有机高分子絮凝剂的合成及其应用
王春梅，胡啸林，章忠秀
（南通工学院化工系，江苏 南通 226007）
摘 要：通过阳离子改性聚丙烯酰胺（MPAM）和聚多胺（PPA）的合成工艺的研究，探讨了反应温度及时间、反应物浓度及配比、产品的最佳投放量及最适合的PH值等因素对印染废水絮凝效果的影响。结果表明MPAM对印染废水COD的降低具有显著效果，并且可使污泥沉降的平均速率增加，PPA对印染废水色度的降低效果显著。
关键词：改性聚丙烯酰胺；聚多胺；絮凝剂；印染废水
中国分类号：X703.5
文献标识码：A
文章编号：1009-2455（2002）01-0033-03
Preparation Application of Polymer Organic Flocculants
WANG Chun-mei, HU Xiao-lin, ZHANG Zhong-xiu
(Department of Chemical Engineering, Nantong Engineering College, Nantong 226007, China）
Abstract:The cationic modified polyacrylamide(MPAM)and poly-pilyamine(PPA) are prepared. Some factors affecting the process of flocculation of the wastewater from printing and dyeing are discussed, such as the temperature and time of reaction, the concentration and ratio of reactant, the optimum amount of addition and the most suitable pH value of products, etc. The results show that MPMA can lower COD obviously and PPA can lower chroma obviously.
Key words: modified polyacrylamide; poly-polyamine; flocculant; wastewater from printing and dyeing
前言
在印染废水处理中，采用絮凝沉降法，以往单独用无机絮凝剂时，有药剂用量大、污泥生成量大、脱色效果差等缺点。而单独使用非离子型聚丙烯酰胺有机高分子絮凝剂时，对印染废水几乎无效。即使将这两类絮凝剂组合使用，效果也不理想，所以人们把研究重点放在了合成新型高效脱色絮凝剂上。本文通过大量的试验研制成了两种有机高分子絮凝剂，其中聚多胺（PPA）具有较强的脱色作用，而改性聚丙烯酰胺（MPAM）则具有降低印染废水COD值的作用及使污泥的沉降速度加快的作用。它们与聚合氯化铝（PAC）一起用于印染废水的化学絮凝，其既可起到显著脱色的作用，又可起到明显降低COD的作用。
1 高分子絮凝剂的合成
1.1 聚丙烯酰胺（PAM）的制备
在装有温度计、电动搅拌器和回流冷凝管的三口烧瓶中加入8％的丙烯酰胺（AM）水溶液，搅拌，升温至55℃加入0.1％过硫酸铵引发剂，继续升温并控制聚合反应温度在67℃，反应时间2h，产物为无色粘液，测得的分子量为50万左右。
1.2 改性聚丙烯酰胺（MPAM）的制备
PAM的阳离子改性即胺甲基化反应式为：
影响反应的一个主要因素是各种反应物的配比。甲醛与二甲胺之间的配比应是二甲胺稍多于甲醛，这样可避免过剩的甲醛与PAM反应生成的羟甲基化物脱去羟基，转变为甲亚胺，而甲亚胺会与酰胺基通过分子内氢键形成交联不溶物。综合考虑反应程度和成本等因素，选择PAM：HCHO：(CH3)2NH=1.0：1.0：1.5，改性反应时间为2h，温度为70℃[1]。
1.3 聚多胺PPA的制备
多乙烯亚胺与环氧氯丙烷的反应为缩聚反应，反应剧烈，应严格控制反应条件，否则产物将会难溶于水。实验发现反应物浓度选在48.8％、聚合温度控制在90℃、反应时间为6h为宜。
2 絮凝试验
①试验用水。取自南通大野染业有限公司经稀释处理的废水。
②透光率的测定。在100mL量筒中，加人印染废水，再加人一定量的高分子絮凝剂。先在500r／min下用电动搅拌机搅拌一定时间，使絮凝剂充分分散，然后降低至200r／min左右再搅拌一定时间，静置30min。取上层清液用7230G分光光度计，在最大吸收波长处测出其透光率。
③平均沉降速度的测定。在100mL量筒中，加人一定量的废水及絮凝剂。先在500r／min下用电动搅拌机搅拌一定时间，使絮凝剂充分分散，然后降低至200r／min左右再搅拌一定时间，让絮凝剂发生作用。停止搅拌，按动秒表，分别在不同时间间隔下，读出絮凝污泥下降的高度。并最终计算出污泥沉降的平均速度（mm／min）。
2.1 最佳pH值的确定
用1000mg／L的PAC分别与50mg／L的MPAM和50mg／L的ppA混合处理印染废水，其水样的PH值对透光率的影响见图1。
从图1可看出，当PH值在6－10时，透光率较高。考虑到一般印染废水的PH值为8－9左右，刚好在此范围内，无需再加人酸或碱调节废水PH值。
2.2 最佳投药量的确定
2.2.1 PAC最佳投药量的确定
处理印染废水时，加人不同量的PAC，其透光率与投药量的关系见图2所示。
从图2可看出，若投药量小于1000mg／L，透光率增加明显；若投药量大于1000mg／L透光率增加不太明显。故选最佳投药量为1000mg／L。
2.2.2 MPAM最佳投药量的确定
实验表明，MPAM降低印染废水的色度，提高其透光率的作用不太明显，故采用MPAM的投药量对处理后水样的COD的去除率作图，见图3所示。
从图3可看出，MPAM的最佳投药量为35mg／L时COD的去除率最高。若投药量继续增加，COD的去除率反而下降。这是因为投药量继续增加，因架桥作用所必须的离于表面吸附活性点被絮凝剂所包裹，使得架桥变得困难，处理效率降低。
2.2.3 PPA最佳投药量的确定
处理印染废水时，加人相同量的PAC（1000mg/L），而改变PPA投入量，测透光率，结果见图4。
从图4可看出，当PPA的量小于25mg／L时，透光率增加明显，若继续增加投药量，透光率虽有所提高，但增高不明显。因此，从经济角度考虑，最佳投药量选在25mg／L较好。
2.3 最佳搅拌时间和方式
按PAC：MPAM：PPA＝10：1：1的比例将几种絮凝剂加人废水中，先快速（500－600r／min）搅拌，后慢速（100－200r／min）搅拌，其实验结果见表1所示[2]。
从表1可看出，当投药量相同时，不同的搅拌时间和方式，其絮凝效果也不相同。污泥沉降平均速率随搅拌时间的延长而下降，而透光率则随搅拌时间延长先增加，后有所下降。故最佳搅拌时间和方式是先快搅60s，后慢搅60s。
2.4 絮凝剂复配使用效果测试
将絮凝剂PAC、MPAM、PPA以不同组合复配使用，其污泥沉降平均速率与透光率比较，见表2所示。
从表2可看出，加人有机絮凝剂MPAM和PPA比单独使用PAC沉降速率快，而且MPAM的加人可大大提高沉降速率；PPA的加人可有效地提高处理后废水的透光率。因此，同时采用絮凝剂MPAM和PPA处理印染废水可以十分明显的改善絮凝状态，达到迅速沉降和明显脱色的效果。
2.5 絮凝剂的最佳复配比例
将絮凝剂PAC、MPAM、PPA按不同比例对废水进行处理，其实验结果见表3所示。
从表3可看出，单独使用PAC+PPA和PAC+MPAM均未达到较高的透光率和COD去除率,只有将PAC，MPAM，PPA按比例一起使用，才能达5较高的透光率和COD去除率。
从复配的效果来看，当PAC的量不变COD去除率阍升高，但透光率却下降了；反之，若增加PPA的量，透光率提高很快，但COD去除率却降了。因此，要结合处理废水的具体情况，选择不同比例的PAC、MPAM和PPA。如废水色度高，COD值低，对色度的去除要求高，可增加ppA的量，降低MPAM的量。如废水色度低，COD值高，对COD的去除要求高，可增加MPAM的量，降低PPA的量。如废水色度高，COD值也高，可同时增加MPSM的和 PPA的量。
对于本实验所用的废水，选定PAC：MPAM：PPA=200：3：7为最佳比例。
3 结论
①絮凝剂MPAM对印染废水COD的降低具有显著效果，并且可使污泥沉降的平均速率增加2倍多。其反应物配比为PAM：HCHO：（CH3）2NH=1.0：1.0：1.5（摩尔比），反应温度为70℃，反应时间为2h。
②絮凝剂PPA对印染废水色度的降低效果显著。其反应温度为90℃，反应物浓度为48.8％，反应时间为6h。
③将MPSM、PPA与PAC三者合用，对印染废水有较好的处理效果。
参考文献
[1]陈菊勤，关一峰，胺甲基聚丙烯酰的合成及其絮凝作用考察[J] 工业水处理，1993， 13（5）：23－26.
[2]佟玉衡 实用废水处理技术[M] 北京：化学工业出版社，1998.
作者简介：王春梅（1967-），女，江苏南通人，硕士，讲师，主要从事印染助剂的研究，电话（0513）5239396
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