阳离子淀粉对焦化废水的脱色性能研究

李琛

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001）

阳离子淀粉对焦化废水的脱色性能研究

李琛

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001）

以红薯淀粉为原料，以2，3－环氧丙基三甲基氯化铵为阳离子醚化剂，氢氧化钠为碱性催化剂制备阳离子淀粉絮凝剂。根据单因素试验和正交实验，研究并优化了最佳脱色条件。实验结果表明，最佳脱色条件为：投加量2 g／L、pH 10、搅拌时间90 min。最佳脱色条件下的脱色率可达91.93% ；各因素对脱色率的影响顺序依次为：pH＞搅拌时间＞投加量。

阳离子淀粉；焦化废水；脱色率；COD

当前全球水资源短缺，水质恶化，水污染已成为影响人类生活的重要环境问题之一。焦化废水一直是国内外污水处理的一大难题，几十年来尚未有突破性的进展。焦化废水中污染物组成复杂，含有挥发苯、多环芳烃、氧硫氮等杂环化合物［1］，废水中的有色物质及 COD含量高，对水中生物的生活影响极大。目前，焦化废水的预处理有氧化法、生化法、物理－生化法、吸附法等［2］。本文主要从经济可行的角度，以淀粉作为絮凝剂对焦化废水中的色度和含氧量进行了研究和探索，以期为焦化废水的处理提供参考。

1 实验部分

1.1 实验试剂和仪器

试剂：淀粉（红薯淀粉65%，玉米淀粉35%，产地：四川绵阳）；氢氧化钠；CTA（2氯－3羟丙基三甲基氯化铵）；无水乙醇等；均为分析纯。

仪器：JJ－4六联电动搅拌器 （深圳国华仪器厂）；101－1型电热鼓风干燥箱 （北京科伟永兴仪器有限公司）；HR－120型电子天平 （日本）；YLE－1000电热恒温水浴锅。

1.2 阳离子淀粉的制备

称取0.8 g氢氧化钠，用45 mL蒸馏水溶解，冷却至室温；再加入一定量的CTA，搅拌均匀后加入100 g淀粉并搅拌1 h；将其置于电热恒温水浴锅中加热4 h（每30 min搅拌一次），再用干燥箱于70℃下干燥4 h；冷却至室温，用无水乙醇洗涤、抽滤、干燥得白色粉末，即为阳离子醚化淀粉。

1.3 脱色率的计算及COD的测定

取一定量的焦化废水，分别用2 mol／L的硫酸或2 mol／L的氢氧化钠调节其pH至所需酸碱度后，加入定量醚化淀粉，于常温下搅拌一定时间，静置后取上层溶液在波长410 nm下测其吸光度Ax，并计算脱色率。

式中：A0— 处理前焦化废液的吸光度；AX—处理后上层清液的吸光度。

CODCr的测定采用重铬酸钾法。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 醚化淀粉的投加量对废水脱色率及COD的影响

取一定稀释比例的定量焦化废水于烧杯中，调节pH为10，分别加入不同质量的醚化淀粉，搅拌时间为1 h，考察醚化淀粉的投加量对废水脱色率及COD的影响。投加量对废水脱色率及COD的影响见表1。

表1 醚化淀粉的投加量对废水脱色率及COD的影响

从表1可以看出，起初阶段废水脱色率和COD随着醚化淀粉加入量的增加而增加，当投加量在0～2.0 g时脱色率急剧增加，超过2.0 g时脱色率随着投加量增多而下降；COD去除率在投加量为4.0 g时达到最大。这可能是因为絮凝剂带正电荷，过量絮凝剂在中和了焦化废水的负电荷后使其带上正电荷，出现再稳现象［3］。从节约资源的角度看，投加量选择2.0 g较佳。

2.1.2 搅拌时间对焦化废水脱色率及COD的影响

取一定稀释比例的定量焦化废水于烧杯中，调节pH为10，加入2.0 g醚化淀粉，搅拌不同时间。考察搅拌时间对废水脱色率及COD的影响。搅拌时间对废水脱色率及COD的影响见表2。

表2 搅拌时间对废水脱色率及COD的影响

从表2可知，随着搅拌时间的增加，醚化淀粉对焦化废水的处理效果也逐步增强，在90 min时，处理效果最好，90 min后，随着搅拌时间的增加脱色率下降；COD却在120 min时去除率达到最大。此种现象说明在搅拌的过程中，有可能因为时间过长导致分子内部某些结构被破坏而影响处理效果。综合分析，搅拌时间为90 min效果较佳。

2.1.3 焦化废水的初始pH对废水脱色率及COD的影响

取一定稀释比例的定量焦化废水于烧杯中，调节pH值不同的焦化废水，加入2.0 g醚化淀粉，搅拌90 min。考察不同焦化废水pH对废水脱色率及COD的影响。焦化废水pH对废水脱色率及COD的影响见表3。

表3 焦化废水pH对废水脱色率及COD的影响

从表3可知，随着焦化废水的初始pH的增加，醚化淀粉对废水的处理效果逐渐增强，在pH＝10时，脱色率达到最大，处理效果最好，当pH＞10时，脱色率反而减小；COD先增后减，在pH＝8时达最大值。这可能是因为废水中的部分物质在不同酸度下形态略有差别，从而影响处理效果。综合考虑，pH为10较佳。

2.2 正交试验

2.2.1 正交试验结果及极差分析

在单因素试验的基础上，以脱色率为指标，选择投加量、pH、搅拌时间三因素进行正交试验，进一步确定工艺的最佳条件。正交试验结果及极差分析见表4。

表4 正交试验结果及极差分析

由表4可知，最优实验组合为A3B2C3，即投加量 3.0 g、pH＝10、搅拌时间 120 min。 同时，醚化淀粉投加量、pH、搅拌时间三因素对焦化废水脱色率的影响的主次顺序为：pH＞搅拌时间＞投加量。

2.2.2 正交试验结果的方差分析

对表4中的数据进行方差分析，结果见表5。从方差分析表可知，pH值在焦化废水的处理中影响最为显著，其余两者均不显著。因此，在今后的处理过程中，从经济节约的角度考虑，应严格控制好pH值。

表5 方差分析表

2.2.3 验证实验

根据极差R的分析，按2.2.1的最优实验条件进行验证实验，平行三次，计算脱色率取平均值。在最优条件下，焦化废水的脱色率可达94.62%。

3 结论

（1）用所制备的阳离子醚化淀粉处理焦化废水，最优实验条件应为：醚化淀粉的投加量3.0 g，焦化废水的pH＝10，搅拌时间120 min。在此条件下，脱色率可达到94.62%，脱色效果好。

（2）用阳离子醚化淀粉做絮凝剂处理焦化废水，操作简便、环保、絮凝效果好，且淀粉资源广泛、价格便宜，应用前景广阔。

［1］朱国洪，刘振华，尹国，等.甘蔗糖蜜酒精工业废液治理［J］.四川环境，2000，19（2）：45－47.

［2］魏倩倩，童群义.交联阳离子淀粉对糖蜜酒精废液的脱色性能研究［J］.广西大学学报（自然科学版），2007，32（4）：380－383.

［3］崔晓芳.几种高分子絮凝剂的脱色性能比较［J］.山西师范大学学报（自然科学版），2010，24（4）：80－83.

［4］鲁玉侠，蔡妙颜，闫向阳.阳离子淀粉的制备及其脱色性能研究［J］.广东化工，2005，32（1）：136－139.

10.3969／j.issn.1007－2217.2012.02.007

2011－12-15