摘要

本研究通過評價合成聚合物作為混凝劑在化學淨化過程中的效果，解決了無機混凝劑在地表水處理中的局限性。無機混凝劑的局限性包括;將剩餘金屬排放到下遊水域，過度依賴pH值，大劑量和高汙泥產量。將1克木薯澱粉分散在100毫升蒸餾水中，用熱水(80°C-100°C)使其達到1升，加入1ml 1N H2SO4，並通過穩定的電源單元以0.15安瓿電流以鋁棒為電極電解製備合成聚合物混凝劑。除了1 g的活性炭作為助凝劑(樣本)導致一個更好的濁度去除比不援助(示例B)。樣本被發現一樣有效的明礬在中性和基本媒介造成比濁度去除80%酸堿7和濁度去除89%以上9劑量20毫升(20 g)的示例a初步成本分析表明,樣本比明礬更經濟。

關鍵字

合成聚合物;澱粉;活性炭;電解;凝血劑

簡介

地表水和地下水經常含有物理、生物和化學成分，這些成分會影響飲用者的健康，降低其合成吸引力，並給使用者帶來不便。因此，水處理廠有責任將這些成分減少到可消耗的最低限度，為了做到這一點，必須進行處理過程。地表水的處理需要將原水通過一係列處理單元，這些處理單元通常是低揚程泵、曝氣單元、過濾單元和消毒單元。這些是在水儲存和分配到社區之前所涉及的主要過程。

合成聚合物是本世紀下半葉的產物，聚合物科學已成功應用於水/廢水領域，改善了沉降過程[2]。原水(未經處理的水)中的許多懸浮顆粒太小，無法在沉降分離過程中自行沉澱下來。添加聚合物的好處來自於這些單個顆粒聚集成更大的團塊或絮凝體，允許它們沉澱和去除。根據[1]已成功應用於水處理的合成聚合物包括高分子量多胺、聚烷胺和聚丙烯腈。

澱粉是含有碳、氫、氧三種碳水化合物的有機物質。它們也被稱為多糖。澱粉儲存在高等植物的葉子、公牛、果實、種子、塊莖和根莖等植物中;它們也存在於一些低等植物(藻類)中。

根據Whistler R, et al.[3]，當澱粉顆粒完整時，如果外膜已被研磨破碎，則澱粉顆粒不溶於冷水;這些顆粒在冷水中膨脹並形成凝膠。當完整的顆粒用溫水處理時，澱粉的可溶性部分通過顆粒壁擴散，在熱水中顆粒膨脹到破裂的程度。

澱粉也可被酶水解成單糖，最終水解成葡萄糖。澱粉的存在可以通過添加碘來檢測。

多糖如澱粉是由許多單糖單位結合在一起組成的。澱粉分子是由許多葡萄糖C分子結合而產生的₆H₁₂0₆，隨著水分子H的消除₂因為H的分裂₂0個分子被歸為縮合，有許多葡萄糖分子參與，澱粉可稱為葡萄糖的縮合聚合物。在本文中，葡萄糖單位將被寫成HOC₆H₁₀O₄哦。來自一對不同葡萄糖分子的羥基以以下方式消除了一個非常大的線性分子。

讓C₆H₁₀O₄= X

也就是說,

HO-X-OH + HO-X-OH + HO-X-OH + x噢→HO-X-O-X-O-X-O-X-OH + 3 h₂O

在一個實際的澱粉分子中，200到500個葡萄糖分子可以組合在一起，假設分子質量可能在6萬左右。如果形成的鏈分子保持直鏈，這種物質被稱為直鏈澱粉，但如果形成有許多分支的分支結構，這種產物被稱為支鏈澱粉[6]。熱水解，稀，四氧硫酸鈉(VI)酸，H₂所以₄，把H放回去₂O分子，將鏈再次分解為單個葡萄糖分子。

澱粉可以細分為兩類，這取決於它們是來自於保持高含水量的器官，還是在水分較少的條件下產生的。澱粉有如此廣泛的用途，在此隻能提到幾種最突出的用途。Whistler R等[3]解釋了澱粉的一些用途。根據他們的說法，一些國家的主要食物是穀物、根莖和塊莖中的澱粉。在紡織工業中，澱粉和改性澱粉被用於紡織前準備紗的上漿，用於上漿(整理)布，以及用於澱粉和染料的印染漿料。澱粉在造紙中也很有用。

電解是基於對離子理論的理解。離子理論最早是由阿倫尼烏斯在1887年提出的，他假設溶液中的電解質解離成帶電粒子，稱為離子，正離子上的總電荷等於負離子上的總電荷[6]。他進一步解釋說，金屬離子、銨離子和氫離子帶正電荷，而非金屬離子和氫氧根離子帶負電荷。一個離子所攜帶的電荷數等於相應原子或基團的價電子。由於這些離子所攜帶的電荷，它們的性質與相應的電中性原子有很大的不同。

研究區域描述

從奧帕水壩收集原水，並用於測試兩種製備好的溶液在中性條件(pH值7)和基本條件(pH值9)下的有效性。其他水樣也用不同數量的1%明礬溶液(Al₂(所以₄）_3..18H₂O)。

材料與方法

Davidson J和Summerfelt ST[8]所描述的木薯澱粉製備方法完全是濕法。購買了木薯塊莖;這些塊莖被剝去了皮，洗去了汙漬。然後用小型研缽和研杵碾碎塊莖，製成果肉。將碾碎的塊莖懸浮在水中，在水中停留約三天，這是為了軟化塊莖，然後將塊莖和水的混合物進行篩分，以去除纖維物質，留下所謂的澱粉乳。讓澱粉牛奶沉澱一段時間(一到兩個小時)，然後通過倒掉頂部的水將沉澱的澱粉與水分離。留下的材料隨後被幹燥並儲存在幹燥器中。這種材料就是用於合成聚合物製備的澱粉。

合成聚合物的製備

取1克儲存的澱粉與100毫升冷蒸餾水混合，再加入900毫升熱蒸餾水(約80°C-100°C)作1升標記，然後在澱粉溶液中加入1毫米的1N硫酸，電解45分鍾。實驗裝置電路圖如圖1所示。稀硫酸作為電解液，鋁棒被用作電極，鋁棒在頂部被縱向刺穿，以允許銅線通過，用於將電流傳輸到穩定的電源單元。在充注的過程中輕輕攪拌溶液。電極之間的電壓由萬用表監測，並保持在40伏，電流保持在0.15安培左右。溶液充電45分鍾。

圖1:凝血研究實驗室設置。

樣品A在電解溶液前加入1g活性炭和澱粉，而樣品B隻加入澱粉。

每種情況下的處理包括將不同量的配製溶液加入水中，溶液和水快速混合60秒，然後使用罐子測試裝置緩慢混合10分鍾。讓水沉澱30分鍾後，測量沉澱水的渾濁度。混凝效果是通過使用Hachs 2100 a型濁度儀測量處理前後水樣的濁度來確定的。

結果及討論

在選擇四氧硫酸(VI)酸(H₂所以₄)為電解液，以氯化氫(HCl)為電解液進行了初步實驗。電解實驗結果見(表1)。對比兩種電解質，可以明顯看出H₂所以₄除濁效果較好。使用鹽酸的主要缺點是在水中形成的絮凝體不能很好地沉降。

劑量(毫升)	HCl去除A樣品濁度百分比(%)	H對樣品A的濁度去除率2所以4（％）
5	14.29	29.17
10	14.29	57.26
15	23.21	81.16
20.	20.19	75.31
25	19.68	72.67

表1:HCl和H的作用₂所以₄對樣品A的混凝特性進行了研究。

當樣品A(澱粉與活性炭混合加稀H₂所以₄)和樣品B(澱粉加水稀釋H₂所以₄)進行充裝，並進行了以下觀察:

1. 在陽極有一些穿孔，在陰極有氣泡排出。這種氣體被懷疑是氫氣。
2. 陽極處可見白色膠狀物質。隨著充注的進行，物質的數量增加。當攪拌時，這種膠狀物質在溶液中形成絮凝體。
3. 在樣品A的充裝過程中，我們注意到活性炭在整個充裝過程中都在燒杯底部沉降，即使攪拌，幾秒鍾後顆粒又沉降了。這意味著活性炭是惰性的，不導電，無論冷還是熱都不溶於水。

配製不同重量的木薯澱粉和活性炭組合，充裝藥並進行試驗，結果如表2所示。從結果可以看出，要想有效去除濁度，澱粉與活性炭的配比應為1。從有效性和經濟性兩方麵考慮，1克澱粉和1克活性炭似乎是生產一升樣品a溶液的最佳組合。

澱粉-活性碳組合S arch (g)活性碳(g)		所列體積(ml)	濁度去除(%)
1．0	0．5	5	29.32
		10	41.62
		20.	70.13
1．0	1．0	5	28.33
		10	57.26
		20.	81.60
0．5	1．0	5	10.69
		10	27.91
		20.	35.67

表2:木薯澱粉與活性炭不同組合的除濁特性研究。

樣品A的凝固特性

絮體形成較低劑量的樣品時慢2毫升,5毫升10毫升的樣品2 g, 5 g和10 g的樣品分別單獨服用原水、後觀察到的拘留時間緩慢攪拌(10分鍾),形成的絮體在中性和基礎培養基都小但非常快,但一些棉絮看到漂浮在表麵的處理過的水。然而，當使用15 ml和20 ml (15 g和20 g)的高劑量時，這些劑量形成的絮凝體在中性和堿性介質中也有很高的去濁率(圖2和3)。形狀表明，存在一個最佳的混凝劑濃度來最大程度地去除濁度，超過這個濃度，濁度就會增加。所獲得的結果證實了這些發現，這表明任何超出最低程度降低濁度所需劑量的劑量本身都可能導致水的濁度

樣品B的凝固特性

樣品B的觀察行為與樣品a幾乎相似，在低劑量、5 ml、10 ml和15 ml(分別為5.05 g、10.10 g和15.15 g)時，樣品B在pH值7和pH值9時形成的絮凝體都很小，形成時間也相對較長(圖3)。20 ml, 25 ml和30 ml(分別為20.2 g, 25.25 g和30.30 g)相當大，與樣品A一樣，沉降很快。

合成高分子混凝劑與明礬

圖2顯示，兩個樣品在pH值7時有效，但明礬是最有效的，在處理500 ml原水時，用量為20 g的樣品a，其去除率最大，為84.80%;在處理相同體積的原水時，用量為20.02 g的樣品B，其去除率最低，為64.03%。圖4顯示，在處理500ml原水時，礬溶液用量為3.95 g時，去濁率最高，為90.98%，pH值為9時效果最好。樣品A和樣品B在處理500ml原水時，用量分別為20 g和25.55 g時，去除率最高，分別為89.09%和52.78%。

圖2:樣品A在pH值7和pH值9時的濁度去除百分比。

圖3:樣品B在pH值7和pH值9時的濁度去除百分比。

圖4:pH值7和pH值9時明礬的濁度去除率。

樣品A的去濁率與明礬的去濁率接近可歸因於溶液中活性炭的存在，而樣品B的去濁率較低，與樣品A和明礬相比，可歸因於樣品A中不存在活性炭，而活性炭是助凝劑[9,10]。

在圖2中，活性炭在樣品A中的有效性顯示在非常低的劑量下，我們可以推斷，由於樣品B在pH 9時有效性下降，那麼一定是活性炭在pH 9時更有效。

結論

根據研究結果，得出以下結論:

1. 1克澱粉，1ml 1N H₂所以₄與蒸餾水混合並充電45分鍾，(0.15安培，直流電流和40伏)給出了一種有效的水混凝產品。
2. 加入活性炭作為助凝劑，提高了合成高分子混凝劑的混凝效果。
3. 合成的高分子混凝劑與明礬混凝效果比較滿意。它的最大去除率為81.16%，明礬的最大去除率為84.80%。
4. 明礬和合成聚合物在堿性介質中比在中性介質中更有效，都能降低原水的pH值。
5. 合成聚合物的溶液在室溫下是穩定的。兩周以上仍能保持凝血效果。

參考文獻

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條信息

文章類型:研究文章

引用:Jeje JO(2020)一種合成高分子混凝劑的製備與分析研究。汙水處理6(1):dx.doi。org/10.16966/2381 - 5299.163

版權:©2020 Jeje JO。這是一篇開放獲取的文章，根據創作共用署名許可的條款發布，允許在任何媒介上不受限製地使用、分發和複製，前提是要注明原作者和來源。

出版的曆史:

收到日期:2019年11月25日

接受日期:2020年1月3日

發表日期:2020年1月9日