黄原胶是由D-葡萄糖、D-甘露糖和D-葡萄糖 醛酸构成的五糖重复单位，黄原胶分子的一级结构 是由烽(1，4)-糖苷键相连，构成其纤维素主链，间隔 的葡萄糖基上联接由y8-D-甘露糖-p-D-葡萄糖醛 酸-a-D-甘露糖组成的侧链[1]，与主链相连的甘露糖 通常由乙酰基修饰，超声曝气组合工艺降解采油废水黄原胶的研究，侧链末端的甘露糖与丙酮酸发生 缩醛反应而被修饰[21。黄原胶的二级结构[3]是侧链绕主 链骨架反向缠绕，通过氢键维系形成棒状双螺旋结 构。黄原胶的三级结构[4]是棒状双螺旋结构间靠微弱 的非共价键结合形成的螺旋复合体。黄原胶具有假塑 流变性、増稠性、稳定性、悬浮性和乳化性等特性。正 是由于黄原胶具有超乎寻常的稳定性，因此大大地増 加了其应用普及度。比如在采油业中，黄原胶应用于 钻井、完井、调剖堵水及3次采油，被喻为“油井的优 质催产素”，但却増加了采油废水的处理难度[5气因 此近年来，对其进行过多种方法的研究，其中有物理 法、化学法、生物法等。化学法过程简单但降解无规 则，易生成单糖，并伴有结构变化和副产物产生％生 物法虽然设备简单，运行费用低，并且较少形成二次 污染，但其降解速度慢，耗时较长[8|;而物理法中的超 声曝气法因具有反应条件温和、工艺简单、操作方便、 节约能源等特点[91，成为目前的研究热点。

本研究采用物理法中的超声曝气法，单因素考 察反应时间、通气量、超声功率、黄原胶溶液初始浓 度以及pH等因素对黄原胶降解效率的影响，旨在

探索一种高效的降解黄原胶的途经。

1试验部分 1.1试验试剂与仪器

试验试剂:盐酸、黄原胶、氢氧化钠、正丁醇等均 为化学纯;试验仪器:分析天平、乌氏粘度计（内径 0.6〜0.7 mm)、空气泵、NDWA旋转粘度计、 JCX-500W超声波清洗机、空气流量计。

1.2试验方法

取400 mL去离子水于大烧杯中，称取黄原胶 固体粉末，边倒边搅拌，超声曝气组合工艺降解采油废水黄原胶的研究，然后在冰箱里溶胀12 h (防 止黄原胶被空气中微生物降解），再充分搅拌，然后 在容量瓶中定容。

将一定质量浓度的黄原胶溶液2 L置于5 L锥 形瓶中，控制通气量，调节超声清洗功率，超声作用 一定时间，每隔15 min取一次样，在NDJ4A旋转 粘度计中测定每个样品的旋转粘度，最后再计算粘 度降低率，粘度的降低率表征了黄原胶的降解率[10]。

2结果与讨论

2.1降解黄原胶的影响因素 2.1.1反应时间

在黄原胶质量浓度2.0 g‘L-1、超声功率500 W、 反应溶液pH为6、曝气量870 L*h-1的情况下，研究 反应时间对黄原胶降解反应的影响，结果如图1所 示。从图1中可以看出，随着时间的増加黄原胶溶液 

的动力粘度不断下降，而且下降速率越来越慢，超声 辐射120 min后，动力粘度可以下降到97%，处理溶 液的粘度基本接近蒸馏水的粘度。由变化趋势可以 看出反应进行90 min之后，粘度基本趋于平稳。所

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°020406080100120

时间/min

图3 pH对黄原胶降解效果的影响

Fig.3 Effect of pH on the degradation of xanthan gum

以，试验反应样品取样的终了时间为90 min。

100 r . 

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8 6 4 2

 

 

020406080100120

时间/min

图丨时间对黄原胶降解效果的影响

Fig. 1 Effect of time on the degradation of xanthan gum

2.1.2曝气量

在黄原胶质量浓度2.0 g‘L-1、超声功率500 W、 反应溶液pH为6的情况下，研究曝气量对黄原胶 降解反应的影响，结果如图2所示。在反应体系中通 入气体，不但起到搅拌作用，超声曝气组合工艺降解采油废水黄原胶的研究，还有利于溶液中空气含 量的増加，増强空化效应[11]。从图2中可以看出，随 着通气量的増加，降解效果也在増加。

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020406080100120

时间/min

图2曝气置对黄原胶降解效果的影响

Fig.2 Effect of aeration on the degradation of xanthan gum

2.1.3反应液初始pH

在反应溶液中加入0.1 moPL-1的盐酸或者氢 氧化钠溶液，改变溶液的初始pH。在黄原胶质量浓 度2.0 g*L-1、超声功率500 W、曝气量870 L*h-1的情

况下，研究反应溶液初始pH对黄原胶降解率的影 响，结果如图3所示。从图3可知，当反应时间为45 min时，pH为6的黄原胶溶液粘度降低率达到 60%，是pH为12时的3.0倍。由此可见，碱性环境 不利于黄原胶的超声降解。

2.1.4反应液初始质量浓度

在超声功率500 W、反应溶液pH为6、曝气量 870 ^h-1的情况下，研究反应溶液初始质量浓度对黄 原胶降解率的影响，结果如图4所示。由图4可知，在 某一相同的超声辐射时间下，初始质量浓度较低的黄 原胶溶液的粘度去除率较高，消失的速度也较快。早 前的许多研究也均证实了有机物超声降解的程度和 速率都随浓度的増加而减小，主要原因是随着浓度的 增加，溶液的粘度也随之増大，即粘度越高，溶液就越 难以空化，在其它条件给定的情况下，降解效果也就 越小[121。当初始质量浓度为4.0g*L-1时，空化效应不能 .发生，而粘度在120 min内没有发生变化。

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0 I- A . A . A .A. AA i A .

020406080100120

时间/min

图4初始质量浓度对黄原胶降解效果的影响

Fig.4 Effect of initial concentration on the degradation of xanthan gum

2.1.5超声波功率

黄原胶质量浓度2.0 g*L-1、反应溶液pH为6、 曝气量870 L*h-1的情况下，超声曝气组合工艺降解采油废水黄原胶的研究，研究超声波功率对黄原 胶降解率的影响，结果如图5所示。由图5可知，在 相同条件下，某一时刻黄原胶的粘度降低率随功率

増强而増大，提高作用功率有利于提高黄原胶粘度

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020406080100120

时间/min

图5功率对黄原胶降解效果的影响

Fig.5 Effect of power on the degradation of xanthan gum

降低率。提高声强度或声功率，可以提高输出至水溶 液中的能量;増大声化学效应，可以提高有机物的降 解效率[13]。超声功率对降解效果的影响与有机物的 性质有关，对亲水性、难挥发的有机物（如黄原胶） 有较大影响[14]。

2.2正交试验

在试验条件的几个单因素中，质量浓度是降粘 效果影响的一个重要因素，但由于黄原胶溶液属于 非牛顿流体[151，测量粘度时会选用不同的转子，动力 粘度会因转子的转速不同而不同，这样带来的粘度 误差就会加大，粘度不具备可比性[16]。所以，本文质 量浓度不作为正交分析的一个因子，选取统一质量 浓度2.0 g*L-1，而选取反应时间、pH、曝气量、功率4 个影响因素作为正交分析的因素，结果如表1所示。

表1正交试验结果 Tab.1 Orthogonal experiment results

编号时间

/minpH曝气量

/Lh-1功率

/W粘度降低率 /%

145229020086.75

245458030077.93

345687050061.79

460258050095.36

560487020067.57

660629030057.35

775287030097.28

875429050075.57

975658020065.22

均值175.49093.13073.22373.180

均值273.42773.69079.50377.520

均值 379.35761.45375.54777.573

极差5.93031.6776.2804.393

由表1可知，各因素对粘度降低率影响的次序 为:pH、曝气量、时间、功率。pH是影响粘度降低率 的主要因素，曝气量、时间、功率对粘度降低率的影 响较小，但是这里要指出通气与不通气对粘度降低 率的影响很大，在单因素试验中可以看出。因此说明 通气作用对于超声降解反应的影响相对于其他因素 是比较强的。因此可知，最佳工艺条件为:pH为2、 曝气量870 L‘h-1、超声功率300 W以及时间75 min其粘度降低率可以达到97.28%。

3超声曝气组合工艺降解采油废水黄原胶的研究结论

单因素考察了反应时间、pH、超声功率、黄原胶 初始质量浓度、曝气量对超声降解黄原胶溶液的影 响。结果表明，较长的反应时间、较高的功率、适中的 曝气量、较低的黄原胶初始质量浓度、酸性溶液初始 pH，有利于提高黄原胶的降粘率，曝气的引入有利 于强化超声降解黄原胶溶液，最大可使黄原胶粘度

降低率提高55%«左右。

正交试验结果表明，各因素对超声曝气降解黄 原胶降解率影响的大小顺序依次为:pH、曝气量、时 间、功率。在初始质量浓度为2.0 g*L-1、pH为2、曝气 量870 L‘h-1、超声功率300 W以及时间75 min的最

佳反应条件下，黄原胶粘度降低率可以达到97.28%。

超声曝气工艺对采油废水的降解，主要是针对 废水中黄原胶的降解，大超声曝气组合工艺降解采油废水黄原胶的研究，大降低了采油废水进一步 处理的难度，使其后续处理工艺更为简便易行。