混凝氣浮處理蛋白質和乳脂的試驗

夏紅云,馮 琳,崔亞偉,鄧志華

(1.西南林業大學環境科學與工程系,云南昆明 650224;2.河南藍森環保科技有限公司,河南鄭州 450008)

混凝氣浮處理蛋白質和乳脂的試驗

夏紅云1,馮 琳2,崔亞偉1,鄧志華1

(1.西南林業大學環境科學與工程系,云南昆明 650224;2.河南藍森環保科技有限公司,河南鄭州 450008)

研究pH值、硫酸鋁鉀用量、十二烷基硫酸鈉用量、接觸反應時間對混凝氣浮處理蛋白質和乳脂的影響,并對比混凝氣浮和混凝沉淀2種工藝處理蛋白質和乳脂的效果。試驗表明,pH值、混凝劑用量、浮選劑用量及接觸反應時間對蛋白質和乳脂的去除效果都有較大影響。當pH值為8、混凝劑用量為222mg/L、浮選劑用量為6mg/L、接觸反應時間為5min時,混凝氣浮對蛋白質和乳脂這2種有機物的去除率可達66%,氣浮可進一步去除沉淀未能去除的細小懸浮顆粒。

混凝氣浮;硫酸鋁鉀;十二烷基硫酸鈉;反應時間;蛋白質;乳脂

在一些污水中,往往含有密度接近1.0g/cm3的微細懸浮顆粒,如乳化油、羊毛脂、細小纖維、化學溶劑和其他低密度固(液)體等。針對含有上述污染物的污水,在考慮污水處理方案時氣浮(浮選)法幾乎成為處理流程中不可或缺的方法之一[1]。氣浮法利用高度分散的微氣泡作為載體黏附廢水中的疏水性懸浮物,使其密度小于水而上浮到水面以實現固液分離。混凝氣浮可改變物質的表面特性,從而進一步去除有機物[2]。與沉淀工藝相比,氣浮工藝占地省,處理后出水SS小,排出的泥渣含水率低[3]。氣浮凈水效果與絮體顆粒的表面特性、粒徑大小、微氣泡特性、表面活性劑濃度、水的pH值、接觸反應時間等因素有關[4-6]。因此,筆者在試驗中采用硫酸鋁鉀為混凝劑,十二烷基硫酸鈉為浮選劑,用含乳脂和蛋白質2種有機物的奶粉配制模擬廢水,研究影響混凝氣浮去除有機物效率的因素。

1 試驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑:奶粉(乳脂質量分數大于或等于26%、蛋白質質量分數大于或等于非脂乳固體的34%),硫酸汞,重鉻酸鉀,硫酸銀,十二烷基硫酸鈉,硫酸鋁鉀,濃硫酸,氫氧化鈉。

儀器:上海嘉定封浜模型廠生產的加壓溶氣氣浮裝置(圖1),美國哈希公司生產的HACH水質分析儀,上海雷磁儀器廠生產的PHS-3C型精密pH計,沈陽龍騰電子有限公司生產的ESJ120-4電子天平。

圖1 氣浮試驗裝置

1.2 試驗方法

1.2.1 模擬廢水的配制

稱取0.200g奶粉,用蒸餾水溶解稀釋定容至1L,測定溶液的CODCr質量濃度為306mg/L。

1.2.2 待氣浮廢水的處理

在一系列1L模擬廢水中分別投加一定量的混凝劑硫酸鋁鉀、浮選劑十二烷基硫酸鈉,用NaOH和H2SO4分別調節溶液的 pH值,控制攪拌轉速為50r/min,攪拌時間為10min。

1.2.3 氣浮試驗方法

如圖1所示,溶氣罐壓力為0.3MPa,溶氣平衡時間為15min,將待氣浮廢水放入氣浮柱中,打開減壓閥,使占待氣浮廢水體積分數30%的溶氣水通過釋放頭以1cm/s的速度進入氣浮柱,控制接觸反應時間,自取樣口取樣分析水樣CODCr。

2 結果與討論

2.1 pH值對去除率的影響

對模擬廢水進行處理,其中混凝劑投加量為222mg/L,浮選劑投加量為10mg/L,調整溶液為不同pH值,氣浮接觸反應時間為5min,取樣分析。pH值對蛋白質和乳脂去除率的影響如圖2所示。

圖2 pH值對蛋白質和乳脂去除率的影響

從圖2可以看出:pH值在2～6之間時,隨著pH值增加,去除率變化不大,因為硫酸鋁鉀水解產物主要是[Al(H2O)6]3+、[Al(OH)(H2O)5]2+和[Al(OH)2(H2O)4]+等單核羥基絡合物,對有機物的作用是壓縮雙電層作用。pH值達到6～8時,上述單核羥基絡合物縮聚為多核羥基絡合物,產物有[Al(OH)3(H2O)3]0,可與水中的有機物進一步發生吸附架橋作用,形成疏松的、含水率高的絮粒,從而可通過氣浮從水中分離出來。因此,pH值在6～8時,去除率隨著pH值的增加而增大。pH值大于8以后,去除率隨pH值的增加而急劇下降,是由于[Al(OH)3(H2O)3]0進一步水解為[Al(OH)4(H2O)2]-而溶解,且部分被吸附的有機物脫附,導致去除率急劇下降。

2.2 混凝劑用量對去除率的影響

對模擬廢水進行處理,其中混凝劑投加量不同,浮選劑投加量為10mg/L,溶液pH值為8,氣浮接觸反應時間為5min,取樣分析。混凝劑用量對蛋白質和乳脂去除率的影響如圖3所示。

圖3 混凝劑用量對蛋白質和乳脂去除率的影響

從圖3可以看出:從投加混凝劑開始至其質量濃度達到222mg/L時,蛋白質和乳脂去除率隨混凝劑用量的增加而增加;在混凝劑用量為222～556mg/L時,去除率趨于平緩,是因為隨混凝劑用量增加使多核羥基絡合物及其縮聚產物[Al(OH)3(H2O)3]0增加,使得脫穩有機物膠粒之間的電中和和吸附架橋作用強化,脫穩膠粒被網捕、卷掃的作用逐漸加大;當混凝劑投加量超過556mg/L后,去除率隨混凝劑用量增加而下降,說明溶液中鋁鹽投入過多,鋁鹽水解產生的大量正電荷聚合離子被帶負電荷的膠核吸附,使原來已脫穩的負電膠體反而帶正電荷而再次穩定,同時過量的鋁鹽還會使絮體變得脆弱而易被氣浮產生的氣泡打碎,影響氣浮效果。

2.3 浮選劑用量對去除率的影響

浮選劑分子中同時具有親水性基和疏水性基,親水基能選擇性地與帶相反電荷的被分離物親水基結合而使其疏水基朝向水。因此,廢水中的親水性物質因具有疏水性而被氣泡黏附去除。某些浮選劑能顯著改變液體的表面張力,使氣泡尺寸適宜,同時能起泡、穩泡。按1.2.2節及1.2.3節所述對模擬廢水進行處理,混凝劑投加量為222mg/L,調整浮選劑投加量,溶液pH值為8,氣浮接觸反應時間為5min,取樣分析。浮選劑用量對蛋白質和乳脂去除率的影響如圖4所示。

圖4 浮選劑用量對蛋白質和乳脂去除率的影響

從圖4可以看出:當浮選劑質量濃度為2～6mg/L時,蛋白質和乳脂去除率均比不投加浮選劑時低。這是因為浮選劑用量較小時,雖然增加了絮體與氣泡的黏附牢度,但由于十二烷基硫酸鈉加入帶來的CODCr提高比其對氣浮效率的提高要大,導致去除率下降。隨著浮選劑投加量的增加,當投加量為6～10mg/L時,蛋白質和乳脂去除率提高,說明這一系列投加量對氣浮效率的提高比十二烷基硫酸鈉加入帶來的CODCr提高要大,在此投加量內浮選劑提高了氣泡的黏附牢度和數量,氣泡穩定性較好,氣泡尺寸比較適宜于增加微氣泡與絮粒作用形成帶氣絮粒的幾率。當浮選劑投加量為12mg/L時,蛋白質和乳脂去除率比不投加浮選劑時低,說明此時絮體表面已占滿氣泡,浮選劑只能增加溶液中膠束的數量,即形成表面活性劑疏水基團靠在一起的膠束,此時膠束不再具有活性,表面張力不再下降,同時溶液中的膠束又大幅度增加了溶液的CODCr,最終導致蛋白質和乳脂去除率比不加浮選劑時低。

2.4 接觸反應時間對去除率的影響

對模擬廢水進行處理,其中混凝劑投加量為222mg/L,浮選劑投加量為6mg/L,溶液pH值為8,在不同的氣浮接觸反應時間取樣分析。接觸反應時間對蛋白質和乳脂去除率的影響如圖5所示。

圖5 接觸反應時間對蛋白質和乳脂去除率的影響

從圖5可以看出,蛋白質和乳脂去除率隨接觸反應時間的增加呈先上升、后下降的趨勢,當反應時間為5min時,蛋白質和乳脂去除率可達66%。說明在較短的時間內,帶氣絮粒包含在絮粒內部的幾率較大,形成不易下沉的浮渣,氣浮效果較好。當反應時間過長,水體流速降低,致使大絮粒因擁擠而沉降,造成去除率下降。

2.5 混凝沉淀和混凝氣浮對去除率的影響對比

在1L模擬廢水中投加222mg/L混凝劑、6mg/L浮選劑,調節pH值為8,沉淀1h后取少量上清液分析。剩余溶液放入氣浮柱中按1.2.3節所述進行氣浮,控制氣浮時間為5min,取樣分析。

混凝沉淀和混凝氣浮2種方法的蛋白質和乳脂去除率分別為58.5%和64.4%。可以看出混凝氣浮去除率比混凝沉淀去除率高,氣浮可進一步去除的有機物占沉淀未能去除的14%。說明氣浮進一步去除了沉淀未能去除的密度接近1.0g/cm3的微細懸浮顆粒,氣浮工藝較沉淀工藝更適合于去除蛋白質和乳脂。

3 結 論

pH值、混凝劑用量、浮選劑用量及接觸反應時間對蛋白質和乳脂去除效果都有較大影響,當pH值為 8、混凝劑用量為 222 mg/L、浮選劑用量為6mg/L、接觸反應時間為5min時,混凝氣浮對蛋白質和乳脂這2種有機物的去除率可達66%;氣浮可進一步去除沉淀未能去除的細小懸浮顆粒,可將氣浮應用于對蛋白質和乳脂等物質的深度處理,并從浮渣中回收相關物質。

[1]吳根樹,劉妍.氣浮法在污水處理中的應用[J].華北航天工業學院學報,2003,13(1):33-34;53.

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[3]朱兆亮,曹相生,孟雪征,等.氣浮凈水工藝述評[J].環境科學與技術,2008,31(8):55-58.

[4]王靜超,馬軍,韓宏大.探討氣浮工藝的若干技術參數[J].中國給水排水,2004,20(6):22-24.

[5]呂玉娟,朱錫海.溶劑氣浮分離技術研究現狀與發展方向[J].化學進展,2001,13(6):441-449.

[6]李都望,詹健,黃曉東,等.氣浮技術控制影響因素的探討[J].江西科學,2006,24(1):47-50.

Experiment on treatment of protein and milkfat by coagulation-floatation

XIA Hong-yun1,FENG Lin2,CUI Ya-wei1,DENG Zhi-hua1
(1.Department of Environmental Science and Engineering,Southwest Forestry University,Kunming650224,China;2.Henan Lansen Environmental Protection Technology Company Limited,Zhengzhou450008,China)

The influence of pH value,dosage of potassium aluminum sulfate,dosage of sodium dodecyl sulfate,and contact reaction time on treatment of protein and milkfat by coagulation-floatation was studied,and the effects of two techniques,coagulation-floatation and coagulating sedimentation,on treatment of protein andmilkfat were compared.The results showed that pH value,dosage of coagulant,dosage of floatation agent,and contact reaction time greatly affected the removal efficiency.When the pH value was 8,the dosage of the coagulant was 222 mg/L,the dosage of the floatation agent was 6 mg/L and the contact reaction time was 5min,the removal rate of protein and milkfat could reach 66%by coagulation-floatation,and floatation could further remove fine suspended particles that could not be removed by sedimentation.

coagulation-floatation;potassium aluminum sulfate;sodium dodecyl sulfate;reaction time;protein;milkfat

X703.1

B

1004-6933(2010)03-0061-03

云南省教育廳科學研究基金(08Y0201);西南林學院面上基金(200520M)

夏紅云(1974—),女,云南麗江人,講師,碩士,研究方向為水污染控制。E-mail:xiahongyun6@qq.com

2009-02-25 編輯:高建群)