复合絮凝剂处理六硝基茋生产废水的实验研究

Posted 2023-01-12 絮凝

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通过实验研究了微生物絮凝剂SY-6和无机絮凝剂FeCl3复合体系协同互补作用下对六硝基茋生产废水的处理效果，并对投加量、投加顺序、pH、温度进行优化。结果表明：复合絮凝剂的处理效果优于单一絮凝剂，处理后水样COD去除率达70.77%，絮凝率达72.7%，色度去除率达84%。
文章编号：1003-1480(2013)03-0046-04
六硝基茋(HNS)生产过程中产生的废水成分复杂，含有大量有毒、难降解的有机化合物，如苯、硝基苯、六硝基二苯基乙烷等，有机溶剂如吡啶、二氯乙烷等以及一些无机离子。因此，HNS生产废水呈现高COD、高色度、高含盐量，其可化性差和毒性大，属于较难处理的有机废水，因此对该废水的治理工艺和方法的研究具有重要意义。目前对处理HNS生产废水的研究很少，主要有超临界水氧化技术法、微生物法、絮凝沉淀法。其中超临界水氧化技术法存在设备腐蚀、管理堵塞、运营成本高等问题；微生物法存在投加量大、处理周期长等问题，很难在实际应用中推广；絮凝沉淀法的关键在于絮凝剂的选用，其直接关系到废水处理的效果。单一絮凝剂往往无法达到预期处理效果，本研究通过微生物絮凝剂与化学絮凝剂FeCl3复合，对六硝基茋生产废水进行处理实验，为炸药废水的絮凝法处理提供理论依据。
1.实验材料和方法
1.1水样来源与水质情况
实验水样来源于某工厂的六硝基茋(HNS)生产废水，呈黑红色，由于HNS生产废水中有机物含量高、毒性大、色度大，为了方便用分光光度计测定絮凝剂对废水的絮凝效果，需要控制废水的浓度，因此实验中将废水稀释10倍后进行处理研究。
水质分析如表1所示。

1.2微生物絮凝剂
1.2.1菌种的来源
实验所用微生物絮凝剂产生菌为驯化筛选出的一株高效降解六硝基茋生产废水的厌氧菌，菌种编号为BacteriaSY-6，该菌来源于被生产废水污染的土壤中，肉眼观察菌落饱满，表面光滑，边缘整齐，乳白色不透明。初步鉴定该菌株为韦荣氏菌属(VeillonellaceaeRogosa)。
1.2.2发酵液制备与保存
液体培养基：葡萄糖20g/L，K2HPO45g/L，KH2PO42g/L，无水硫酸镁0.2g/L，硫酸铵0.2g/L，NaCl0.1g/L，尿素0.5g/L，酵母膏0.5g/L，pH7.0～8.0。
接种新鲜菌种BacteriaSY-6于液体培养基中，于34℃培养60h后上清液即为BacteriaSY-6的发酵液。放置于4℃的冰箱内冷藏以保持其稳定性，便于以后实验多次取用。
1.3主要仪器与试剂
主要仪器：721-2000型分光光度计、磁力搅拌器、电子天平、立式压力蒸汽灭菌锅、恒温培养箱、pHS-3C型精密pH计等。试剂配制：CaCl2分析纯，配置成1%的溶液；FeCl3分析纯，配置成10%的溶液等。
1.4分析方法
COD采用重铬酸钾法测定，絮凝率采用721型分光光度计在550nm下测定，pH采用pHS-3C型精密pH计测定，色度采用稀释倍数法测定。
1.5实验方法
在240mL的烧杯中加入90mL废水水样，然后加入一定量絮凝剂，快搅1min，慢搅3min，静置30min后，取距液面2cm下的上清液分析水质。
2.结果与讨论
2.1单一絮凝剂处理HNS生产废水
单独使用一种絮凝剂FeCl3和SY-6处理六硝基茋生产废水的处理结果如表2所示。

从表2可知，絮凝剂SY-6絮凝率低，色度去除率低，但COD的去除率相对高，这是由于HNS废水是工业废水，其成分复杂，含有多种的有机物，当加入微生物絮凝剂SY-6时，大量非有色物质被絮凝沉淀，其色度去除率仅为40%，而色度对絮凝率的测定有着极大的关系，相应其絮凝率也不是很高。而FeCl3沉淀的主要是有色物质。
2.2复合絮凝剂处理HNS生产废水
2.2.1复合型絮凝剂最佳组分
将不同量的絮凝剂FeCl3和SY-6和一定量的助凝剂氯化钙加入废水水样中，测定絮凝率和COD的去除率，絮凝效果如表3所示。

从表3可以看出微生物絮凝剂和无机絮凝剂之间存在协同互补效应，当FeCl3和SY-6的投加量分别为3mL和4mL时，处理后废水的絮凝率和COD去除率达到最大，均比单一絮凝剂的絮凝效果好。故选用2mLFeCl3+4mLSY-6作为较好的复合絮凝剂，并应用于进一步的优化实验。
2.2.2投加顺序对絮凝效果的影响
为使复合絮凝剂达到最好的协同效果，采用3种投加顺序进行研究。实验结果如表4所示。

由表4可知不同的投加顺序下复合絮凝剂的絮凝效果是不同的。先加FeCl3后加SY-6处理HNS生产废水时COD去除率和絮凝率均为最大，分别达到70.25%和73.70%。故实验中采用先投加2mLFeCl3再投加4mLSY-6絮凝剂。
2.2.3废水温度对复合絮凝剂絮凝效果的影响
在水样中先投加2mLFeCl3再加入4mLSY-6，在不同废水温度下进行实验，研究不同废水温度对复合絮凝剂絮凝效果的影响。实验结果如图1所示。

由图1可知絮凝率和COD的去除率随着废水温度升高而增大，废水温度为25℃时，絮凝率和COD的去除率都达到最大值，分别为73.8%和70.25%。废水温度继续升高时絮凝率和COD去除率均不同程度地下降。
低温和高温都不利于絮凝，低温时，水中的SY-6的活性较低，分子动能小，和FeCl3碰撞的几率小，同时FeCl3的水解是吸热反应，低温不利于FeCl3水解，不能很好地发挥微生物絮凝剂和铁盐的协同作用。过高的温度会导致微生物絮凝剂中蛋白质和核酸等遭受到不可逆转的破坏，形成的絮体粗大、易上浮，不利于絮凝。
2.2.4pH对复合絮凝剂絮凝效果的影响
在室温下，先投加2mLFeCl3再加4mLSY-6，在不同pH下进行实验，研究不同废水pH对复合絮凝剂絮凝效果的影响。实验结果如图2所示。

从图2可知，絮凝率和COD去除率随着pH增大而增大，絮凝率在pH为6时达到最大，为73.1%，COD去除率在pH为7时达到最大，为70.77%。当pH继续增大时，絮凝率及COD去除率均下降。结合两者选定pH为7，此时絮凝率和COD去除率分别为72.7%和70.77%。
2.2.5CaCl2溶液投加量对复合絮凝剂絮凝效果的影响
微生物絮凝剂絮凝废水水样的过程中，要加入一定量的助凝剂CaCl2，本实验中投加絮凝剂后，加入不同量的CaCl2，研究CaCl2对复合絮凝剂絮凝效果的影响，实验结果如图3所示。

从图3中可以看出，SY-6和FeCl3复合使用时不受CaCl2的影响，溶液中Fe3+可以代替Ca2+作为助凝剂，这一方面可以不用投加CaCl2，另一方面在一定程度上减少了水中残余的Fe3+。
在最优絮凝条件下，复合型絮凝剂絮凝六硝基茋生产废水的处理结果如表5所示。

由表5可知复合型絮凝剂比单一絮凝剂的絮凝效果有所提高，FeCl3和SY-6以2mL和4mL的量复合处理六硝基茋生产废水时，比FeCl3单独处理时絮凝率、COD去除率和色度分别提高1.45%、22.69%和5.34，比SY-6单独处理时分别提高37%、2.56%和44%。
3.复合絮凝剂絮凝机理分析
在复合絮凝剂处理HNS生产废水时，FeCl3在水样中铁离子主要是以水合离子形式存在，三价铁盐在溶液中水解为各种形态的带正电荷的水解聚合物，在静电的作用下进入胶体颗粒的表面中和一部分负电荷而使胶体颗粒的扩散层被压缩，使胶体颗粒的电位降低，在范德华力的作用下形成松散的小的絮体。微生物絮凝剂SY-6主要为多糖类物质，含羟基、羧基等官能团，带负电性，借助Fe3+的中和作用改变水样中胶体表面的负电性，从而降低SY-6和水中颗粒之间的斥力，减小絮凝作用的阻力，促进絮凝分子与胶体以离子键结合，最终实现絮凝剂的吸附架桥，同时SY-6将FeCl3形成的小的絮体网捕成较大的絮凝体，从而快速沉降下来，沉降得较彻底。
由上述分析可见复合絮凝剂是在FeCl3和SY-6的电性中和、吸附架桥、网捕协同作用下絮凝废水，使其COD和色度降低的。
4.结论
通过实验研究了微生物絮凝剂与化学絮凝剂FeCl3复配处理HNS生产废水的絮凝条件，在微生物絮凝剂与化学絮凝剂的协同互补作用下，不仅克服了单一絮凝剂的不足，COD和色度均有一定的去除，也降低了絮凝剂的投加量，减少水样中有害残余物质，二次污染小，这为絮凝法在HNS废水处理提供了一定的理论基础。