稻壳改性阳离子絮凝剂的性能研究

付颖寰， 林程琳， 陈丽凤， 马红超， 宋 宇， 马 春

（1.大连工业大学 轻工与化学工程学院，辽宁 大连 116034；2.大连工业大学 纺织与材料工程学院，辽宁 大连 116034）

0 引 言

目前我国水资源污染严重，水环境的恶化促使人们不断地寻找更好的废水治理方法。絮凝作为废水处理的一种重要方法，是一种应用广泛、经济、简便的水处理技术。通过絮凝作用，达到净化水的目的［1］。对于低浊低温水，合成有机高分子絮凝剂的处理效果明显，并且对高负荷水有较强的适应能力。因此合成有机高分子在水处理中广泛应用，但其合成单体有毒，给环境带来了不安全因素，甚至给环境造成二次污染［2］，因此发展天然有机复合絮凝剂具有广阔的市场前景和现实意义［3］。

稻壳是稻米加工后的副产品，大量的稻壳都被丢弃或是烧掉，浪费了资源，污染了环境［4］。我国农村早有用布包裹稻壳截堵污水口以获得较干净灌溉水的做法，可见稻壳可以作为污水净化处理之用，但直接使用效果并不理想，为了提高稻壳的综合经济效益，减轻环境压力，也为了得到较理想的水处理剂，可用稻壳制备絮凝剂［5］。

高锰酸钾因其价格便宜，性能优良而在絮凝剂改性中应用颇广，但改性天然纤维素尚未见报道。絮凝作用是复杂的化学和物理过程，影响絮凝作用的因素也是复杂和多方面的［6］。因此有必要对这些因素进行具体讨论。本文用高锰酸钾作为引发剂在适当条件下制备絮凝剂，并运用烧杯实验，对模拟废水的处理情况进行了有效的探索。

1 实 验

1.1 试剂与仪器

试剂：无水乙醇，天津市科密欧化学试剂有限公司；十八烷基三甲基氯化铵，厦门英诺威化工有限公司；30%H2O2，沈阳市新西试剂厂；高锰酸钾、氢氧化钠、盐酸、硫酸亚铁，均为分析纯。

仪器：HJ－7型六联恒温磁力搅拌器；SRJX－4－9箱形电阻炉；AR1530／C型电子天平；WK891型台式高速离心机；WGZ－1型数字浊度仪；p H计。

1.2 方 法

将经过碱浸反应的稻壳（80目）倒入三口烧瓶中，加入一定量的醚化剂十八烷基三甲基氯化铵使用恒温磁力加热搅拌器加热搅拌，在K Mn O4引发体系下反应3 h，反应温度50℃，得到的反应物在室温下冷却、离心，多次淋洗后低温干燥，即得固体改性阳离子絮凝剂。

1.3 性能测试

配置硅藻土模拟废水的质量浓度为1.0 g／L，高速搅拌20 min后，在室温下密闭养护一整天。在每个烧杯中加入1 000 mL模拟水样，加入适量絮凝剂，用六联搅拌器在120 r／min高速搅拌使药液分散完全，再以20～60 r／min搅拌20 min后静置20 min，取上清液分别测定浊度。计算除浊率公式为

图1 絮凝剂对自沉效果的影响Fig.1 Effect of flocculant on deposition

2 结果与讨论

2.1 体系的自沉实验

称取制备好的改性絮凝剂1.0 g投入到500 mL的硅藻土悬浊液中，按照絮凝实验方法，计算出除浊率，对比实验为自然条件下静置的硅藻土悬浊液，变化情况如图1所示。从图1可以看出，自沉状态下的硅藻土悬浊液，沉降速度慢且不明显，静置约1 h后，最高只能达到21.2%；而加入絮凝剂后，其沉降速度就快得多，静置20 min就能基本澄清，且最终浊度的去除率可达到约86%，由此可见，完全依赖体系的自沉来达到澄清的效果显然是不可行的，必须借助絮凝剂的作用，而自制絮凝剂的效果也十分明显。

2.2 投加量的确定

利用烧杯实验确定不同投加量对除浊率的影响，结果见图2。从图2可以看出，随着絮凝剂投加量的增加，在刚开始时曲线有一个大幅度的上升趋势，在投加量超过2.0 g／L之后，随着絮凝剂投加量的增加絮凝效果呈现下降趋势。这是因为当投药量过量后，体系带有正电荷，同种电荷相互排斥，令架桥作用困难，使絮体再分散；另一方面，随着絮凝剂投加量的增加，产生胶体保护作用，胶粒表面被絮凝剂包裹，使絮凝效果逐渐变差。多加入的絮凝剂会成为另一种污染物，加重浊度。由此可见，絮凝剂的最佳投加量为2.0 g／L，这时的除浊率能达到84%。

图2 絮凝剂投加量对絮凝效果的影响Fig.2 Effect of flocculant dosage on turbidity removal

2.3 p H的影响

选择合适的p H既可以提高絮凝效果，又能节约成本。配置1 000 mL的硅藻土悬浊液，用盐酸和氢氧化钠调节烧杯中溶液p H分别为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0。投加量为2.0 g／L。由图3可以看出酸性条件下加入改性阳离子絮凝剂的硅藻土悬浊液浊度的去除率比碱性时要高，在p H为5时除浊率能达到87%。阳离子絮凝剂一般呈碱性，所以酸性条件更有利于其絮凝效果的发挥。

2.4 空间效应

为考察单位体积待处理水样所需絮凝剂的最佳投加量，设计下面的考察实验：样品体积分别为100～800 mL，硅藻土质量浓度为1.0 g／L，p H≤7，温度为所处室温（23.4℃），用烧杯实验进行分析。结果如图4所示，单位体积投加量随着待处理水样的体积的增大而减少，超过500 mL时，最佳投加量又变大。也就是处理体积的加大有助于絮凝剂的有效实验。理论上体积的增大直接增加分子间的接触面积，间接增加了分子的接触几率，不过这种增益被分子的空间分布梯度所抵消［7］。

图3 酸碱度对除浊率的影响Fig.3 Effect of p H on turbidity removal

图4 处理水样体积对絮凝剂投加量的影响Fig.4 Effect of handling water volu me on dosage of flocculant

2.5 絮凝剂有效时间

絮凝剂稳定性的研究对于实际应用和大规模的工业生产都具有重要意义［8］。以模拟废水为空白对照，测定絮凝剂投加量为2 g／L时，除浊率的变化情况，实验共观察2周。絮凝剂A为Fe2＋／H2O2为引发剂所制得的絮凝剂，操作方法参照文献［9］；B为高锰酸钾为引发剂所制得的絮凝剂。从图5可以看出，加入了絮凝剂A，在6 d时间内絮凝剂对浊度的去除效果较好，第7天絮凝效果随着时间的延长逐渐呈下降的趋势，并在14 d后基本失去絮凝的性能。而加入絮凝剂B开始时除浊率比加入了絮凝剂A高，但3 d以后就开始出现絮凝效果减弱的趋势。所以实际使用时，要尽可能减少絮凝剂的放置时间。

图5 絮凝剂的有效时间Fig.5 Effective ti me of flocculant

3 结 语

（1）对硅藻土模拟废水的除浊实验中，絮凝剂在投加量为2.0 g／L、p H为5时，絮凝效果最佳，除浊率能达到87%。

（2）实验证明所制备的絮凝剂，使模拟废水沉降速度快，除浊率高。而且分解速度快，不会对环境造成二次污染。

（3）实验所制得的稻壳改性高分子絮凝剂原料简单易得，制备工艺简单，容易操作。所得结果对工业化生产提供了依据。

［1］林桂炽，黄玲珍.废水处理过程中絮凝剂的应用［J］.广西大学学报：自然科学版，2004，29（1）：153－156.

［2］XIE Chenxin，FENG Yujun，CAO Weiping，et al.Novel biodegradable flocculating agents prepared by phosphate modification of konjac［J］.Car bohydrate polymers，2007，67（4）：566－571.

［3］宋力.絮凝剂在水处理中的应用与展望［J］.工业水处理，2010，30（6）：4－7.

［4］周雯雯，李湘洲，历悦.稻壳及其产品在环保等领域中的应用［J］.林产化工通讯，2005，39（4）：44－46.

［5］郐会东.天然高分子阳离子改性絮凝剂的制备及其性能研究［D］.重庆：重庆大学，2007：4.

［6］陈捷.天然高分子改性阳离子絮凝剂的研究［D］.大连：大连海事大学，2005：42.

［7］许映军.天然有机高分子改性絮凝剂的研究［D］.大连：大连海事大学，2003：46.

［8］苏振兴，黄万金，谢娟毅，等.高效天然阳离子絮凝剂RHNF的结构及其性能研究［J］.环境卫生工程，2007，15（6）：48－51.

［9］蒋文新，张天胜，张洁，等.天然改性阳离子絮凝剂的制备及其应用研究［J］.工业水处理，2005，25（6）：43－46.