有机颜料废水的混凝预处理研究

Posted 2023-01-12 絮凝

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利用絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和混凝剂聚合氯化铝(PAC)对有机颜料废水进行混凝处理，考察了单独使用CPAM、PAC及两者联合使用的处理效果，探讨了初始pH值、混凝剂投加量对处理效果的影响。结果表明，CPAM与PAC复配处理该废水时效果较好，水样pH值为7.0；CPAM与PAC的投药量分别为10mg/L和150mg/L时，浊度去除率可达97.56%。
1 前言
颜料生产是精细化工生产的重要门类之一。有机颜料品种丰富、色谱齐全，普遍用于油墨、涂料、橡胶制品、塑料制品、文教用品和建筑材料的着色及合成纤维原浆着色和织物染料印花，因此有机颜料是市场覆盖面很大的化工产品。目前，对于有机颜料废水虽然可通过吸附法、絮凝沉淀、电化学法、氧化法、生物降解法等方法处理，但因有机颜料废水具有排放量大、有机污染物含量高、色度深、不易生化处理等特点，一直是国内外难处理的工业废水之一[2，3]。因此，有机颜料工业排放的废水对环境污染严重，如何实现污染物的控制和治理，推行节能减排，已成为研究的焦点[4，5]。生物技术是普遍采用的处理方法，但许多有机化合物对微生物有毒害抑制作用，影响微生物对有机物的作用，从而影响有机废水的处理效果。此外，北方的冬季由于气温较低，影响微生物代谢和繁殖，也会影响有机废水的处理效果，导致出水难以达标。
本文以甘肃新恒达化工有限公司生产的偶氮色淀有机颜料艳红RGS和联苯胺黄G过程中产生的压滤母液为实验研究对象，选用目前在污水处理过程中广泛使用的、成本较低的水处理剂CPAM和PAC为混凝剂进行了混凝试验，以期通过有效的混凝—沉降处理来去除大部分色度、浊度和降低部分COD，为降低后续生化处理过程中的COD负荷和出水的达标提供技术依据。
2 实验
2.1 主要仪器及试剂
721-可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司)；PHS-3C精密pH计(上海精密科学仪器有限公司)；791-磁力加热搅拌器(上海南汇电讯器材厂)；电子天平(上海梅特勒—托利多仪器有限公司)；ET1151MCOD型测定仪(上海欧陆科仪有限公司)；CPAM(分子量800—1500万，巩义市博大净水材料有限公司)；PAC(工业级，巩义市博大净水材料有限公司)。
2.2 水质特征
供试水样为甘肃新恒达化工有限公司生产偶氮色淀有机颜料艳红RGS和联苯胺黄G过程中产生的压滤母液，实验时将红母液和黄母液以体积比为1∶1混合，其主要成分有乙酸、4B酸、2B酸、CLT酸、吐氏酸、2，3酸、2-奈酚、3，3-二氯联苯胺及其反应产物、无机盐、重金属等，具有液体中有机物成分复杂、CODCr浓度高、Cl-含量高、金属离子含量高、色度深等特点。混合水样pH为3.009、吸光度(OD680)A为0.82、色度约为5000、CODCr约为12000。
2.3 絮凝试验
取100mL混合水样于150mL的烧杯中，在快速(约200r/min)搅拌下，依次加入适量的百分浓度为3%的PAC和0.2%的CPAM，2min后减速(80r/min)搅拌3min，然后静置20min，取上清液测其吸光度并计算浊度去除率。计算公式为：浊度去除率=(A-B)/A×100%。式中，A为用30mm比色皿在680nm处测定的空白上清液吸光度；B为用30mm比色皿在680nm处测定的处理后水样上清液吸光度。
3 结果与讨论
3.1 CPAM投加量对絮凝效果的影响
由于在混合水样中有机物大多数以阴离子形式存在，而CPAM是线型高分子化合物，在分子链上含有大量正电荷，与废水中的磺酸基、羟基等阴离子基团通过电中、吸附架桥及卷扫作用使带负电荷的胶体颗粒和其他污染物质脱稳而去除，从而达到良好的除浊、脱色目的。本文选用CPAM作为絮凝剂对水样进行絮凝处理，在原水pH值下通过单因素考察确定了CPAM的最佳投药量，实验结果见表1。由于CPAM溶液的粘性很大，若质量浓度过大，会因量取不准确而增大实验误差；若过小，会导致聚合物水解而使用量增加，因此本实验采用0.2%的CPAM溶液进行试验。

由表1可知，当絮凝剂投加量为0.2mL、0.3mL时，絮体较小且量少，上清液颜色较深，吸光度较大；当絮凝剂投加量为0.4mL、0.5mL时，形成的絮体大且量多，上清液颜色变得很浅、吸光度较小，浊度去除率可达83.54%(图1)。之后，随着絮凝剂投加量的增加，絮凝情况又开始恶化，因此可确定处理该废水时CPAM的最适宜投药量为10mg/L废水。
3.2 PAC投加量对絮凝效果的影响
由于PAC是一种大量带有正电荷的无机高分子混凝剂，能有效促进絮凝，适宜在原水pH值5.0—9.0的范围内使用，并且与其他絮凝剂复配使用时效果更佳。因此，本文配制了3%的聚合氯化铝溶液，调节废水pH为7，在固定絮凝剂CPAM投加量为0.5mL的条件下，考察了PAC的最佳投药量(表2)。

由表2可知，投加PAC后形成絮体的量均比较多、絮体比较紧实，上清液颜色也都较浅，吸光度很小，絮凝效果比单独使用CPAM显著；尤其当PAC投加量为3.0mL时，絮体量多，脱色效果最好，浊度去除率可达97.56%(图2)，因此可确定处理该废水时PAC的最适宜投药量为150mg/L废水。

3.3 pH的影响
虽然本文选用的高分子絮凝剂受pH影响较小，但不同pH值会影响废水中部分有机物的存在形态，从而影响絮凝剂在部分pH下的絮凝效果。因此，本文讨论了固定絮凝剂投加量CPAM为0.5mL和PAC3mL时不同pH值下的絮凝情况(表3)。

从表3可知，在弱酸性至弱碱性条件下，CPAM与PAC复配使用均有较好的脱色和除浊效果，且pH在3.0—8.0时的浊度去除率均大于90%(图3)。但当水样pH值愈接近中性处理效果愈好；当水样pH为7.0时絮体最多、上清液颜色最浅，浊度去除率达97.56%(图3)。因此，以CPAM和PAC复配处理该废水时具有较宽的pH值使用范围，最佳pH值为7.0。
4 结论
结果表明，CPAM与PAC复配处理有机颜料废水的最佳pH值为7.0；CPAM与PAC的投药量较小，分别为10mg/L废水和150mg/L废水，浊度去除率达97.56%。由于市售CPAM、PAC价格便宜、用量省、处理效果好，因此可用于有机颜料废水的混凝预处理工艺。