摘要
据估计,2010年后,我国给水、废水净化处理工程对净水剂的年总需求量约为150~180万t,年产值为20~30亿元。但目前我国絮凝剂年产量约60~80万t,且产品多为粗制品,品种单一,已不能满足我国城市和工业用水处理的需求,尤其对今后持续增长的城镇及工业用水,以及城镇污水与工业废水回用处理的需求,缺口较大,具有巨大应用市场前景。因此,新型、高效净水剂是当前环保产业技术领域中重点发展的支柱产业。本课题正是顺应这一发展趋势而提出来的。
本文介绍了以200目(74um)的玉米芯粉为原料,环氧丙烷基-三甲基-铵盐OMTMA(oxiranylmethyl-trimethyl-ammonium,三甲胺与环氧氯丙烷反应产物)为阳离子醚化剂,进行改性合成天然有机高分子改性阳离子絮凝剂的具体过程,并通过正交实验确定了最佳的合成条件(4g玉米芯粉):碱化温度50℃、碱化时间30min、反应温度40℃、反应时间2h、OMTMA用量为20ml。由于粒径的减小,颗粒的表面积增大,表面活性增强,因此,在反应中不必采用引发剂芬顿试剂。
通过采用高岭土和硅藻土等两种体系,并与无机絮凝剂(六水合氯化铝)和有机絮凝剂(聚丙烯酰胺)进行比较,分别对投加量、pH值适用范围、对体系pH的影响、温度、絮凝速度以及产生絮体的形状大小等絮凝性能参数进行了评价,从而得出天然高分子改性阳离子絮凝剂制备的优化条件和应用条件。
与传统絮凝剂比较,该絮凝剂最大优点在于它以颗粒形式分布在水体中,当絮凝体形成后,絮凝剂颗粒与絮凝体共同沉淀,因此,絮凝剂不在水中残留,保证水质安全。
将其应用于天然地下水、城市生活污水、工业废水的处理中,结果表明其具有具有良好的絮凝净化效果,尤其适用于由无机物引起的高浊度水质的净化过程。
通过对市场的调查研究,运用成本核算的方法对其应用前景进行预测,该技术的推广和应用将获得可观的经济效益和社会效益。
The estimated annual aggregate demand of the water purification reagent used in water supply and waste water treatment in our country is about 15~18 million tons and the total annual output is about 2~3 billion yuan after the 2010. While the present annual production of flocculants in our country is only about 6~8 million tons. Most of them are coarse varieties which can not meet the needs of water treatment in live and industry. We could predict that there is a wide market demand of water supply for in cities and towns as well as the urban sewage and industrial sewage reuse, which are increasing rapidly in the following years. Therefore, some newly-developed, high-efficient water purification reagent will bring up a pillar industrial development both in the technological investigations and in the environmental protection applications. This study is based on the above considerations to follow the steps of the national and international development tendency.This study introduces a mothed to prepare a natural organic polymeric modified cation flocculant. It was made from corncob powder (p =74 um ) as raw materials, and OMTMA (oxiranylmethyl-trimethyl-ammonium, made from trimethylamine and epichlorohydrin) as cationic etherizing reagent. The optimum reactions were established through orthorhombic experiments (the corncob powder of 4 g ) : Firstly, corncob powder was alkalified at 50℃ for 30 minutes. Then it was etherified at 40℃ for 2 h using 20 ml OMTMA. Because the micro-scale particle leads to surface area increase and effective activity, the reaction steps was reduced by removing the use of initiating fenton reagent.Two kinds of systems including kaolin and kieselguhr were used to evaluate the efficiency of the flocculation. Comparing with the inorganic flocculant (Aluminum chloride hexahydrate ) and the organic flocculant (polyacrylamide ), we investigated the parameters including dosage, pH application scope, system pH shift, temperature, flocculating speed as well as the size and shape of woolly masses, respectively.
Consequently, we acquired the optimized conditions of preparation and applications.Compared with some traditional market flocculant, this product has it own merit, as it disperses in water in mini-partical state. If the sediment was formed, it agglutinates together with the deposit, therefore it leaves no remains in the water and keep the environmerntal safty.Application of the flocculant to the treatment of natural ground water, urban sanitary sewage and industrial sewage, it shows great efficency, particularly for the treatment of highly turbided water caused by inorganic pollutant.After market investigations and cost accounting, we present the application prospect of this product. If it were put into use in wide scale, a considerable economical and social benefit would be acquired.
引文
[1] 刘天齐主编,《环境保护通论》,第1版,1997年8月,中国环境科学出版社,P155~156
[2] 姜雪城 张彦,《我国2/3城市供水不足 年缺水总量达60亿立方米》,新华网,2004年8月11日
[3] 国家环保局 科技标准司 环境工程科技协调委员会,《混凝剂与絮凝剂》,第1版,1991年3月,中国环境科学出版社,P23~24
[4] 林汉雄,城镇供水,1990(4),3
[5] Eillis K V. Water Supply, 1989, 23(6), 671
[6] 陈元彩,肖锦,《天然有机高分子絮凝剂研究与应用》,环境科学进展,1999,7(3):84~89
[7] 尹华,彭辉,肖锦,《天然高分子改性阳离子絮凝剂的合成及其性能与机理的研究》,重庆环境科学,1999,12(6):30~32
[8] 王杰,肖锦,詹怀宇,《两性高分子絮凝剂对造纸混合污泥的絮凝脱水性能的研究》,环境污染治理技术与设备,2001,2(1):34~37
[9] 刘四清,黄少兵,《天然植物胶粉的改性及其对高岭土的絮凝效果》,有色金属,1996,48(3):22~25
[10] 陈玉成等,《玉米芯粉处理含汞废水的研究》,重庆环境科学,1997,19(3):39~43
[11] 陆柱 蔡兰坤 陈中兴 黄光团编著,《水处理药剂》,第1版,2002年4月,化学工业出版社,P9
[12] 梁为民编著,《凝聚与絮凝》,第1版,1987年12月,冶金工业出版社,P57
[13] 杨通在 刘亦农 杨君,《阳离子型改性高分子絮凝剂对轻工废水的处理》,工业水处理,1998,18(3):27~31
[14] 杨波 赵榆林,《阳离子型改性高分子絮凝剂对活性污泥脱水处理》,工业水处理,1999,19(05):26~27
[15] 尹华 彭辉 刘慧璇 张娜,《淀粉改性阳离子絮凝剂的制备及其絮凝性能研 究》,环境科学与技术,2000,88(1):3~15
[16] 严文瑶 钱岑,《阳离子型改性絮凝剂的制备及在废水处理中的应用》,江苏石油化工学院学报 2001,13(4):66~72
[17] 张光华 顾玲 韩萍,《淀粉阳离子改性絮凝剂的制备及其对造纸白水的絮凝作用》,西北轻工业学院学报 2002,(03):14~18
[18] 马永梅,《天然改性阳离子絮凝剂的制备与应用》,四川化工与腐蚀控制,2003,(6)5:25~17
[19] 邹新禧,《两性淀粉螯合剂吸附性能的研究》,功能高分子学报,1996,(3):468~474
[20] 卢邵杰等,《两性淀粉的制备及性能》,天津大学学报,1996,29(2):265~272
[21] 吴冰艳 余刚,《新型脱色絮凝剂木质素季胺盐的研制及其絮凝性能与机理的研究》,化工环保,1997,17:268~273
[22] 代军 侯曼玲 马莉莉,《利用木质素制备木素季胺盐絮凝剂》,精细化工中间体,2002,32(6):213~215
[23] 方桂珍 何伟华 宋湛谦,《阳离子絮凝剂木质素季胺盐的合成与脱色性能研究》,林产化学与工业,2003,23(2):62~64
[24] 吴敏 周钰明 薛学佳,《天然植物单宁季铵盐改性絮凝剂的制备和性能评价》,环境科学与技术 2002,25(6):57~61
[25] 潘碌亭 肖锦 赵建夫 顾国维,《天然高分子改性阳离子絮凝剂的合成及对工业废水的处理》,环境污染与防治,2002,24(3):159~161
[26] 尹华 彭辉 肖锦,《天然高分子改性阳离子絮凝剂的合成及其性能与机理的研究》,重庆环境科学,1999,(06):30~32
[27] 蔡伟民 叶筠 陈佩玺,《壳聚糖季铵盐的合成及其絮凝性能》,环境污染与防治,1999,(04):47~51
[28] 沈一丁 石珞,《壳聚糖交联阳离子高分子絮凝剂的表征及其应用》,高分子材料科学与工程,2002,(07):149~152
[29] 张廷安 杨欢 赵乃仁 张国悦,《用壳聚糖絮凝剂处理含镉(Ⅱ)废水》,东北大学学报(自然科学版),2001,(05):289~294
[30] 王志华 王书俊 黄毓礼,《壳聚糖絮凝有机废水机理的研究》,工业水处理,2002,22(2):28~29
[31] 张印堂 陈东辉 陈亮 苏水兰,《壳聚糖絮凝剂在活性污泥调理中的应用》,上海环境科学,2002,(01):23~25
[32] 付瑞安等,《高效脱色絮凝剂CD用于印染废水凝聚脱色处理》,环境工程,1985,(6):11~14
[33] V, Crescecze et. al., 《New Developments in Industrial Polysaccharides》, Gordon and Breach Science Publishers, 1984 (4): 215~219
[34] Gruber. James V. adv. Chitin Sci., 1996, (01): 230~235
[35] 陆柱 蔡兰坤 陈中兴 黄光团编著,《水处理药剂》,第1版,2002年4月,化学工业出版社,P87
[36] 李兆龙 虞杏英,《微生物絮凝剂》,上海环境科学,1991,10(9):46
[37] 庄源益等,《生物絮凝剂对水中染料絮凝效果探讨》,水处理技术,1997,23(6):349~352
[38] 黄民生等,《微生物絮凝的研究及其絮凝条件》,环境科学,2000,21(1):23~25
[39] 邓述波等,《微生物絮凝剂处理淀粉废水的研究》,工业水处理,1999,19(5):8~10
[40] 马青山 贾瑟 孙丽珉编著,《絮凝化学和絮凝剂》,第1版,1988年3月,中国环境科学出版社,P76
[41] 马青山 贾瑟 孙丽珉编著,《絮凝化学和絮凝剂》,第1版,1988年3月,中国环境科学出版社,P77~81
[42] 马青山 贾瑟 孙丽珉编著,《絮凝化学和絮凝剂》,第1版,1988年3月,中国环境科学出版社,P87
[43] 梁为民编著,《凝聚与絮凝》,第1版,1987年12月,冶金工业出版社,P40~42
[44] 梁为民编著,《凝聚与絮凝》,第1版,1987年12月,冶金工业出版社,P36
[45] 常青编著,《水处理絮凝学》,第1版,2003年4月,化学工业出版社,P33~38
[46] 常青编著,《水处理絮凝学》,第1版,2003年4月,化学工业出版社,P40~41
[47] 常青编著,《水处理絮凝学》,第1版,2003年4月,化学工业出版社,P42
[48] 王毅力 李大鹏 解明曙,《絮凝形态学研究及进展》,环境污染治理技术与设备,2003,4(10):1~9
[49] 蒋展鹏 尤作亮,《混凝形态学的研究进展》,给水排水,1998,24(10):70~75
[50] 陆谢娟 李孟 唐友尧,《絮凝过程中絮体分形及其分形维数的测定》,华中科技大学学报(城市科学版),2003,20(3):46~49
[51] 《我国玉米的生产概况》,和合期货网,国内品种介绍分析
[52] 吕晓霞、李海燕、黄克瀛,《不同预处理方法对玉米芯成分的影响》,林产化工通讯,2004,(2)
[53] 肖遥等,《天然高分子改性絮凝剂JHD的制备及其性能评价》,江汉石油学院学报,1995(9):101~105
[54] 许映军,丁永生,公维民,陈捷等,新型天然高分子阳离子改性絮凝剂的制备,应用化学,2004,21(5):498~501
[55] 高洁,汤烈贵编著,《纤维素科学》,第1版,1996年4月,科学出版社,P99~103
[56] 许锦裳编,《化学实验中的误差及数据处理》,大连理工大学化工学院分析化学教研室,P151~178
[57] 杨惠芬 李明元 沈文主编,《食品卫生理化检验标准手册》,第1版,1998年1月,科学出版社,P50~52
[58] 国家环境保护总局 《水和废水监测分析方法》编委会编,《水和废水监测分析方法》,第四版,2002年12月,中国环境科学出版社,P224~226
[59] 国家环境保护总局 《水和废水监测分析方法》编委会编,《水和废水监测分析方法》,第四版,2002年12月,中国环境科学出版社,P219~220
[60] 中国标准出版社第二编辑室编,《中国环境保护标准汇编》(水质分析方法),第一版,2001年6月,中国标准出版社,P1~5
[61] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会编,《水和废水监测分析方法》,第三版,1989年5月,中国环境科学出版社,P372~375
[62] 中国标准出版社第二编辑室编,《中国环境保护标准汇编》(水质分析方法),第一版,2001年6月,中国标准出版社,P510~513