复合絮凝降低饮用水残留有机物含量的研究马德

1995年第12卷20一40003290图4258018701160450波数/rm一’产物的IR谱图3.结论(1)对于异丁醛环化三聚反应,LM型杂多酸是一种活性较高的催化剂,与传统的催化剂相比,可显著缩短反应时间,提高反应转化率和产物收率,从而简化工艺。(2)较佳反应条件为:反应温度25℃,催化剂量0.39(异丁醛369),反应时间2.5h。在上述条件下,反应转化率几乎达100%,产物收率可达97%以上。参考文献(l〕JP52一33171(2)JP50一24436(3)US4123525(4〕JP52一110837:JP52一108032〔5〕DE2424128(1994年11月24日收稿)(作者简介)刘福胜,男.31岁,工学硕士,毕业于北京化工学院(现北京化工大学)应用化学系,工程师。现在齐鲁石化公司研究院精细化工研究室工作,主要从事齐鲁石化公司的产品和副产物的深加工和精细化研究工作,发表论文10余篇。STUDYONSYNTHESISOFZ,4,6-TRllSOPROPYL一1,3,5一TRIOXANEUSINGHETEROPOLYAC旧CATALYSTLiuFusheng,LuQing加(hTidreD户之rtm翻t,R~crhInst￡ruetof于怡亡似人em比al肠r加ariton,孟加,Sha月dogn,OPstC“众255400)ABSTRACTAkindofheteorpolyaeideatalyst15usedaseatalystinthes”thesisofZ,4,6一tirisoporpyl一1,3,5一trioxane.TheeffeetsoftheamountoftheeatalystandthereaetiontemPeratureonreac-tionsarestudied.UndertheoPtimumcondition,theyieldofthePorduet15above97%.复合絮凝降低饮用水残留有机物含量的研究马德土孚李骏(上海工程技术大学,邮编200335)壳聚糖、梭甲基壳聚糖、聚丙烯酸钠分别和三抓化铁或硫酸铝组合,作为复合絮凝剂用于饮用水的絮授,以降低饮用水中的残留有机物的含量。考察了复合絮凝剂的最佳配比,在最佳条件下有机物去除率可达58%。用氯气消毒饮用水,因其效果好、成本低、投放方便而被国内外沿用至今。但在氯化处理时,氯会与饮用水中残留的有机物生成有机氯化物,其中不少已被探明具有致癌和致突变作用,因此科技工作者致力于研究新的饮水消毒剂,但至今尚未找到具有实用价值的可替代氯化消毒的理想方法。用复合絮凝的方法通过降低水中残留的有机物含量,使氯化消毒处理时生成的对人体更为有害的有机氯化物相应减少,从而提高了饮用水的质量。絮凝是水处理的一个重要步骤,传统的絮DOI:10.13550/j.jxhg.1995.06.004第6期凝剂是三氯化铁和硫酸铝,其絮凝胶体虽能吸附除去少量有机物,但主要是降低水的浊度。本研究所制备的壳聚糖、梭甲基壳聚糖和聚丙烯酸钠分别和三氯化铁或硫酸铝组合成复合絮凝剂,使絮凝过程的有机物去除率大大提高。实验1.絮凝试验按照文献(1〕所建立的絮凝一过滤试验方法,在IL烧杯中加入IL原水,用1%NaOH水溶液或2%玩50月水溶液调节pH,然后加入一定量絮凝剂,用DBJ一621型定时变速搅拌器先快速搅拌使絮凝剂分散均匀,然后慢搅拌进行絮凝反应,静止20而n后用德国S&5589号中等截留性滤纸过滤,得絮凝处理后水样进行分析。2.分析方法(1)浊度测定用美国Lange公司HACH型数显浊度仪测定TE/F。(2)pH值沮J定用德国wTw公司pHI%型pH计测定。(3)Fe3卜分析用德国MERCK公司成套分析试剂按第14761号Fe3十比色分析法,用日本HitAehi公司V一1100型分光光度计在560nm波长下通过测定吸光度分析Fe3“含量。(4)1A3+分析用德国MERCK公司成套分析试剂按第14825号l3A十比色分析法,用日本HitAehi公司V一1100型分光光度计在540nm波长下通过测定吸光度分析A13十含量。(5)水中有机物含童浏定水中有机物含量极微,且种类繁多、化学结构复杂,难以定性,故用紫外吸收法宏观地表述水中总有机物含量。用日本iH:Ahci公司v一1100型分光光度计分别测定样品在230、240、250、260、270、280nm下的吸光度,可得紫外吸收曲线,曲线所围的面积代表总有机物的相对含量,如原水面积为f^,絮凝后水样面积为fa,则絮凝过程的有机物去除率为(1一af/f^)X100%。紫外吸收法可反映的是能吸收波长230一280nm光能进行电子能级跃迁的有机物。文献(2〕对紫外吸收法、KMnq耗量法和uv-以)C法进行了比较,结果表明这三种方法都是在规定条件下测得的样品总有机物含量,绝对数值各异,但变化趋势相同,用以评价水处理过程的结果一致。3.絮凝剂壳聚糖(以下简称A)由虾壳、蟹壳经盐酸脱钙,氢氧化钠脱蛋白提取甲壳素,经脱乙酞处理后制得,脱乙酞基率为65%左右,分子量约100万。梭甲基壳聚糖(以下简称B)由A用氯乙酸进行梭甲基化制得,取代度30%一50%。聚丙烯酸钠(以下简称C)由睛纶短纤维在强碱性条件下经高度水解后制得。三氯化铁(FeC13·6HZO)、硫酸铝[l2A(50月)3·isHZO]均为化学纯试剂。结果与讨论1.复合絮凝的配比絮凝是一复杂的物理、化学过程,其效果与絮凝剂投加量、pH值、搅拌条件等因素有关。文献〔1〕得出了单用三氯化铁或硫酸铝作絮凝剂的最佳絮凝条件。三氯化铁的最佳絮凝条件是:Fe3十投加量Zomg/L,pH6.5一8.5,400r/min搅拌Zmin,50r/min搅拌15min。硫酸铝的最佳絮凝条件是:1A3十投加量4.smg/L,pH6.0一7.5,400r/min搅拌Zmin,50r/min搅拌巧min。在上述絮凝条件下,分别改变复合絮凝时A、B、c的投加量,通过测定絮凝后水样的残余浊度和残留Fe3+或1A3+,确定Fe3十或1A3+与A、B、C的最佳复合配比,结果如表l、表2所示。]995年第12卷表lFcel,复合絮凝配比对残余浊度、F护十的影响A投加量/mg/L00.5残余浊度/TE/F0.890.871.01.52.55.00.870.951.141.90残留Fe3+nn,0on`,。n二,n,。`。二on,,,U。U10U.UU`U。UJIU.工JUU。JOU1.0夕0/mglLB投加量/mg/L残余浊度/TE/F00.51.00.9852.55.00.900.95000.871.10残留Fe3+。n。。。n,。。。“。n。,。。,non,,、,,,,U.UOUU.UIJU.UUUU.UJIU。UJ,U.UIUJ/mg/L负电的聚丙烯酸根,对金属阳离子的结合力更强。但复合絮凝对降低残余浊度的作用不明显。当高分子絮凝剂用量过多时,由于分子链的缠绕,不能充分舒展发挥架桥作用,还会使粗电位发生变化,破坏了在Fe”十或1A3十最佳投加量下可建立的等电点,而最佳絮凝过程在等电位附近阁,故使残余浊度和残留金属离子上升,这种影响对于离子半径较大、离子强度较弱的Fe3十更为明显。由表1、表2可知,三氯化铁和A、B、C的最佳复合配比是:Fe3十20mg/L,A、B、c分别为1·omg/L、2.smg/L和0.6mg/L。硫酸铝的最佳复合配比是:1A3`4.smg/L,A、B、c分别为1.omg/L、1.smg/L和0.6mg/L。2.复合絮凝的有机物去除率以黄浦江水为原水,考察A、B、C分别和三氯化铁或硫酸铝组合在最佳条件下复合絮凝的有机物去除率,并与单用三氯化铁或硫酸铝作絮凝剂的结果相比较,结果列于表3。04凡84气J。nù00C投加量/mg/L残余浊度/TE/F残留Fe3十/mR/L0.30.60.840.800.0760.0460.0360.055们,,.盆,.1004八甘·n月O0注:原水浊度/TE/:F4.68一5.50。表21A2(以沁)3复合絮凝配比对残余浊度、1A3十的影响)A投加量/mg/L52.5残余浊度/TE/F残留川3+/mR/L0.51.00.900.890.0420.0150.950.94表3复合絮凝的有机物去除率0_0560.0220.0270.039絮凝剂B投加量/mg/L残余浊度/TE/F残留1A3卞原水有机物相对含量fA絮凝后有机物有机物去除率相对含量f。/%1.50.77FeC卜3.92828.32.52054.0;介`5唱厂``,了r卜今ùl-JnU!(ng/L0.0440.0240.0120.0120.0172.7115().5/mg/LC投加量/mg/L残余浊度/TE/F残留1A3-/m岁LF苗13一C2.61150.900800744r、éù、ù7,,尹,1774994J峙3内j门j9900.30.6`U,l,妇一汉é44,.JZ八j0880.840.760.91.50.760.76未检出未检出川2(以)4)307七A12(504)3一A22.158.30.0400.004未检出未检出月2(又)4)3一B注:原水浊度/TE/:F4.55一5.561A2(别)确)3一C43.29234加入水溶性有机高分子絮凝剂后,由于聚合物分子链的伸展,产生架桥作用,所形成的复合絮体对金属离子有络合吸附作用,使水中残留Fe,+、iA3+明显降低。随着人们对1A3+有害健康的认识,降低残留lA”十对提高饮用水质量也有积极的意义。尤其是C,由于能解离成带三氯化铁或硫酸铝在絮凝过程中经多级水解生成氢氧化物絮体,与水中悬浮颗粒发生碰撞,将颗粒吸附随絮体沉淀。无机金属盐类还能中和胶体粒子所带的电荷,使胶体脱稳凝聚沉淀而使浊度降低。表1、表2的数据表明,单用三氯化铁或硫酸铝作絮凝剂可使水的浊度降第6期低80%一83%。由于氢氧化物絮体和胶体粒子在凝聚过程中对水中有机物的吸附,也能除去部分有机物,表3的数据表明其有机物去除率仅为22%一28%。加入高分子絮凝剂后,按照Ruehwrein和Ward提出的架桥理论[4],高分子絮团对有机物的范德华力远远大于无机絮体,能在絮团内吸附大量有机物并随无机絮体下沉。试验表明,A对有机物的吸附最强,1A2(50月)3一A复合和FeCb一A复合的有机物去除率分别可达58.3%和54.0%。预实验表明,水中残留的A、B、C能在紫外吸收法测定的总有机物含量中得到反映,所以复合絮凝所去除的有机物包括A、B、C自身,不存在有机高分子絮凝剂二次污染的问题。结论水溶性有机高分子物质和传统的无机金属盐类絮凝剂复合,可大大提高絮凝过程的有机物去除率,并能降低残留金属离子浓度。在最佳条件下,Fec犯一壳聚糖复合絮凝的有机物去除率为54.0%,残留Fe3十浓度为0.057mg/L。从(504)3一壳聚糖复合絮凝的有机物去除率可达58.3%,残留1A3+浓度可降至0.0巧mg/L,明显提高了饮用水的质量。参考文献(1〕陆展维,上海工程技术大学学报,3(4),1(1990)2[〕马德择,上海工程技术大学学报,3(7),17(l993)(3]ver’nOnLSoneyink.waterChenus卿,Johnwdey&SonS,Ine.(1980)(4〕JamesMMongtom已,,waterT、tmentP`neiplesand决-吕叨”,JnhnWdey&SOns,Ine.(1985)(5〕夏晓明等,环境化学,5(9),1(1990)(1995年2月5日收稿)STUDYONTHECOMB!NEDFLOCCULATIONTOREDUCETHEREMAINSOFORGAN!SMSINDRINKINGWATERMal沁fu,LiJun(Sha”创访乞U”i~iytofEnglneertngcSetnee,于b`teode200335)ABSTRACTChitosan,ear切xylllethyl一ehitosanandcs过i-um卯lyaerylateeombinedwithFeC1