用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂及其制备和应用的制作方法

文档序号:25543267发布日期:2021-06-18 20:40

本发明属于水处理工程分离技术领域,具体涉及用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂及其制备和应用。



背景技术:

在自然水环境和城市水环境中,受自然条件、人类生产生活等各种因素的影响,使水体中常有大量的悬浮微粒,如矿物碎屑、泥沙、微生物和生物残骸,以及一些有机、无机物聚集成的絮凝体。这些悬浮微粒以胶体状态在水体中长期悬浮存在,造成水体水质下降、透明度降低,一些有机悬浮微粒经长期沉积后厌氧发酵,使水质进一步恶化。因此,采用高效的方法去除水体中悬浮微粒,对于水体表观污染改善和水质提升,具有重要的研究意义。

目前对于高浊水中悬浮微粒的分离去除,主要包括离心分离、过滤截流、吸附和浮选法等。絮凝法作为化学法的一种,通过投加化学药剂,使水体中的悬浮微粒逐渐聚集并生长成更大的絮体,或形成絮团,加快悬浮微粒聚沉,实现固液分离。传统化学絮凝法通过与悬浮微粒间的架桥作用,促进悬浮微粒集聚,但该方法通常耗时较长,一般为30-120min,且投加的金属盐类絮凝剂易造成水环境二次污染。

磁絮凝分离技术目前正广泛应用于水处理中,通过向待处理的悬浊液中投加一定浓度的磁性材料,使磁性材料和悬浮微粒以电荷中和、网捕架桥、卷扫等方式凝聚和聚集,再在外加磁场作用下,实现悬浮微粒高效分离。为了提高对悬浮微粒的分离效率,磁性材料在使用前通常会进行功能化包覆。所谓功能化,主要以fe3o4为磁核,在其表面包覆一定的聚合物,形成具有核-壳结构的磁性复合材料。常用于fe3o4包覆的聚合物包括无机类、有机类和生物类聚合物等。其中,生物类聚合物因具有低毒、环境友好的特性,已逐渐成为研究热点。

壳聚糖是天然甲壳素脱乙酰基后的产物,具有无毒、可降解性、生物相容性,是自然界中大量存在的天然碱性多糖。由于壳聚糖的分子结构中存在大量氨基、羟基等活性基团,使其分子内部和分子间形成大量的氢键,并赋予壳聚糖稳定的理化性质和较高的结晶度,因此,壳聚糖常常难溶于水。在酸性溶液中(ph≤6.5),壳聚糖分子结构中的–nh2基团易被质子化成从而具有较好的吸附和絮凝特性。目前有关壳聚糖在水处理中的应用,多数是先对壳聚糖分子上活性基团进行功能化修饰,如醚化改性、酰化改性、聚合物接枝化改性等,以提高其水溶性和絮凝捕集特性,但这些合成改性过程较为复杂,且操作条件不易控制。因此,研究开发一种高效、稳定的壳聚糖基磁性复合材料,并应用于高浊水中悬浮微粒的分离去除,具有重要的研究意义。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂。

本发明的再一目的是提供一种用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂的制备方法。

本发明的再一目的是提供利用双复配自组装磁改性絮凝剂分离高浊水中悬浮微粒的方法。

为实现上述目的,以解决现有技术中存在的上述问题,用本发明的这种原料和方法制备的絮凝剂,能够快速分离高浊水中悬浮微粒,实现多次重复回收和再使用,效果稳定,且上清液中无絮凝剂残留。

本方案采用如下方案:用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂,所述磁改性絮凝剂基于壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺两种絮凝剂溶液预先混合复配后,再与fe3o4磁颗粒自组装双复配制得。

优选地,磁改性絮凝剂配制过程中,壳聚糖溶液、阳离子聚丙烯酰胺溶液和fe3o4磁颗粒的三种配料投加量,根据高浊水水样中各溶质所要达到的终浓度计算得出,以保证壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺和fe3o4三种溶质在高浊水水样中的终浓度比范围在0.1mg/l:0.05mg/l:0.5mg/ml-10.0mg/l:5.0mg/l:10.0mg/ml。

本方案还提供一种用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂制备方法,具体步骤如下:(a)、将壳聚糖溶解在体积分数为1%-5%的醋酸水溶液中,得到终浓度为100mg/l-500mg/l壳聚糖溶液;(b)、将阳离子聚丙烯酰胺溶解在去离子水中,得到终浓度为100mg/l-500mg/l的阳离子聚丙烯酰胺溶液;(c)、将步骤(a)的壳聚糖溶液和步骤(b)的阳离子聚丙烯酰胺溶液按一定比例复配,得到复配溶液,所加壳聚糖溶液与阳离子聚丙烯酰胺溶液的体积比为0.1-5.0,复配时间为1min-5min;(d)、将fe3o4磁颗粒加入到步骤(c)的复配溶液中,fe3o4磁颗粒按照终浓度为0.5mg/ml-10.0mg/ml的计算投加量,并投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装;复配时间为1min-5min,得到双复配自组装磁改性絮凝剂。其中,fe3o4磁颗粒按照磁改性絮凝剂投加到高浊水的水样中终浓度为0.5mg/ml-10.0mg/ml的投加量计算,步骤(c)的复配溶液的投加量按照磁改性絮凝剂投加到高浊水的水样中,以使得壳聚糖在高浊水样中的终浓度达到0.1mg/l-10mg/l,阳离子聚丙烯酰胺在高浊水样中的终浓度达到0.05mg/l-5.0mg/l的投加量计算。

将上述本发明在壳聚糖酸化改性的基础上,首先将壳聚糖与阳离子聚丙烯酰胺预先混合复配,再将复配物与fe3o4磁颗粒双复配自组装,制备双复配自组装磁改性絮凝剂,并在外加磁场作用下,实现对高浊水中悬浮微粒高效、稳定地磁捕获。与传统单复配磁絮凝剂相比,该双复配磁改性絮凝剂在制备时,无需对壳聚糖进行活性基团的醚化、酰化等接枝改性,并能大大降低壳聚糖和fe3o4的投加量,大幅度提升絮凝效率;使用前水样无需进行ph调节、稀释、离心等预处理,制备方法易操作、成本低、原料易得。经双复配优化组装后的磁改性絮凝剂,能够快速分离高浊水中悬浮微粒,实现多次重复回收和再使用,效果稳定,且上清液中无絮凝剂残留。

本发明还提供一种用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂的应用,将磁改性絮凝剂投加到高浊水的水样中,充分搅拌后形成磁絮凝体,使壳聚糖终浓度在0.1mg/l-10mg/l,阳离子聚丙烯酰胺的终浓度在0.05mg/l-5.0mg/l,fe3o4终浓度在0.5mg/ml-10.0mg/ml,并在外加磁场下磁分离。

优选地,高浊水水体ph为4-13.5。

优选地,高浊水水体浊度≤3000。

优选地,磁场强度为≥500g。所述磁分离在永磁铁上进行,磁场强度为≥500g,优选为1000-2000g。

优选地,所述高浊水中悬浮微粒包括不溶于水体或能使水体产生浊度的粉尘颗粒、泥沙、黏土、原生动物、以及河道湖泊水体中引起水华的蓝藻和绿藻。

优选地,所述高浊水中悬浮微粒包括铜绿微囊藻藻属和球藻藻属。

优选地,将步骤(d)制备成的絮凝剂投加到高浊水悬浊液中,搅拌时间优选为0.5min-1min。搅拌转速为50-200rpm。

优选地,磁分离时间为0.5-3min,进一步优选为0.5-1.0min。

本发明进一步优化了磁絮凝剂应用,适用范围不受ph限制。该优化后的双复配自组装磁改性絮凝剂,不仅克服了壳聚糖在使用时难溶解、受操作条件限制等问题,并且能多次回收后再使用,效果稳定。与一般磁絮凝分离悬浮微粒相比,该方法进一步降低絮凝剂投加量,大幅度提升分离效率,且效果稳定、操作简单,所处理高浊水体无需预处理,使收集成本再次降低。

本发明具有如下有益效果:

(1)、本发明的双复配磁改性絮凝剂,处理对象为高浊水体悬浊液原液,分离前无需ph调节、稀释等预处理,且悬浊液浊度极高,为常规絮凝水体浊度的10-200倍。

(2)、本发明所采用的制备原料主要以壳聚糖为主,在自然界中无毒、易降解,且具有生物兼容性。且壳聚糖的双复配过程操作简单、成本低,可操作性强。经双复配与fe3o4自组装后,进一步提高悬浮微粒的分离效果,降低投加量,缩短分离时间。

(3)、本发明采用的fe3o4粒径为微纳米级,可实验室制备,也可市售获得。组装后的双复配磁改性絮凝剂分离效果稳定,双复配组装后较传统接枝改性壳聚糖的性能优于5-10倍,但造价却降低至少1/2以上。

(4)、本发明提供的双复配磁改性絮凝剂及其应用,分离时间短,对分离设备要求低,可大规模工业化推广。

(5)、本发明所采用的双复配磁改性絮凝剂,可多次重复使用,再生方法简单。磁分离实验后,可采用超声法将磁絮凝剂与悬浮微粒拆分,即可再次应用于高浊水体中悬浮微粒的磁分离。该磁改性絮凝剂可重复使用至少10-20次以上,每次回收后再使用的分离率均在95%-99%之间,实现了磁改性絮凝剂的稳定性回收和再使用。

(6)、本发明所分离的高浊水悬浊液,在处理前无需进行ph调节、稀释、离心等前处理,减少分离成本。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的以及有益效果易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。

另外,为了更好说明本发明,在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节,本领域技术人员应当理解,没有某些具体细节,本发明同样可以实施,在另外一些实施例中,对于本领域技术人员熟知的方法、手段、器材和步骤未作详细描述,以便于凸显本发明的主旨。

本方案提供了一种壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺与fe3o4双复配自组装的新型磁改性絮凝剂,进一步优化了磁絮凝剂制备,适用范围不受ph限制。该优化后的双复配自组装磁改性絮凝剂,不仅克服了壳聚糖在使用时难溶解、受操作条件限制等问题,并且能多次回收后再使用,效果稳定。与一般磁絮凝分离悬浮微粒相比,该方法进一步降低絮凝剂投加量,大幅度提升分离效率,且效果稳定、操作简单,所处理高浊水体无需预处理,使收集成本再次降低。根据本发明的用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂,首先制备壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺的复配物:

(a)、称取壳聚糖溶解于1%-5%(v/v)的醋酸水溶液中,使得壳聚糖的终浓度为100mg/l-500mg/l;

(b)、称取阳离子聚丙烯酰胺溶解在去离子水中,使得阳离子聚丙烯酰胺的终浓度为100mg/l-500mg/l;

(c)、将步骤(a)和(b)中的壳聚糖溶液和阳离子聚丙烯酰胺水溶液按一定比例进行混合复配,所加壳聚糖溶液与阳离子聚丙烯酰胺水溶液的比例为0.1-5.0(v/v),复配时间为1min-5min,获得壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺的复配物。

然后,将上述步骤(c)制得的壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺复配物与fe3o4磁粒子再次混合复配1-5min,得到壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺与fe3o4双复配的磁改性絮凝剂。将双复配磁改性絮凝剂投加于高浊水体的悬浊液中,充分搅拌后形成磁絮凝体,使壳聚糖的终浓度在0.1mg/l-10mg/l,阳离子聚丙烯酰胺的终浓度在0.05mg/l-5.0mg/l,fe3o4磁颗粒的终浓度在0.5mg/ml-10.0mg/ml,并在外加磁场下高效分离。

为了提高悬浮微粒的分离效率,磁性材料在使用前会进行功能化包覆。所谓功能化,是以fe3o4为磁核,在其表面包覆一定的聚合物,形成具-有核壳结构的功能化磁性复合材料。常用于fe3o4包覆的聚合物包括无机类聚合物(聚合氯化铝等)、有机类聚合物(聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺等)、生物类聚合物(壳聚糖、阳离子淀粉等)。

本发明所采用壳聚糖在自然界中普遍存在,易降解。它与阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4双复配自组装后得到的磁改性絮凝剂,在外加磁场作用下,能在1.0min内实现对高浊水中悬浮微粒(浊度≤3000ntu)的高效磁捕获,分离率达95%以上。

本方案主要通过以下技术方案来实现:提供了双复配自组装的磁改性絮凝剂收集悬浮微粒,将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺复配后,在室温条件下再与fe3o4双复配自组装后投加到高浊水体中充分混合,形成被磁絮凝剂裹覆的磁絮体,并在外加磁场下实现快速分离。

所述分离的悬浮微粒包括不溶于水体或能造成水体产生浊度的粉尘颗粒、泥沙、黏土、原生动物等,以及河道湖泊水体中引起水华的蓝藻、绿藻等,如球藻、铜绿微囊藻藻属。优选为水体中的藻类微生物、粉尘泥沙等悬浮颗粒物。

根据本发明的双复配自组装磁改性絮凝剂分离悬浮微粒的方法,包括以下步骤:

步骤一、壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺的混合复配:(a)、称取壳聚糖溶解于1%-5%(v/v)的醋酸水溶液中,使得壳聚糖的终浓度为100mg/l-500mg/l;(b)、称取阳离子聚丙烯酰胺溶解在去离子水中,使得阳离子聚丙烯酰胺的终浓度为100mg/l-500mg/l;(c)、将步骤(a)和(b)中的壳聚糖和阳离子聚丙烯酰胺水溶液按一定比例进行混合复配,所加壳聚糖与阳离子聚丙烯酰胺水溶液的比例为0.1-5.0(v/v),复配时间为1min-5min,复配后得到壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺的复配物。

步骤二、双复配自组装磁改性絮凝剂的制备及应用:将步骤一所得壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺复配物与fe3o4再次混合复配,将fe3o4磁颗粒按照终浓度为0.5mg/ml-10.0mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为1min-5min,制备得到壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺与fe3o4双复配的自组装磁改性絮凝剂。

步骤三、双复配自组装磁改性絮凝剂分离高浊水中悬浮微粒:将步骤二制备得到的双复配自组装磁改性絮凝剂,直接投加于高浊水体悬浊液中,使壳聚糖的终浓度在0.1mg/l-10mg/l,阳离子聚丙烯酰胺的终浓度在0.05mg/l-5.0mg/l,fe3o4磁颗粒的终浓度在0.5mg/ml-10.0mg/ml,并在外加磁场下高效分离。

如上述步骤一、二和三所述,只有当壳聚糖和阳离子聚丙烯酰胺预先复配后再与fe3o4自组装,所制备的双复配磁改性絮凝剂,才会有较优的分离效果;而壳聚糖和阳离子聚丙烯酰胺任一物质单独与fe3o4组装,分离效果仅有40%-60%;在壳聚糖与阳离子聚丙烯酰胺混合复配的过程中,阳离子聚丙烯酰胺的–n+基团与壳聚糖的氨基、羟基基团发生离子交换,使壳聚糖表现为更强的电正性。经过壳聚糖-阳离子聚合物复配后再与fe3o4双复配自组装,制备的双复配磁改性絮凝剂不仅能够大幅度提高对悬浮微粒的分离效果,还能进一步降低分离时间,简化操作步骤,节约成本。

需要指出的是,步骤一和步骤二所得壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺复配物与fe3o4再次混合复配,壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺复配物和fe3o4磁颗粒的添加量,均是根据絮凝剂投入悬浊液后所要达到的终浓度来反推计算得出。因此本方案中,将fe3o4磁颗粒按照絮凝剂投入悬浊液后所要达到的终浓度为0.5mg/ml-10.0mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,该终浓度为絮凝剂投入悬浊液后的终浓度,配制好的双复配自组装磁改性絮凝剂中三种组分的溶质质量比,与絮凝剂投加到高浊水悬浊液后的终浓度比在数值上是相等的。

也即,磁改性絮凝剂配制中,壳聚糖溶液、阳离子聚丙烯酰胺溶液和fe3o4磁颗粒的三种配料投加量,根据磁改性絮凝剂投加入高浊水水样中的终浓度反推计算得到,以保证磁改性絮凝剂投加到高浊水的水样后,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺和fe3o4三种溶质在高浊水水样中的终浓度比范围在0.1mg/l:0.05mg/l:0.5mg/ml-10.0mg/l:5.0mg/l:10.0mg/ml。

步骤四、向步骤三中所述的高浊水体悬浊液中,加入步骤二的双复配自组装磁改性絮凝剂,充分搅拌后形成磁絮凝体。

步骤五、在外加磁场强度≥500g场强下,对步骤四中的磁絮凝体磁分离,去除上清液后分离悬浮微粒。当磁场强度低于500g时,磁絮凝体不足以借助磁力快速沉降,因此,磁场强度需大于500g。

本发明所用壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺与fe3o4自组装的双复配磁改性絮凝剂,制备方法简单,具体地,在室温状态下,将阳离子聚丙烯酰胺、壳聚糖的溶液预先混合复配后,再将该复配溶液与fe3o4再次混合复配实现自组装,组装后磁改性絮凝剂由于–n+基团的包覆具有更正的荷电特性。该双复配磁改性絮凝剂可现配现用,室温保存,所述的fe3o4可实验室制备,也可市售获得。

上述步骤三中所述高浊水悬浊液,适用范围与壳聚糖、fe3o4/壳聚糖相比,可扩宽至4-13.5。如4.0,5.0,6.1,7.2,8.2,10.2,11.4,12.1,13.4。

上述步骤四中所述方法将磁介质投加到高浊水悬浊液中,搅拌时间优选为0.5min-1min。搅拌转速为50-200rpm,例如50rpm、70rpm、90rpm、120rpm、150rpm,200rpm,优选80-150rpm。

在步骤五中,所述磁分离在永磁铁上进行,磁场强度为≥500g,如500g、700g、1000g、1200g、1500g、2000g、2500g,优选为1000-2000g。

所述磁分离时间为0.5-3min,如0.5min、1.0min、2min、3min,进一步优选为0.5-1.0min。

所述双复配自组装磁改性絮凝剂在磁分离高浊水中悬浊液后,采用超声法将磁改性絮凝剂与悬浮微粒进行拆分,并在磁场作用下实现磁改性絮凝剂的快速高效回收,磁改性絮凝剂回收率在95%-99%。将回收后的磁改性絮凝剂再次应用于悬浮微粒的分离,磁分离率仍可达到95%以上。

本方案中的分离率计算公式如下:

以下,根据下述实施例和比较例对本发明进一步详细地阐述。在以下实施例和对比例中,用分离率表示絮凝剂的分离效果,分离率越高,说明絮凝剂加入悬浊液后的分离效果越好。

实施例1:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离高岭土悬浊液(浊度720ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.50mg/l:0.25mg/l:1.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、500mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为2.0;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为1.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为3min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到高岭土悬浊液中(浊度为720ntu、ph为7.4,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.50mg/l、0.25mg/l、1.00mg/ml),采用100rpm转速搅拌1min后,置于1000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为32.4ntu,采用上述式(1)计算分离率,得到分离率为95.5%。

实施例2:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离煤泥水悬浊液(浊度1250ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.75mg/l:0.25mg/l:1.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、500mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为3.0;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为1.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为3min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到煤泥水悬浊液中(浊度为1250ntu、ph为5.8,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.75mg/l、0.25mg/l、1.00mg/ml),采用100rpm转速搅拌1min后,置于1000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为47.5ntu,得到分离率为96.2%。

实施例3:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离采矿废水悬浊液(浊度500ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.10mg/l:0.05mg/l:1.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在1%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、100mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配1min,两者体积比为0.4;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为1.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为1min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到采矿废水悬浊液中(浊度为500ntu、ph为4.4,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.10mg/l、0.05mg/l、1.00mg/ml),采用200rpm转速搅拌1min后,置于500g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为24.0ntu,得到分离率为95.2%。

实施例4:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离钻井废水悬浊液(浊度1600ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为1.00mg/l:0.50mg/l:3.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在2%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、500mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配5min,两者体积比为2.0;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为3.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为5min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到钻井废水悬浊液中(浊度为1600ntu、ph为5.2,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为1.00mg/l、0.50mg/l、3.00mg/ml),采用150rpm转速搅拌1min后,置于1500g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为40.0ntu,得到分离率为97.5%。

实施例5:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离普通小球藻悬浊液(浊度1500ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.75mg/l:1.50mg/l:2.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为400mg/l、400mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配5min,两者体积比为0.5;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为2.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为5min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到普通小球藻悬浊液中(浊度为1500ntu、ph为8.6,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.75mg/l、1.50mg/l、2.00mg/ml),采用120rpm转速搅拌1min后,置于2000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为48.0ntu,得到分离率为96.8%。

实施例6:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离黄河泥水悬浊液(浊度1400ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.50mg/l:1.00mg/l:2.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在5%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、100mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配5min,两者体积比为0.1;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为2.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为5min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到普通黄河泥水悬浊液中(浊度为1400ntu、ph为7.2,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.5mg/l、1.00mg/l、2.00mg/ml),采用120rpm转速搅拌1min后,置于2000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为63.0ntu,得到分离率为95.5%。

实施例7:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离某湖水华水体悬浊液(浊度2500ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为5.00mg/l:5.00mg/l:5.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在5%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、100mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配5min,两者体积比为0.2;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为5.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为5min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到某湖水华水体悬浊液中(浊度为2500ntu、ph为10.5,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为5.00mg/l、5.00mg/l、5.00mg/ml),采用120rpm转速搅拌1min后,置于2500g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为27.5ntu,得到分离率为98.9%。

实施例8:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离某湖河泛水体悬浊液(浊度1600ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为1.5mg/l:0.5mg/l:3.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在2%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为200mg/l、200mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为3.0;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为3.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为3min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到某湖河泛水体悬浊液中(浊度为1600ntu、ph为9.6,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为1.50mg/l、0.50mg/l、3.00mg/ml),采用100rpm转速搅拌1min后,置于1500g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为52.8ntu,得到分离率为96.7%。

实施例9:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离某黑臭水体悬浊液(浊度1000ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为2.00mg/l:1.00mg/l:1.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、100mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为0.4;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为1.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为3min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到某黑臭水体悬浊液中(浊度为1000ntu、ph为10.8,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为2.00mg/l、1.00mg/l、1.00mg/ml),采用100rpm转速搅拌1min后,置于1200g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为42.0ntu,得到分离率为95.8%。

实施例10:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离某施工工地周边河道水体悬浊液(浊度3000ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为10.0mg/l:5.00mg/l:10.0mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在5%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、500mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配5min,两者体积比为2.0;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为10.0mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为5min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到某施工工地周边河道水体悬浊液中(浊度为3000ntu、ph为10.9,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为10.0mg/l、5.00mg/l、10.0mg/ml),采用120rpm转速搅拌1min后,置于2500g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为75.0ntu,得到分离率为97.5%。

实施例11:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离铜绿微囊藻悬浊液(浊度2000ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为5.00mg/l:3.00mg/l:2.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、100mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配5min,两者体积比为0.3;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为2.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为5min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到铜绿微囊藻悬浊液中(浊度为2000ntu、ph为9.25,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为5.00mg/l、3.00mg/l、2.00mg/ml),采用120rpm转速搅拌1min后,置于2000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为78.0ntu,得到分离率为96.1%。

实施例12:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离某湖泥水悬浊液(浊度890ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.50mg/l:0.10mg/l:1.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、100mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为1.0;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为1.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为3min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到某湖泥水悬浊液中(浊度为890ntu、ph为6.35,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.50mg/l、0.10mg/l、1.00mg/ml),采用100rpm转速搅拌1min后,置于1000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为16.0ntu,得到分离率为98.2%。

实施例13:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离椭圆小球藻悬浊液(浊度1200ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为2.00mg/l:0.25mg/l:3.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、100mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为1.6;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为3.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为3min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到椭圆小球藻悬浊液中(浊度为1200ntu、ph为9.40,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为2.00mg/l、0.25mg/l、3.00mg/ml),采用100rpm转速搅拌1min后,置于1200g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为49.2ntu,得到分离率为95.9%。

实施例14:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离某水泥厂泥水悬浊液(浊度750ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.80mg/l:0.40mg/l:1.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在2%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、100mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为0.4;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为1.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为3min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到某水泥厂泥水悬浊液中(浊度为750ntu、ph为5.32,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.80mg/l、0.40mg/l、1.00mg/ml),采用100rpm转速搅拌1min后,置于1000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为26.3ntu,得到分离率为96.5%。

实施例15:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离蛋白小球藻悬浊液(浊度2500ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为8.00mg/l:5.00mg/l:10.0mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在5%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、500mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配5min,两者体积比为1.6;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为10.0mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为5min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到蛋白小球藻悬浊液中(浊度为2500ntu、ph为10.45,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为8.00mg/l、5.00mg/l、10.0mg/ml),采用120rpm转速搅拌1min后,置于2500g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为22.5ntu,得到分离率为99.1%。

实施例16:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于分离某河道景观水体悬浊液(浊度630ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.40mg/l:0.40mg/l:0.50mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为100mg/l、500mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为5.0;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为0.50mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为3min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到某河道景观水体悬浊液中(浊度为630ntu、ph为7.1,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.40mg/l、0.40mg/l、0.50mg/ml),采用100rpm转速搅拌1min后,置于1000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为17.6ntu,得到分离率为97.2%。

实施例17:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺预先复配后,再与fe3o4双复配自组装制备磁改性絮凝剂,并用于高岭土悬浊液(浊度900ntu),壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.50mg/l:0.50mg/l:5.00mg/ml。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、500mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为1.0;将fe3o4磁颗粒按照终浓度为5.00mg/ml的投加量投加到上述复配溶液中与之再次复配自组装,复配时间为3min,制备双复配自组装磁改性絮凝剂。将制备的双复配磁改性絮凝剂投加到高岭土悬浊液中(浊度为900ntu、ph为7.0,壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.50mg/l、0.50mg/l、5.00mg/ml),采用100rpm转速搅拌1min后,置于2000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为27.0ntu,得到分离率为97.0%。

表-1

对比例1:将壳聚糖作为絮凝剂单独投加,应用于分离高岭土悬浊液(浊度890ntu),壳聚糖的终浓度为0.50mg/l。

将壳聚糖溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液中,使壳聚糖储备液的浓度为500mg/l。取一定体积的壳聚糖储备液投加到高岭土悬浊液中(浊度890ntu,ph为7.3),使壳聚糖的终浓度为0.50mg/l,采用100rpm转速搅拌1min后,待液面静置1min后测定上清液浊度为721ntu,得到分离率为19%。

对比例2:将阳离子聚丙烯酰胺作为絮凝剂单独投加,应用于分离高岭土悬浊液(浊度910ntu),阳离子聚丙烯酰胺的终浓度为0.5mg/l。

将阳离子聚丙烯酰胺溶解在去离子水中,使阳离子聚丙烯酰胺储备液的浓度为500mg/l。取一定体积的阳离子聚丙烯酰胺储备液投加到高岭土悬浊液中(浊度910ntu,ph为7.5),使阳离子聚丙烯酰胺的终浓度为0.50mg/l,采用100rpm转速搅拌1min后,待液面静置1min后测定上清液浊度为537ntu,得到分离率为41%。

对比例3:将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺混合复配后,作为复配絮凝剂投加,应用于分离高岭土悬浊液(浊度900ntu),其中壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的浓度比为0.5mg/l:0.50mg/l。

将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺分别溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液和去离子水中,使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的储备液浓度分别为500mg/l、500mg/l。取一定体积的壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺储备液混合复配3min,两者体积比为1.0。将壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的复配液投加到高岭土悬浊液中(浊度900ntu,ph为4.2),使壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺的终浓度分别为0.5mg/l、0.5mg/l,采用100rpm转速搅拌1min后,待液面静置1min后测定上清液浊度为324ntu,得到分离率为64%。

对比例4:将fe3o4单独投加,应用于分离高岭土悬浊液(浊度900ntu),fe3o4的终浓度为5.0mg/ml。

将fe3o4磁颗粒直接投加到高岭土悬浊液中(浊度900ntu,ph为6.8),使fe3o4磁颗粒的终浓度为5.0mg/ml,采用100rpm转速搅拌1min后,置于1000g永磁铁上静置沉降,1min后测定上清液浊度为585ntu,得到分离率为35%。

对比例5:将壳聚糖单独与fe3o4混合复配,制备fe3o4/壳聚糖单复配磁絮凝剂,应用于分离高岭土悬浊液(浊度900ntu),壳聚糖、fe3o4的浓度比为0.5mg/l:5.0mg/ml。

将壳聚糖溶解在3%(v/v)的醋酸水溶液中,使壳聚糖储备液浓度为500mg/l。取一定体积的壳聚糖储备液与fe3o4磁颗粒混合复配,复配时间为3min,制备fe3o4/壳聚糖单复配磁絮凝剂。将制备的fe3o4/壳聚糖单复配磁絮凝剂投加到高岭土悬浊液中(浊度为900ntu、ph为7.3,壳聚糖、fe3o4的终浓度分别为0.50mg/l、5.0mg/ml,采用100rpm转速搅拌1min后,置于1000g永磁铁静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为459ntu,得到分离率为49%。

对比例6:将阳离子聚丙烯酰胺单独与fe3o4混合复配,制备fe3o4/阳离子聚丙烯酰胺单复配磁絮凝剂,应用于分离高岭土悬浊液(浊度900ntu),阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的浓度比为0.5mg/l:5.0mg/ml。

将阳离子聚丙烯酰胺溶解在去离子水中,使阳离子聚丙烯酰胺储备液浓度为500mg/l。取一定体积的阳离子聚丙烯酰胺储备液与fe3o4磁颗粒混合复配,复配时间为3min,制备fe3o4/阳离子聚丙烯酰胺单复配磁絮凝剂。将制备的fe3o4/阳离子聚丙烯酰胺单复配磁絮凝剂投加到高岭土悬浊液中(浊度为900ntu、ph为7.3,阳离子聚丙烯酰胺、fe3o4的终浓度分别为0.50mg/l、5.0mg/ml,采用100rpm转速搅拌1min后,置于1000g永磁铁上静置沉降,1.0min后测定上清液浊度为360ntu,得到分离率为60%。

表-2

由实施例和对比例可知,根据本方案用于分离高浊水中悬浮微粒的双复配磁改性絮凝剂,其改进在于,对于分离高浊度水中的悬浮微粒,采用壳聚糖(终浓度50mg/l-1000mg/l)时,无论分离时间为30s还是3h,分离率只有10%-20%;采用阳离子聚丙烯酰胺(终浓度为0.05mg/l-5.0mg/l)时,分离率只有40%-50%;但若将壳聚糖与阳离子聚丙烯酰胺混合复配后,分离效果可在酸性条件下提升至60%-70%。采用未包覆的fe3o4(0.5mg/ml-10.0mg/ml),分离率只有30%-35%;即使将壳聚糖(终浓度50mg/l-1000mg/l)与fe3o4(0.5mg/ml-10.0mg/ml)复配混合后,分离率也只有40%-50%。但若将壳聚糖(终浓度50mg/l-1000mg/l)-阳离子聚丙烯酰胺(终浓度为0.05mg/l-5.0mg/l)的预先复配后,再与fe3o4磁颗粒(0.5mg/ml-10.0mg/ml)双复配制备磁改性絮凝剂后,在0.5min以内分离率可达到93%以上,并在1.0min内达到95%以上,投加量进一步降低,所处理的高浊水体无需进行ph调节、稀释、离心等前处理。该双复配磁改性絮凝剂的制备,进一步简化操作程序,降低操作成本。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

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