污泥残留聚丙烯酰胺PAM去除实验研究.docx
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污泥残留聚丙烯酰胺PAM去除实验研究
本科生毕业论文(设计)
题目:
污泥残留聚丙烯酰胺(PAM)去除实验研究
姓名:
系别:
环境科学与工程
专业:
环境科学与工程
年级:
学号:
指导教师
原创性声明
兹呈交的学位论文(设计),是本人在导师指导下独立完成的研究成果。
除文中已经明确标明引用或参考的内容外,本论文(设计)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。
声明人(签名):
日期:
年月日
污泥残留聚丙烯酰胺(PAM)去除实验研究
【摘要】本实验研究以漳州污水处理厂的剩余污泥为原料,考察了H2O2的用量,超声时间和温度对去除污泥中的聚丙烯酰胺的影响。
实验结果表明在超声时间和超声温度一定的条件下,加入3mL30%H2O2的量达到的对20g污泥中的聚丙烯酰胺的去除率最好,最好值为75.5%;在加入H2O2的量和超声温度一定的条件下,对20g污泥中的聚丙烯酰胺的去除效果最好的为超声时间为100min;在加入H2O2的量和超声时间一定的条件下,超声温度为40℃时达到的对20g污泥中的聚丙烯酰胺的去除率最好,最好值为76.5%。
正交实验结果表明对20g污泥中的聚丙烯酰胺去除的最佳实验方案为加入3mL30%H2O2的量和超声时间为80min以及超声温度为40℃。
【关键词】超声时间超声温度过氧化氢聚丙烯酰胺
ExperimentalstudyofRemovingtheresiduepolyacrylamide(PAM)inthesludge
[Abstract]Theexperimentalstudyofsewagetreatmentplant’sexcesssludgeinzhangzhouastherawmaterials,theinfluenceofamountofH2O2,ultrasonictimeandultrasonictemperatureonremovingthesludgeofPAM.Theexperimentalresultsshowthatadd3mL30%H2O2amountofPAMinthe20gsludgetotheremovalrateofthebest,thebestvaluefor75.5%,wheninultrasonictimeandultrasonictemperatureinthesameconditions;PAMinthe20gsludgeremovalefficiencyofthebestofultrasonictimefor100min,whenaddtheH2O2andultrasonictemperatureinthesameconditions;ultrasoundtemperaturefor40℃toachievethebestvalueofPAMremovalrateofthebest,thebestvaluefor76.5%,whenaddtheH2O2andultrasonictimeinthesameconditions.Accordingtoorthogonalexperimentscanbelearnthanthebestexperimentschemeaboutthe20gsludgeremovalofpolyacrylamideistheamountof3mL30%H2O2,ultrasonictimefor80minandultrasonictemperatureof40℃.
[Keywords]Ultrasonictime,Ultrasoundtemperature,Hydrogenperoxide,polyacrylamide
引言
聚丙烯酰胺,简称PAM,是一种线型的高分子聚合物,也是水溶性高分子化合物,容易吸附和保留水分,一般不溶于有机溶剂,但可以以任意比例溶于水。
聚丙烯酰胺自己本身是基本无毒,因其进入人体后,绝大部分会在短时间内都排出体外,很少被人体的消化道吸收。
大多数PAM也不会对皮肤有刺激,只有当反复、长期接触某些含有残余碱的水解体时,会对皮肤有刺激性。
但是PAM中的残留单体丙烯酰胺(AN)时有毒性的,其为神经性致毒剂,对神经系统有损害作用,中毒后主要表性出肌体无力,运动失调等不良症状。
因此各国卫生部门均对聚丙烯酰胺工业产品中残留的丙烯酰胺含量做了规定,一般为0.5%到0.05%。
用于工业和城市污水的净化处理的聚丙烯酰胺,一般允许聚丙烯酰胺含量在0.2%以下,用于直接饮用水处理时,丙烯酰胺含量需在0.05%以下。
国际健康卫生组织1985年出台的聚丙烯酰胺标准指出:
聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺量控制在0.05%以下并控制用量时,处理后水中的含量将低于0.25ug/L,符合大多数国家的饮用水标准。
目前欧美主要国家一般规定,饮用水处理及食品用聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺含量在0.05%以下,并控制PAM用量[1]。
随着工业污水和生活污水排放量得越来越大,聚丙烯酰胺在污水处理中的使用量也日益增多。
聚丙烯酰胺在水处理中的主要有以下几点应用[2]:
(1)污水处理——在使用铝盐、铁盐等各种无机混凝剂、絮凝剂的污水处理系统中,假如需要处理的水量超过了澄清池的处理能力或由于其它因素造成水中中的絮体来不及沉降而形成外漂时,使用0.1—2ppm的PAM作为助凝剂,即可明显提高沉降的效果且处理后水的COD和色度指标也会有明显的改善。
(2)污泥浓缩——使用0.3—2ppmPAM可以减小生化池和污泥浓缩池内污泥和水的比例,大大的提高了生化池和污泥浓缩池的利用率。
还可以将污泥浓度由3—10g/L提高到30—100g/L,大大减小了下一步污泥脱水过程的污泥体积,既提高了污泥脱水设备又提高了人员的效率。
(3)污泥脱水——各种浓缩后的污泥必须使用PAM进行脱水干涸。
污泥脱水过程中PAM的型号和投加量以及脱水后泥饼的干燥度因污泥种类的不同而不同,故须对各种不同型号的PAM产品进行试验和选择。
因此城市污泥中残留有一定量的聚丙烯酰胺,对污泥的资源化处理会造成一定的影响,所以必需去除残留的聚丙烯酰胺,减少其对环境和人类健康的危害。
本实验以漳州污水处理厂的剩余污泥为原料,利用氧化剂过氧化氢和超声波技术进行去除污泥中残留聚丙烯酰胺的探索性实验研究,为污泥的资源化利用提供实验依据。
1.实验部分
1.1实验原理
利用过氧化氢的强氧化性[3](即从以下与H2O2的反应方程式中可以知道H2O2可以氧化KI、Fe2、H2S和SO2等这些还原剂,可见H2O2具有强氧化性的,但在酸性条件下H2O2的还原产物为H2O,在中性或碱性条件其还原产物为氢氧化物。
(1)H2O2+2KI+2HCl=2KCl+I2+2H2O;
(2)2Fe2+H2O2+2H+=2Fe3+2H2O;
(3)H2O2+H2S=S↓+2H2O;
(4)H2O2+SO2=H2SO4)
和超声波的空化作用[4](即超声波作用于液体时可产生大量小气泡。
一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压,压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和,而从液体逸出,成为小气泡。
另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞,称为空化。
空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体,甚至可能是真空。
因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。
破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压,同时产生激波。
)来使污泥中聚丙烯酰胺溶解在水中,再用振荡摇床振荡2h,使污泥均匀分散在水中,由于PAM对污泥中细小颗粒具有较强的吸附能力,提取时,再用磁力搅拌器搅拌10min,然后以4000r/min的转速离心15min,取上清液测吸光度,然后根据标准曲线得出聚丙烯酰胺的去除率。
1.2实验试剂
饱和溴水、1.0%甲酸钠溶液、10mg/L的PAM标准液、30%过氧化氢溶液、pH=5的缓冲溶液——将25g三水合醋酸钠晶体放入1L烧杯中,加800mL水中,加入0.75g水合硫酸铝,校正过的酸度计测定pH;用醋酸调pH至5.0、淀粉-碘化镉液——称取11g碘化镉于1L烧杯中,加入400mL水,搅拌加热煮沸15min,再加入约500mL水,加热沸腾,加入2.5g可溶性淀粉于50mL烧杯中,少量水溶解后,用少量蒸馏水清洗烧杯3次;加热沸腾5min后,冷却后稀释至1L。
1.3实验仪器
烧杯、50mL比色皿、1mL、2mL、5mL和10mL的移液管、磁力搅拌器(DW-3-50W型多功能数显无极多功能搅拌器、许昌中谱科技有限公司)、分光光度计(756PC紫外可见分光光度计、上海恒平科学仪器有限公司)、超声波装置(JAC-150型超声波清洗器、济宁市奥波超声电气有限公司)、恒温振荡器(SHA-B水浴恒温振荡器、北京成萌伟业科技有限公司)。
1.4实验方法
1.4.1去除实验
取样品超声1h后取出污泥5g放入锥形瓶中。
加入50mL蒸馏水,用振荡摇床振荡2h,使污泥均匀分散在水中,由于PAM对污泥中细小颗粒具有较强的吸附能力,提取时,再用磁力搅拌器搅拌10min,然后以4000r/min的转速离心15min,取上清液,按淀粉-碘化镉显色法测量,即移取5mL缓冲液于50mL容量瓶中加2mL待测液及25mL纯水,混合均匀后,加定量饱和溴水1mL,摇匀放置15min。
1.0%甲酸钠溶液5mL,摇匀静置5min。
加入5mL淀粉-碘化镉液,用纯水稀释至刻度,摇匀静置20min。
在590nm处,纯水作参比,1cm比色皿中测吸光度。
然后作标准工作曲线,计算待测液中聚丙烯酰胺的浓度[5]。
由浓度变化计算聚丙烯酰胺的去除率,最后根据式
(1)求出降解率P,以考察H2O2和超声波对聚丙烯酰胺的去除的效率。
P=(C0-Ci)/C0×100%
(1)
式中:
C0——待测液聚丙烯酰胺的初始反应浓度
Ci——加入溶剂反应一段时间后聚丙烯酰胺的浓度
1.4.2标准曲线的绘制
10mg/L的PAM标准液用蒸馏水分别稀释成浓度为,0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、1.2和1.5mg/L的标准溶液,然后移取5mL缓冲液于50mL容量瓶中并且给容量瓶标上1至8号,分别给容量瓶加2mL待测液及25mL纯水,混合均匀后,加定量饱和溴水1mL,摇匀放置15min。
再分别加入1.0%甲酸钠溶液5mL,摇匀静置5min。
最后再分别加入5mL淀粉-碘化镉液,用纯水稀释至刻度,摇匀静置20min后在590nm处,纯水作参比,1cm比色皿中测吸光度。
得出它们的吸光度并根据线性相关的原理,绘制质量浓度-吸光度标准曲线,得出相关系数。
2.结果与讨论
2.1标准曲线
根据实验得出的数据绘制聚丙烯酰胺的浓度与吸光度的标注曲线如下图1,得出标准曲线的回归方程为y=0.7058x-0.1231,相关系数为0.9987。
从图表中可以知道随着PAM的浓度的增加,吸光度也在不断增加,呈现正的线性关系。
图1聚丙烯酰胺的标准曲线
Fig.1StandardcurveofPAM
2.2预备实验
为了探索实验的可行性,先进行预备实验。
预备实验分为3个小组,在相同条件下,对污泥进行投加H2O2
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