改性淀粉-聚丙烯酰胺处理石材加工废水的研究

黄秀燕

(闽南科技学院 生命科学与化学学院，福建 泉州 362331)

近二三十年来，国际制石业的发展非常迅速。石材的成分非常复杂，由它们引起的污水成分主要是水、磨料粉尘、矿渣磨粒、大理石、花岗岩碎片的混合物[1]。大多数石材加工企业都只对此类污水作效率低、效果差的原始的自然沉淀处理，出水浑浊度少则数百度，多则数千度[2]，石材加工废水的排放给周边水体造成了严重的污染。目前石材加工企业在废水处理方面存在着投入不足、技术落后、处理成本高等问题，这些问题正在成为制约石材产业可持续发展的重要因素[3]。因此，研发行之有效且成本低廉的石材废水处理技术成为解决以上问题的关键。用絮凝剂处理石材加工废水，是解决污水污染环境问题的必要手段和重要处理技术，尤其在水处理方面具有很大的发展前景[4]。常用的絮凝剂为铝盐或者铁盐，它们的浊度去除率有限，而且沉降时间长、成本高。

目前，将改性淀粉和聚丙烯酰胺(PAM)协同使用，用于石材加工废水处理的研究还未见报道。本文制备改性淀粉并和聚丙烯酰胺协同使用，用来提高对石材加工废水的絮凝处理效果。

本研究采用改性淀粉-聚丙烯酰胺协同使用，对石材加工废水进行絮凝处理，研究投加量对处理石材加工废水的絮凝效果，并对比研究改性淀粉-聚丙烯酰胺协同使用和絮凝剂单独使用的处理效果，为开发低成本且高效的石材加工废水处理的絮凝剂提供一定的理论及应用参考。

1 实验部分

1.1 材料及仪器

玉米淀粉，市售；氢氧化钠，0.2 mol/L；2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，w≥95%，100 g；聚丙烯酰胺，MW≥1000万，国药，500 g；七水合硫酸亚铁，500 g，AR；蒸馏水。

实验所用原水水样来自福建省南安市某石材加工厂，该废水的主要指标：pH7.5、浊度 16000 NTU。

CP114型电子分析天平，奥豪斯仪器(常州)有限公司；HH-8型数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；DF-101S型恒温加热磁力搅拌器，郑州长城科工贸有限公司；PHS-25型pH计，上海鹏顺科学仪器有限公司；SH-2005H型便携式浊度仪，上海海恒机电仪表有限公司。

1.2 改性淀粉的制备

取 15 g 玉米淀粉于烧杯中，加入 150 mL 蒸馏水，控制温度为 90 ℃，反应 30 min 进行糊化；在水浴过程中，加入 7.5 mL 0.2 mol/L NaOH溶液至糊化淀粉中，搅拌混合均匀后，加入 15 g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵作为醚化剂，搅拌混合均匀，在 55 ℃ 下反应 5 h 后得到季铵化淀粉絮凝剂[5]。

2 结果与讨论

2.1 改性淀粉对石材加工废水的处理效果

取 200 mL 经稀释后浊度为 5000 NTU 的石材废水于 250 mL 的烧杯中，在相同的实验条件下，分别投加 0.5、2、3、4、5 mL 的改性淀粉，考察改性淀粉投加量对石材加工废水的处理效果，结果如图1所示。

图1 改性淀粉投加量对石材加工废水的处理效果

从图1可知：在浊度为 5000 NTU 的 200 mL 的石材废水处理中，改性淀粉的最佳投加量为 2 mL，浊度去除率达到97.8%。改性淀粉的投加量太小时，絮凝剂的吸附架桥作用和电中和作用较为弱，导致絮凝的效果不那么明显，但是随着絮凝剂投加量的增加，絮凝的效果增强。然而，当絮凝剂投加量达到一定的量时，再加入絮凝剂，会使悬浊液的表面达到饱和状态，变得更加稳定而导致絮凝效果变差。

2.2 聚丙烯酰胺对石材加工废水的处理效果

取 200 mL 经稀释后浊度为 5000 NTU 的石材废水于 250 mL 的烧杯中，在相同的实验条件下分别投加 0.05、0.10、0.20、0.25、0.30、0.35 g 聚丙烯酰胺，考察聚丙烯酰胺投加量对石材加工废水的处理效果，结果如图2所示。

图2 PAM投加量对石材加工废水的处理效果

如图2所示可知，随着PAM加入量的增加，浊度去除率逐渐增大，继续增大PAM投加量，浊度去除率反而下降。最佳PAM投加量为 0.20 g，浊度去除率为98.24%；PAM投加量为 0.30 g，浊度去除效果最差，浊度去除率仅为92.48%。这可能是因为随着PAM增加，絮凝架桥作用也明显增加，加速絮体的沉淀，而继续增加PAM的投加量，絮凝剂把水中胶粒包裹起来，使其较稳定，难以通过絮凝架桥作用而去除。

2.3 改性淀粉-聚丙烯酰胺协同使用的处理效果

取 200 mL 经稀释后浊度为 5000 NTU 的石材废水于 250 mL 的烧杯中，在相同的实验条件下，固定改性淀粉的投加量为 2 mL，再分别投加 0.05、0.10、0.20、0.25、0.30 g 的聚丙烯酰胺进行协同使用，考察聚丙烯酰胺投加量对石材加工废水的处理效果，结果如图3所示。

图3 PAM协同投加量对石材加工废水的处理效果

由图3可知，改性淀粉的絮凝性能会随着PAM的用量增加而增加，在PAM用量为 0.2 g 时效果达到最好的状态，浊度去除率达到99.3%。分析以上现象出现的原因：改性淀粉与PAM协同使用，它们的吸附架桥作用以及电中和作用因为相互作用而加强，所以对废水的絮凝效果也就增强了。

2.4 不同絮凝剂处理效果的对比

取 200 mL 浊度 16000 NTU 的石材废水原水于 250 mL 的烧杯中，在相同的实验条件下分别加入 7 mL 改性淀粉、0.7g PAM、7 mL 改性淀粉与 0.7 g PAM，考察不同絮凝剂对石材加工废水原水的处理效果，结果如图4所示。

由图4可知，在浊度 16000 NTU 的石材加工废水原水的条件下，加入 7 mL 改性淀粉，其对废水的处理效果只达到了87%；加入 0.7 g 的PAM，其对废水的处理效果也仅仅达到89.8%；而同时加入 7 mL 的改性淀粉和 0.7 g 的PAM，改性淀粉-PAM协同使用，对废水的处理效果可以达到98%，协同使用处理的效果优于单独使用的絮凝剂。

图4 不同絮凝剂对石材加工废水原水的处理效果

3 结论

以改性淀粉-聚丙烯酰胺进行协同使用，用于福建省南安市某石材加工废水的处理，结果表明：在浊度 5000 NTU 的 200 mL 石材废水中，最佳协同投加量为 2 mL 改性淀粉-0.2 g PAM，浊度去除率达到99.3%；在浊度 16000 NTU 的 200 mL 石材废水中，同时加入 7 mL 的改性淀粉和 0.7 g 的PAM时，浊度去除率达到98%；使用改性淀粉-PAM协同处理的效果优于单独使用的絮凝剂。