CN104478057B - 一种色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂及其使用方法。该絮凝剂是由色氨酸和聚丙烯酰胺复配而成，其重量配比m(氨基酸)/m(聚丙烯酰胺)不大于8，最佳配比为1/2，投加时控制絮凝剂在体系中的浓度为5～40mg/L，最佳浓度为5mg/L。本发明絮凝剂综合了色氨酸的疏水吸引作用和聚丙烯酰胺的架桥吸引作用，可有效促进重金属废水处理过程中非生物颗粒污泥的形成。所得非生物颗粒污泥的沉降速度最高可达到4.6cm/s，远大于一般的颗粒污泥。使用该絮凝剂克服了重金属废水处理过程中固液分离难的问题，并显著降低了有机合成高分子絮凝剂的用量，更加绿色环保。

Description

一种色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂的使用方法

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂及其使用方法。

背景技术

重金属废水处理过程中产生的污泥一般呈絮状，其沉降分离性能差，沉降速率往往小于1cm/s，难以达到高效固液分离的目的，最终会导致出水水质变差。为提高重金属废水处理过程中污泥的沉降性能，在重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法，可使污泥沉降性能大幅度提高。

在非生物颗粒污泥形成过程中，絮凝剂的添加是决定污泥尺寸和能否形成颗粒状的关键因素之一。鉴于此，我们考虑将强疏水性的氨基酸与有机合成高分子进行复配。其中，色氨酸结构中包含疏水性苯基，被认为是疏水性最强的氨基酸，当它吸附在颗粒表面上时会在颗粒间产生疏水吸引力。另外，聚丙烯酰胺具有较大的分子量和长链结构，可发挥吸附架桥作用，能够在颗粒间产生较强的架桥吸引力，促进大尺寸污泥的形成。架桥吸引和疏水吸引两种作用力的叠加可有效促进水中颗粒物的聚集。因此，本发明选用色氨酸和聚丙烯酰胺进行复配，从而获得了一种新型絮凝剂，可用于重金属废水处理过程中非生物颗粒污泥的形成。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂及其使用方法，该絮凝剂能有效促进重金属废水处理过程中非生物颗粒污泥的形成，显著提高了污泥沉降性能，同时降低了有机合成高分子絮凝剂的用量和毒性。

为实现上述目的，本发明是通过以下方式实现的：

一种色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂，由色氨酸和聚丙烯酰胺复配而成，色氨酸/聚丙烯酰胺的重量配比不大于8。优选色氨酸与聚丙烯酰胺的重量配比为1/4-1/2，进一步优选1/2。投加时控制絮凝剂在重金属废水处理体系中的浓度为5～40mg/L，优选5-10mg/L，进一步优选5mg/L。

本发明通过以下步骤实现非生物颗粒污泥的形成：首先根据发明专利《一种重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法》(公开号：103288191A；公开日：2013-09-11)中的方法，采用并流加料控制沉淀法对废水中的重金属离子进行沉淀，形成由重金属沉淀颗粒组成的悬浮液。然后，将本发明所述的絮凝剂投加至沉淀反应完成后的悬浮液中，使其在体系中的浓度为5～40mg/L，快速搅拌(500～1000rpm)0.5～1min，使絮凝剂分散，再慢速搅拌(50～100rpm)5～20min，使污泥颗粒化，最终形成非生物颗粒污泥。

所述的并流加料控制沉淀法生成重金属氧化物沉淀物的方法具体为：在搅拌速度为400～800rpm条件下，向100-300mL含晶种物质的悬浮水溶液中通过并流加料的方式分别滴加重金属离子浓度为100～1000mg/L的重金属废水和沉淀剂0.01～0.02mol/L的氢氧化钠水溶液；控制重金属废水的滴加速率不超过3mL/min；通过调节氢氧化钠水溶液的滴加速率控制反应体系的pH值为8.0～10.5；反应1小时；所述的晶种物质包括纳米或微米级的二氧化硅、氧化锌、氧化铜、氧化铅和氧化镉中的一种或多种；所述的含有晶种物质的悬浮水溶液的固体浓度为0.5～2.0g/L；反应过程中控制反应温度不低于25℃。

本发明处理的废水中的重金属离子包括Zn²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺和Cd²⁺中的一种或多种。

本发明提供的色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂是一种高效、低毒的新型絮凝剂，其优点主要包括(1)协同利用高分子的架桥作用和色氨酸的疏水作用，可促进非生物颗粒污泥的形成，有效提高了污泥的沉降性能；(2)充分利用了有机高分子絮凝剂的架桥作用，絮凝效率高；(3)将无毒、安全、可生物降解的生物分子复配到有机高分子中，可显著降低有机高分子絮凝剂的毒性；(4)原料来源广泛，使用条件温和。

附图说明

图1絮凝剂浓度为5mg/L时，各比例条件下非生物颗粒污泥的沉降速率。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的限定。

实施例1

在容器中配制浓度1g/L的色氨酸水溶液，在另一容器中配制浓度为1g/L的聚丙烯酰胺水溶液。然后将两种水溶液按色氨酸/聚丙烯酰胺的重量配比为1/16,1/8,1/4,1/2,1,2,4的比例混合，经过均匀搅拌后，获得实施例1的一系列不同比例的絮凝剂。

将一个反应烧杯置于恒温磁力搅拌装置上，向其中加入100mL含晶种物质纳米ZnO的悬浮液(固体浓度为1.5g/L)。控制反应温度为25±1℃，调节磁力搅拌子的转速为500～600rpm。向烧杯中同时分别滴加氢氧化钠溶液(0.015mol/L)和含锌废水(1000mg/L)，控制重金属废水的滴加速率为1.5mL/min,通过调节沉淀剂氢氧化钠溶液的滴加速率，控制反应pH为9.0±0.2，反应1h。然后，向沉淀反应完成后的悬浮液中投加一定量的实施例1的不同比例的色氨酸-聚丙烯酰胺高分子复合絮凝剂，使复合絮凝剂在体系中的浓度为5mg/L。快速(500～600rpm)搅拌30s，再慢速(60～100rpm)搅拌10～20min。静置30min，使污泥稳定并完全沉降。

实施例2

在容器中配制浓度1g/L的色氨酸水溶液，在另一容器中配制浓度为1g/L的聚丙烯酰胺水溶液。然后将两种水溶液按色氨酸/聚丙烯酰胺的重量配比为8:1的比例混合，经过均匀搅拌后，获得实施例2中的絮凝剂。

将一个反应烧杯置于恒温磁力搅拌装置上，向其中加入100mL含晶种物质纳米ZnO的悬浮液(固体浓度为1.5g/L)。控制反应温度为25±1℃，调节磁力搅拌子的转速为500～600rpm。向烧杯中同时分别滴加氢氧化钠溶液(0.015mol/L)和含锌废水(1000mg/L)，控制重金属废水的滴加速率为1.5mL/min,通过调节沉淀剂氢氧化钠溶液的滴加速率，控制反应pH为9.0±0.2，反应1h。然后，向沉淀反应完成后的悬浮液中投加一定量的实施例2的色氨酸-聚丙烯酰胺高分子复合絮凝剂，使复合絮凝剂在体系中的浓度为40mg/L。快速(500～600rpm)搅拌30s，再慢速(60～100rpm)搅拌10～20min。静置30min，使污泥稳定并完全沉降。

对比例1

对比例1为专利《一种在重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法》(公开号：103288191A；公开日：2013-09-11)中所得的非生物颗粒污泥。

对比例2

对比例2为专利《一种模拟微生物胞外聚合物组成的絮凝剂及其应用方法》(公开号：103803690A；公开日：2014-05-21)中所得的非生物颗粒污泥。

对比例3

对比例1为《土木建筑与环境工程》杂志2010年第期中“短程硝化颗粒污泥的培养与特性分析”一文中所得的生物颗粒污泥。

图1为絮凝剂浓度为5mg/L时，各比例条件下非生物颗粒污泥的沉降速率。表1为典型实施例和对比例中所得非生物颗粒污泥的性质。由图1和表1可见，本发明絮凝剂所得非生物颗粒污泥的沉降速率远大于絮状污泥(约0.2～0.4cm/s)，沉降性能明显提高。

与聚丙烯酰胺单一絮凝剂相比，本发明的絮凝剂在低浓度(5mg/L)和最优配比(1/4～1/2)的条件下，能够达到更快的沉降速率(4.4～4.6cm/s)，沉降性能显著提高。另外，此条件大大降低了PAM的投加量和毒性。

与氨基酸-胞外多糖复合絮凝剂相比，本发明絮凝剂的最佳组分配比(1/4～1/2)与氨基酸-胞外多糖复合絮凝剂的最佳组分配比(2～8)显著不同。且本发明最佳配比下的污泥沉降速率比氨基酸-胞外多糖最佳配比下的提高了约1倍，达到了意想不到的效果。

与生物颗粒污泥中起絮凝作用的胞外聚合物相比，本发明絮凝剂可使非生物颗粒污泥的尺寸大幅度提高，进而可使沉降速度提高了2～3倍。一般来说，生物颗粒污泥中胞外聚合物中蛋白质和多糖的配比约为2～4，与本发明絮凝剂的最佳配比(1/4～1/2)显著不同。

通过以上对比可知，本发明的色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂对提高非生物颗粒污泥的沉降性能的效果是意想不到的，是其他类似组合无法达到的。

表1各实施例和对比例中所得非生物颗粒污泥的性质和废水处理效果

Claims (1)

1.一种色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂的使用方法，其特征在于，所述的色氨酸-聚丙烯酰胺复合絮凝剂由色氨酸和聚丙烯酰胺复配而成，色氨酸与聚丙烯酰胺的重量配比为1/2；投加时控制絮凝剂在重金属废水处理体系中的浓度为5mg/L。