改性淀粉絮凝剂制备及其对藻类的去除研究

摘要

水体的富营养化已经成为当前社会的重要环境危害之一，采用化学絮凝的方法依然是控制水体富营养化的重要应急手段。研究新型高效对水体污染小的絮凝剂已成为目前研究的热点之一。 天然改性高分子絮凝剂具有来源广、危害小、容易降解等特点，为了研究其在水体富营养化中的处理效果，对其进行合成工艺和絮凝实验的研究十分必要。 本文选取铜绿微囊藻为除藻处理对象，其为水体富营养化中最为常见、难去除、危害大的藻类。研究了以天然高分子淀粉通过丙烯酰胺接枝共聚改性，制备除藻絮凝剂，并研究了其对铜绿微囊藻和实际微污染水体的除藻效果，实验结果表明，淀粉接枝共聚物对含藻水体的浊度和藻细胞有较好的治理效果。 论文对改性淀粉絮凝剂的制备进行了合成工艺条件、结构与表征方面的研究。合成所得的接枝共聚物接枝效率为91．2％，接枝率为85．6％，单体残留率为0．038％。通过对淀粉与淀粉接枝共聚物红外光谱图谱对比显示，在淀粉分子上接枝共聚了丙烯酰胺单体基团。通过正交实验和制备过程中各个合成因素对藻类去除影响的研究，确定了改性淀粉絮凝剂的最佳合成工艺：反应时间为4h，反应温度为50℃，可溶性淀粉5．0g，丙烯酰胺单体5．0g，高锰酸钾0．04g，硫酸0．30mL。所制备的合成产物在投加量为30mg/L时，对含藻水中的浊度和藻细胞的去除率分别达到86．8％和91．5％。 论文研究了合成工艺中各个单因素对藻细胞去除效果的影响，得到了不同水平的实验结果，进行了分析。根据研究所得的铜绿微囊藻的生长曲线，论文研究了铜绿微囊藻悬液浓度和藻细胞生长周期对絮凝过程和藻细胞去除率的影响。结果证明藻悬液浓度在一定范围内有促进絮凝的作用；处于延迟末期和稳定期的藻细胞去除率要高于对数期藻细胞，其更有利于絮凝。 本论文还将改性淀粉絮凝剂与PAC和PAM絮凝作了对比实验，结果表明合成产物絮凝效果略差于PAC，优于PAM。通过对三者絮凝实验过程的观察，初步分析了淀粉接枝共聚物对藻细胞的絮凝机理。 在研究中提出了一种藻类快速计数方法，经实验表明，其测试方法可靠，具有可操作性。同传统方法相比对照，在保证准确性的前提之下，新方法所需水量很少，且操作简单方便，所需时间也更短。 论文对同济大学三好坞和上海市和平公园内的河流水体进行了实验，证明淀粉接枝共聚物对实际水体藻细胞去除率亦分别达到88．8％和89．5％。具有较好的处理效果。

目录

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声明

第1 章 引言

1.1 水体富营养化介绍

1.1.1 水体富营养化发生机制

1.1.2 我国水体富营养化现状

1.2 国内外富营养化水体治理技术

1.2.1 生物生态法

1.2.2 物理方法

1.2.3 化学方法

1.3 藻类细胞对混凝沉淀的影响机理

1.3.1 藻类特性的影响

1.3.2 胞外有机分泌物(EOM)的影响

1.4 化学混凝沉淀除藻的现状和发展

1.5 淀粉的结构与性质

1.6 淀粉接枝共聚物

1.6.1 化学引发体系

1.6.2 辐射引发法

1.7 淀粉接枝共聚物工业上的应用

1.7.1 在石油工业中的应用

1.7.2 在造纸工业中的应用

1.7.3 水处理剂方面的应用

1.7.4 其他应用

1.8 课题研究背景、意义及主要研究

第2章 铜绿微囊藻生长周期的观察研究

2.1 试剂和主要仪器

2.1.1 主要试剂

2.1.2 主要仪器

2.2 铜绿微囊藻的接种培养

2.2.1 培养液的组成

2.2.2 铜绿微囊藻的培养

2.3 铜绿微囊藻生长周期观察研究

2.3.1 藻细胞生物量的测试方法

2.3.2 铜绿微囊藻的生长曲线

2.3.3 实验结论

第3 章 改性淀粉絮凝剂合成工艺及其性能研究

3.1 试剂和主要仪器

3.1.1 主要试剂

3.1.2 主要仪器

3.2 实验方法

3.2.1 淀粉丙烯酰胺共聚物合成方法

3.2.2 铜绿微囊藻液预处理

3.3 分析与测试方法

3.3.1 浊度的测定

3.3.2 藻细胞计数

3.3.3 絮凝效果的测定

3.3.4 接枝效率的测定方法

3.3.5 接枝百分率的测定

3.3.6 游离单体含量的测定

3.3.7 红外光谱分析

3.4 预备实验

3.5 正交实验

3.5.1 正交实验方案

3.5.2 正交实验结果

3.5.3 正交实验的验证实验

3.6 接枝聚合物指标测定

3.6.1 接枝效率

3.6.2 接枝率

3.6.3 单体残留率

3.6.4 红外光谱分析

3.7 实验结论

第4章 铜绿微囊藻去除效果影响因素研究

4.1 淀粉接枝共聚物合成单因素影响实验

4.1.1 反应温度的影响

4.1.2 反应时间的影响

4.1.3 丙烯酰胺单体的影响

4.1.4 高锰酸钾的影响

4.1.5 硫酸的影响

4.2 藻类性质对去除效果的影响

4.2.1 藻细胞初始浓度影响

4.2.2 藻细胞生长周期的影响

4.3 接枝共聚物絮凝机理初探

4.3.1 PAC与PAM处理对比实验

4.3.2 淀粉接枝共聚物絮凝机理探讨

4.4 本章小结

第5章 改性淀粉絮凝剂对实际水体处理效果

5.1 主要仪器

5.2 分析方法

5.2.1 藻类快速计数法

5.2.2 絮凝效果的测定

5.3 实际水体絮凝实验

5.3.1 同济三好坞水体絮凝实验

5.3.1 和平公园水体絮凝实验

5.4 实验结论

第6章 主要结论和建议

6.1 主要结论

6.1.1 铜绿微囊藻生长曲线的研究

6.1.2 改性淀粉絮凝剂合成及性能研究

6.1.3 铜绿微囊藻去除影响因素研究

6.1.4 实际水体处理效果

6.2 主要建议

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文和研究成果