改性阳离子型天然高分子絮凝剂的制备及应用

摘要

利用天然植物为原材料生产絮凝剂是科技工作者研究和应用的重要课题，也是絮凝剂发展的重要方向之一，它有以下优点:(1)植物为可再生资源，用之不竭取之不尽;(2)原材料廉价易得;(3)投药量小;(4)安全无毒，可以完全生物降解。在秦岭山脉生长着一种灌木，其皮层含有高分子有机化合物木质素、单宁和胶质类物质，是生产天然絮凝剂的优质材料，西安市长安区某公司以该灌木的树粉为原料进行天然絮凝剂的生产，在一些药厂废水、油田和煤矿废水处理中取得了很好的效果，但是，在氨基酸等发酵产品生产废水的处理中遇到了困难，主要问题是澄清效果差，脱色率低，研究发现在氨基酸等发酵产品废水中存在着较多的微生物细胞等带有负电荷的微粒，而该公司生产的絮凝剂属于阴离子型的，由于同性电荷的相互排斥作用导致废水中的污染物不能很好的沉淀，该类废水采用阳离子型絮凝剂将会得到很好的效果。针对这一问题本研究以上述树粉为原料生产阳离子天然絮凝剂，本研究成果既可以解决发酵废水的处理问题，还可开发出秦岭山脉植物资源的新产品，促进地方经济的快速发展。
　　 本文采用上述特有树粉为原料（其木质纤维素含量超过70％），以实验室自制的活性为0.205g/g阳离子醚化剂GTA为阳离子改性剂，合成一种阳离子絮凝剂ND-1。根据Plackett-Burman中心组合方法进行六因素二水平实验设计，选取透光率为响应值，筛选影响絮凝效果的主要影响因子，并对絮凝剂的制备条件进行优化。试验结果表明，醚化剂用量、活化温度、碱浓度是主要影响因素。最佳合成工艺条件为:醚化剂用量为0.9g;活化温度为53℃;碱浓度为43％（本文中的碱均为氢氧化钠），该条件下所得絮凝剂处理发酵废水，污水透光率由23.3％提高到85.1％。
　　 研究了不同因素对絮凝剂最佳絮凝效果的影响，试验结果表明:单独使用阳离子絮凝剂ND-1处理污水的最佳条件是:絮凝剂用量为1∶1000(V∶V)、沉降时间为90min、污水pH为4.5时污水透光率由23.3％提高到85.1％。
　　 同时，与无机絮凝剂、阴离子絮凝剂做了对比试验，结果表明:在处理发酵废水时，阳离子絮凝剂ND-1的絮凝效果优于阴离子絮凝剂，阳离子絮凝剂ND-1的处理效果可以与无机絮凝剂——碱式氯化铝相媲美（絮体尺寸大，沉降速度快），由于铝离子存在环境污染问题，因此，阳离子絮凝剂ND-1是更好的选择。
　　 阳离子絮凝剂ND-1的应用研究表明:阳离子絮凝剂ND-1处理食品加工与发酵工业废水，污水透光率由原来的24％提高到80％。水中悬浮物(SuspendedSubstanceSS)由原来的605mg/L减少到101.1mg/L;油田污水的透光率由原来的42％提高到80％;煤粉废水的透光率由原来的21％提高到83％。

目录

摘要

1 绪论

1．1 水污染控制概述

1．2 混凝与絮凝剂概述

1．3 天然高分子絮凝剂

1．3．1 天然高分子絮凝剂的研究发展简况

1．4 絮凝剂存在的问题

1．5 选题意义

1．6 本文主要研究内容与创新点

2 树粉中木质纤维素含量测定及表征

2．1 试验试剂及仪器

2．1．1 试验中主要试剂

2．1．2 主要仪器

2．2 试验方法

2．2．1 试剂的配制

2．2．2 树粉中纤维素、木质素含量的测定及表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 树粉中纤维素、木质素含量测定结果

2．3．2 树粉红外光谱分析

2．4 小结

3 改性剂阳离子醚化剂GTA的制备、活性测定及表征

3．1 试验试剂及仪器

3．1．1 试验主要试剂

3．1．2 主要仪器

3．2 试验方法

3．2．1 试剂的配制

3．2．2 0.5mol/L NaOH标准溶液的配制

3．2．3 阳离子醚化剂GTA的制各、活性测定及表征

3．3 试验结果与讨论

3．3．1 GTA合成原理

3．3．2 配制NaOH标准溶液测定结果

3．3．3 阳离子醚化剂GTA活性测定结果

3．3．4 阳离子醚化剂GTA红外光谱分析

3．4 小结

4 改性阳离子型天然高分子絮凝剂ND-1的制备

4．1 试验试剂及仪器

4．1．1 试验主要试剂

4．1．2 试验主要仪器

4．2 试验方法

4．2．1 试剂的配制

4．2．2 阳离子絮凝剂的制备方法及絮凝效果检测方法

4．2．3 改性阳离子型天然高分子絮凝剂ND-1的制备

4．2．4 阳离子絮凝剂ND-1分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 阳离子絮凝剂含氮量与醚化剂用量之间的关系

4．3．2 含氮量与阳离子絮凝剂絮凝效果的关系

4．3．3 阳离子絮凝剂ND-1的制备原理与影响因素

4．3．4 阳离子絮凝剂ND-1的制备结果分析

4．3．5 改性天然高分子絮凝剂的红外光谱分析

4．3．6 阳离子絮凝剂ND-1含氮量测定结果与分析

4．4 小结

5 改性阳离子絮凝剂ND-1性能测定及其影响因素

5．1 试验方法

5．1．1 污水自沉降试验

5．1．2 污水中SS含量的测定方法

5．1．3 阳离子絮凝剂ND-1用量对絮凝效果的影响

5．1．4 pH对阳离子絮凝剂ND-1絮凝效果的影响

5．1．5 沉降时间对阳离子絮凝剂ND-1絮凝效果的影响

5．1．6 温度对阳离子絮凝剂ND-1絮凝效果的影响

5．1．7 污水中SS去除率的测定方法

5．1．8 改性阳离子絮凝剂ND-1与不同絮凝剂絮凝效果对比试验

5．2 结果与讨论

5．2．1 污水自沉降试验实验结果与分析

5．2．2 改性阳离子絮凝剂ND-1用量的确定

5．2．3 pH对改性阳离子絮凝剂絮凝效果的影响

5．2．4 沉降时间对改性阳离子絮凝剂絮凝效果的影响

5．2．5 污水温度对阳离子絮凝剂ND-1絮凝效果的影响

5．2．6 污水中SS含量测定结果与SS去除率结果

5．2．7 改性阳离子絮凝剂ND-1与不同絮凝剂絮凝效果对比试验结果

5．3 小结

6 改性阳离子型天然高分子絮凝剂的应用

6．1 食品加工与发酵业废水

6．2 油田污水

6．3 自制煤粉水

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学位论文目录

致谢

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