(cè) 定，以期為開發(fā)新型天然改性絮凝劑提供理論基礎(chǔ)

1材料與方法

1.1材料

1.1.1改性瓜爾膠制備的原料與試劑詰物爪允 膠粉:淡黃色粉末;3-氯-2-羥丙基_

(69%);氫氧化鉀，分析純；甲醇溶液f 液(70% ~ 80%);催化劑。

1.1.2絮凝性能測(cè)定的原料與試劑

取代度0. 130 4,黏度為3 875 irfVs，含水量10. 1%; 2#樣膠粉:取代度0. 06,黏度為3 810mPa*s，含水量 12. 46%; 3#樣膠粉:取代度0. 086 7,黏度為4 500mPa •s，含水量10. 1%; 4#樣膠粉:取代度0. 13,黏度為 1 500 mPa，s，含水量 10. 1%;

硫酸鋁;三氯化鐵;聚丙烯酰胺；

高嶺土懸浮液：自來(lái)水1 000 mL加入10 g高嶺 土，攪拌15 min,沉降15 min,取上層液（透光率 24%);

藍(lán)黑墨水溶液：自來(lái)水1 000 mL加入數(shù)滴藍(lán)黑 墨水，攪拌15 min,沉降15 min(透光率21%);

活性污泥：自來(lái)水1 〇〇〇 mL加入10 g活性污泥， 攪拌15 min,沉降15 min后，取上層懸浮液（透光率 71%) 〇

1. 1. 3實(shí)驗(yàn)儀器電熱恒溫水浴鍋(上海躍進(jìn)醫(yī)療 器械廠)；JJ- 1增力電動(dòng)攪拌器(常州國(guó)華電器有限 公司）；JA1003電子天平（北京賽多里斯天平有限公 司）；818 型奧立龍 pH 計(jì)（OrionReserch，Inc, USA);， 電動(dòng)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（上海第二分析儀器廠)；722型分 光光度儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司）；凱氏定氮 裝置。

1.2方法

1.2.1改性瓜爾膠制備的反應(yīng)原理（1)3-氯-2

-羥丙基三甲基氯化銨在堿作用下進(jìn)行閉環(huán)。

H>C——CHCHxN4- (CH；j) ；^'l U；)H ^fM： —-CUCIUN-(CII:;t>；jCl UM)»C1 Cl on

(2)環(huán)氧丙基三甲基氯化銨與瓜爾膠粉進(jìn)行醚 化反應(yīng)。

(CHa) 3^1 + (C|8H3〇〇i5)n—CiyH^oOis—

0’

0II (C1HH;W015) n—C18H20015—0CH2CHCH2N' (Cll3) 3C1

OH

1.2. 2改性膠粉的合成方法合成反應(yīng)在三頸燒 瓶中進(jìn)行，反應(yīng)過程需要水浴加熱。首先，向燒瓶中 放入20%瓜爾膠粉,12% 3-氯-2-羥丙基三甲基 氯化銨，70%甲醇溶液,60 °C水浴加熱下低速攪拌， 同時(shí)滴加3%氫氧化鉀溶液，滴加完畢反應(yīng)2~ 3 h， 然后再次滴加1%氫氧化鉀溶液，并使水浴溫度升 至70 °C，反應(yīng)lh。將反應(yīng)好的料液離心，進(jìn)行固液 分離，用80%的乙醇溶液洗滌3次,將得到的濾餅 真空干燥，再粉碎、過濾即得到成品。

1.2. 3絮凝性能的測(cè)定方法實(shí)驗(yàn)中的改性瓜爾 膠均配制成2%的膠液,用膠液處理高嶺土懸浮液， 以處理后上清液的透光率為膠粉絮凝性能的衡量指 標(biāo)。實(shí)驗(yàn)中如無(wú)特殊說(shuō)明，則處理對(duì)象均為高嶺土 懸浮液，測(cè)定溫度25 °C，處理方式轉(zhuǎn)速為500 r/min, 攪拌15 min,沉降15 min,取上清液在600 nm波長(zhǎng)下 測(cè)透光率（以蒸餾水做空白樣）。

1. 2. 4股樣投入量對(duì)不同水樣絮凝效果的影響

(1)膠樣投入量對(duì)高嶺土懸浮液絮凝效果的影 響。取自來(lái)水100 mL,加入0. 222 g 1#樣配制成2% 膠液備用。依次用劑量為：0.005、0.01、0.02、0.05、 0. 1 mL的膠液處理100 mL高嶺土懸浮液，取上清液 在600 nm波長(zhǎng)下測(cè)透光率。

(2)膠樣投入量對(duì)藍(lán)黑墨水絮凝效果的影響。 取1#樣膠液處理藍(lán)黑墨水溶液，依次用劑量為: 0. 5、1. 5、3. 5、4. 5、5、6 mL的膠液處理100 mL藍(lán)黑墨 水溶液，取上清液在600 ran波長(zhǎng)下測(cè)透光率。

(3)膠樣投入量活性污泥絮凝效果的影響。用 1#樣膠液處理活性污泥水溶液，依次用劑量為:

0.005、0. 02、0. 05、0. 1、0. 2 mL 的膠液處理 100 mL 活 性污泥水溶液，取上清液在600 nm波長(zhǎng)下測(cè)透光率。

1.2. 5膠樣自身因素對(duì)絮凝效果的影響

(1)取代度對(duì)絮凝效果的影響。取〇.222gl# 樣，?. 228 g2#樣和0. 222 g3#樣分別配制成2%膠液 對(duì)高嶺土懸浮液作實(shí)驗(yàn)，加入劑量分別為：0.01、 0. 02、0. 05、0.1、0. 2 mL,測(cè)上清液的透光率。

(2)膠樣黏度對(duì)絮凝效果的影響。取0. 222 gl# 樣和0. 228 g4#樣分別配制成2%膠液對(duì)高嶺土懸浮 液作實(shí)驗(yàn)，加入劑量為：0.01、0.02、0.05、0.1、 0.2mL，測(cè)上清液的透光率。

1.2.6外界因素對(duì)絮凝效果的影響

(1)PH對(duì)絮凝效果的影響。用1#樣膠液處理 高嶺土懸浮液,在實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)高嶺土懸浮液的 pH至2, 4, 6, 8, 10, 12, 13,控制膠液的士n x «•位姓 0. 02/ 100 mL不變，測(cè)上清液的透光率。

(2)溫度對(duì)絮凝效果的影響。用1 高嶺土懸浮液，將實(shí)驗(yàn)溫度分別控 25 °C,膠液加入劑量均為：0.005、0.

0. 2 mL,測(cè)上清液的透光率。

(3)攪拌時(shí)間和攪拌速度對(duì)絮凝效果的影響。 分別用1#樣膠液和2#樣膠液處理高嶺土懸浮液， 膠液的加入量均為0. 02/ 100 mL,在實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)整 對(duì)高嶺土懸浮液的攪拌時(shí)間至5、10、15、20 min,控 制沉降時(shí)間15 min不變，測(cè)上清液的透光率。

分別用1#樣膠液和2#樣膠液處理高嶺土懸浮 液，膠液的加入量均為0. 02/ 100 mL，在實(shí)驗(yàn)過程中 調(diào)整對(duì)高嶺土懸浮液的攪拌速度至250、500、750、 1 000、1 250 r/min,保持?jǐn)嚢钑r(shí)間和沉降時(shí)間均為 15 min不變，測(cè)上清液的透光率。

(4)沉降時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響。分別用1#樣 膠液和2#樣膠液處理高嶺土懸浮液,膠液的加入量 均為0. 02/ 100 mL,在實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)整對(duì)高嶺土懸浮 液的沉降時(shí)間至5、10, 15、20、25 min,控制攪拌時(shí)間 15 min不變,測(cè)上清液的透光率。

1.2.7與常見的絮凝劑絮凝效果比較取硫酸鋁， 三氯化鐵以及聚丙烯酰胺(均為2%溶液）處理高嶺 土懸浮液，加入劑量均為:0. 005、0. 02、2 mL。將實(shí) 驗(yàn)結(jié)果與1#樣膠液處理高嶺土懸浮液的絮凝效果 做比較。

2結(jié)果與分析

2.1絮凝劑用量對(duì)不同水樣絮凝效果的影響

絮凝劑用量是決定絮凝效果的重要因素之一， 絮凝劑的不同劑量對(duì)3種水樣透光率影響，其結(jié)果 如圖1，圖2,圖3所示。

結(jié)果表明，水樣的透光率隨著膠液用量的增加 而升高，改性瓜爾膠的制備及其絮凝性能的研究,但當(dāng)處理高嶺土懸浮液和活性污泥的膠液 用量超過0. 05 mL/L,而處理藍(lán)黑墨水的膠液用量超 過4. 5 mL/L時(shí)，透光率反而呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，即 對(duì)于每一種水樣，均存在一個(gè)最佳投入量。

100 90 80 *7.0 #60 來(lái)50 鉑40 30 20 10 0

00.050. 10. 150.20.25

膠樣加入量/mL

圖3絮凝劑用量對(duì)活性污泥絮凝效果的影響

2.2膠樣自身因素對(duì)絮凝效果的影響

2. 2. 1取代度對(duì)絮凝效果的影響1#、2#和3#膠 液的不同劑量處理高嶺土懸浮液，其結(jié)果如圖4所 示。試驗(yàn)表明，1#樣膠液、2#樣膠液、3#樣膠液的取 代度依次降低，在膠樣加入量同為0. 02 mL/L的情況 下，1#樣膠液的絮凝效果最好，透光率達(dá)到100%, 2#樣膠液的透光率為93%,而3#樣膠液絮凝效果 最差，僅為85%。說(shuō)明取代度較大的改性膠粉絮凝 效果好于取代度較小者。 

1#膠液（3 875 mPa_S)，采用不同黏度1#樣膠液和 4#樣膠液的不同劑量處理高嶺土懸浮液，其結(jié)果如 圖5所示。1#膠液的透光率峰值為0.05 mL/L,而 4#膠液的峰值為0. 1 ml/L,說(shuō)明粘度高的1#膠液絮 凝效果好于4#膠液。

圖6 pH對(duì)絮凝效果的影響 2.3外界因素對(duì)絮凝效果的影響 2.3. 1 pH對(duì)絮凝效果的影響通過改變高嶺土懸 浮液的pH值，用1#樣膠液處理高嶺土懸浮液，其結(jié) 果如圖6所示。膠粉在酸性條件下的絮凝效果好于 堿性條件下的絮凝效果，當(dāng)pH大于10時(shí)，透光率有 所下降，但仍大于90%。說(shuō)明改性膠粉的使用范圍 較寬，不存在最適pH。

2. 3. 2溫度對(duì)絮凝效果的影響采用不同的溫度， 用1#樣膠液處理高嶺土懸浮液，其結(jié)果如圖7所 示。水溫從24 °C降低到? °C以下時(shí)，絮體生成速度 降低約30%。在低溫條件下，必須増加絮凝劑用 量。同時(shí)，溫度降低，水的黏度増大，從而增加水對(duì) 絮凝體的撕裂作用，使絮體變得細(xì)小，不易分離[5]。 0 °C和8 °C的測(cè)定結(jié)果與在25 °C的測(cè)定結(jié)果相比 較，在低加入量時(shí)絮凝效果有一定差距，但是上清液 吸光度的峰值基本沒有改變。說(shuō)明溫度對(duì)絮凝效果 —38 — 影響甚微，這類復(fù)合絮凝劑性能穩(wěn)定,使用的溫度范 圍寬。

2.3. 3 攪拌時(shí)間和撹拌速度對(duì)絮凝效果的影響 用1#樣膠液和2#樣膠液處理高嶺土懸浮液， 通過改變高嶺土懸浮液的攪拌時(shí)間和攪拌速度，其 結(jié)果如圖8、圖9所示。在以500 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌 高嶺土懸浮液時(shí)，其透光率達(dá)到最大…^ 以15 min為宜，時(shí)間過長(zhǎng)或過短都會(huì)^率下降。

使得絮凝劑的固體顆粒不能充分交聯(lián)吸附，從而不 利于絮凝劑絮凝膠體顆粒，且絮凝劑的濃度分布不 均勻，不利于發(fā)揮絮凝作用[7]。

2.3.4沉降時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響用1#樣膠液 和2#樣膠液處理高嶺土懸浮液，改性瓜爾膠的制備及其絮凝性能的研究,改變沉降時(shí)間，其 結(jié)果如圖10所示。結(jié)果表明15 min為適宜的沉降 時(shí)間，經(jīng)過15 min后，上清液的的吸光度不再產(chǎn)生變 化。

120 r

20

0

_硫酸鋁口三氣化鐵□聚丙烯酰胺□改性瓜爾膠 圖11不同絮凝劑和處理效果 2.4與常見的絮凝劑絮凝效果比較

1#樣膠液、硫酸鋁、三氯化鐵以及聚丙烯酰胺 (均為2%溶液)，處理高嶺土懸浮液，其結(jié)果如圖11 所示。改性瓜爾膠在用量?jī)H為0.005 mL/L的情況下 就能達(dá)到透光率96%的絮凝效果，此時(shí)聚丙烯酰胺 的透光率為59. 5%，而其它的兩種傳統(tǒng)絮凝劑的透 光率不到20%，遠(yuǎn)低于改性瓜爾膠。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn) 過程中只有改性瓜爾膠能達(dá)到100%的透光率。

3討論 3.1絮凝性能探討

3.1.1絮凝機(jī)理的討論絮凝過程的機(jī)理主要表 現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面是中和懸浮物質(zhì)的電荷，使其 產(chǎn)生凝聚作用；另一方面是通過懸浮物質(zhì)之間的交 聯(lián)吸附產(chǎn)生絮凝作用[8]。

之所以會(huì)出現(xiàn)加入過量膠樣使絮凝效果下降的 現(xiàn)象，是因?yàn)樵趲ж?fù)電荷的高嶺土懸濁體系中加入 的陽(yáng)離子絮凝劑具有對(duì)帶負(fù)電荷的膠體粒子的電荷 中和及吸附架橋的雙重作用，而當(dāng)膠液過量時(shí)，整個(gè) 體系變?yōu)閹д姾?，由于同種電荷相互排斥,架橋困 難，使絮體再分散[9]。藍(lán)黑墨水為溶液體系，顆粒較 小，比高嶺土和活性污泥的懸浮液體系中的大顆粒 架橋困難，因此膠液的用量增加。

取代度和陽(yáng)離子基團(tuán)的數(shù)目成正比，根據(jù)絮凝 機(jī)理，膠粉側(cè)鏈結(jié)合的陽(yáng)離子基團(tuán)增加，電荷中和會(huì)巨 力增加，絮凝能力增強(qiáng)。黏度的大小顯示了膠粉分 子量的大小，同理，當(dāng)一定的取代度時(shí)，隨著黏度增 加，分子量增大，吸附并與更多的高嶺土顆粒架橋, 使絮凝顆粒變大，從而使絮凝能力增強(qiáng)^。本研究 結(jié)果顯示取代度和黏度較大的改性膠粉絮凝效果較 好，與理論相符。

3. 1.2絮凝劑的用量的比較盛雪芹，丁永生等以 純天然玉米芯粉末為原料，改性瓜爾膠的制備及其絮凝性能的研究,對(duì)其進(jìn)行改性，在分子結(jié) 構(gòu)中引入季銨基團(tuán),使其陽(yáng)離子化，制備出一種季銨 鹽型絮凝劑CNPF,在處理L 0 g/L的高嶺土懸浮液 時(shí)，CNPF的最佳用量為1 mL/L[1()]。馮云生,趙欣等 以馬鈴薯淀粉為原料，與聚丙烯酰胺接枝聚合，在引 入叔胺基團(tuán)制備出絮凝劑PSF，同樣處理1.0 g/L的 高嶺土懸浮液，PSF的最佳用量為4 mg/L[11]。試驗(yàn) 表明1#樣改性瓜爾膠在10 g/L的處理高嶺土懸浮 液時(shí)，其用量?jī)H為0. 2 mL/L，按配制時(shí)2%換算，即 為0.044 mg/L。顯然，改性瓜爾膠的用量遠(yuǎn)低于以 上兩種絮凝劑，這使得實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中的運(yùn)行成本大 大降低。

3.1.3 pH對(duì)絮凝效果的影響嚴(yán)文瑤等采用硝酸 鋪銨為引發(fā)劑，淀粉接枝丙烯酰胺單體，并使其陽(yáng) 離子化，制得陽(yáng)離子型改性絮凝劑CSGM。結(jié)果表 明陽(yáng)離子絮凝劑CSGM處理工業(yè)廢水 響較大。在pH小于5左右時(shí)，處理 劉明華和張宏以淀粉為原料，通過化f 復(fù)合型高分子絮凝劑CF21,在絮凝劑 定的情況下(80 mg/L)，廢液pH值在 

適當(dāng)增大廢液的pH值有利于提高絮凝效果；當(dāng)pH

值超過6時(shí)，絮凝效果則隨著pH值的增大而降低。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CF2絮凝劑適用的pH值范圍偏酸 性[12]。

對(duì)于對(duì)于高嶺土懸浮液體系，無(wú)論陽(yáng)離子度高 低，體系PH= 8左右時(shí)絮凝能力最強(qiáng)，當(dāng)PH< 8時(shí)， 隨著pH增加，高嶺土所帶的負(fù)電性增加，故與聚合 物吸附能力增加，絮凝能力增強(qiáng)，當(dāng)pH> 8時(shí)，將改 變改性膠粉的結(jié)構(gòu),分子鏈將卷曲，從而降低了絮凝 能力[13]。而本研究中的改性瓜爾膠幾乎不受pH的 影響，在pH值小于10時(shí)的透光率基本相同，即使在 pH值為13時(shí)透光率仍可達(dá)到90%以上，說(shuō)明此改 性瓜爾膠不但性能穩(wěn)定，而且具有寬廣的應(yīng)用范圍。 3.2工藝改良

在改性瓜爾膠的制備當(dāng)中，通常黏度和取代度 高的產(chǎn)品絮凝效果較好，但是二者之間并不是線性 關(guān)系，如何調(diào)整二者之間的比例，使得改性瓜爾膠的 絮凝性得到進(jìn)一步提高，值得繼續(xù)探討。由于影響 改性淀粉絮凝效果的因素是多方面的，除絮凝劑本 身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還跟水處理工藝有著密切 的關(guān)系。通常情況下，pH值、溫度、絮凝劑用法及用 量等都會(huì)影響絮凝效果，因此應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)絮凝處理 工藝的研宄，以優(yōu)化改性淀粉絮凝劑的性能。

4結(jié)論

通過研究改性瓜爾膠絮凝劑處理污水的效果， 改性瓜爾膠的制備及其絮凝性能的研究,以及pH值、反應(yīng)溫度、黏度、交聯(lián)度等因素對(duì)高嶺 土懸浮液絮凝效果的影響。結(jié)果表明，特性黏度為 3 000~ 5 000 nJVs,交聯(lián)度13%的改性膠粉絮凝效 果較好。這種改性瓜爾膠在處理高嶺土懸浮液時(shí)， 其用量?jī)H為0.2 mL/L。對(duì)一般的改性瓜爾膠而言, 以500 mPa*s的轉(zhuǎn)速攪拌15 min,沉降15 min,絮凝效

果最佳。溫度、pH對(duì)改性瓜爾膠的絮凝效果影響較小。采用改性瓜爾膠處理廢液時(shí)，藥劑的投加及浮選或沉降設(shè)施，可利用現(xiàn)有處理設(shè)施，無(wú)需增建，且運(yùn)行成本低，適用范圍廣，操作簡(jiǎn)單，使用方便，幾乎不產(chǎn)生再生性污染，且溫度、pH對(duì)改性瓜爾膠的絮凝效果影響較小。改性瓜爾膠是一種適用范圍廣,使用條件低的優(yōu)良絮凝劑，因此具有推廣應(yīng)用價(jià)值。