CaO-MgSO4复合絮凝剂处理活性黑染料废水的研究

Posted 2023-01-12 絮凝

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以CaO-MgSO4.7H2O为絮凝吸附剂对活性黑KN-B染料废水进行处理，以吸光度为测定指标，研究了废水pH、氧化钙及硫酸镁投加量、氧化钙及硫酸镁的投加比例对脱色率和COD去除率的影响。结果表明：在最佳pH范围内，硫酸镁的投加量对脱色率有较大影响；pH=13、硫酸镁及生石灰投加质量浓度分别为1.2、0.6g/L，即氧化钙及硫酸镁投加比为1∶2时，活性黑染料废水处理效果最好，脱色率达到99%，COD去除率达到95%。
[中图分类号]X703.5[文献标识码]A[文章编号]1005-829X(2011)12-0050-03
印染行业废水处理一直是化工行业废水处理的热点问题〔1-2〕。在众多的染料废水脱色处理方法中，絮凝法因其投资费用低、设备占地少、处理量大、脱色率高而得到广泛应用。常用的絮凝剂有硫酸亚铁、三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PES)等。铝盐、铁盐絮凝剂对憎水性染料脱色效果较好，但对酸性、活性染料等含有偶氮键及多个磺酸基团水溶性染料脱色效果较差〔3-6〕。张显球等〔7〕对采用镁铁复合絮凝剂处理印染废水进行了研究，结果表明其COD去除率不高。笔者针对某企业的活性染料废水采用石灰-硫酸镁复合絮凝剂进行处理，系统考察了溶液pH、絮凝剂用量等对染料废水的脱色率及COD去除率的影响。
1.实验部分
1.1废水水质
含盐染料废水：取自工厂膜分离车间，pH=6.8，色度2000倍，COD为896mg/L，NaCl、Na2SO4质量浓度分别为0.9、3.4g/L，活性黑染料质量浓度100mg/L。
1.2试剂与仪器
试剂：七水合硫酸镁，郑州化学试剂二厂，分析纯；氧化钙、氢氧化钠，北京化工厂，分析纯。仪器：电子天平，AB204-N，梅特勒-托利仪器有限公司；pH酸度计，pH211型，意大利哈纳公司；UV2540紫外-可见分光光度计，日本岛津公司。
1.3实验方法
取染料废水100mL，加入NaOH调pH至碱性，在磁力搅拌下加入一定量的CaO粉末待其完全溶解分散均匀后加入一定量的MgSO4.7H2O，搅拌一定时间后静置待溶液分层后取上层清液，在紫外分光光度计上测定其在600nm下的吸光度，考虑到介质的pH可能对染料分子的结构有影响，在测吸光度前把处理后的染料液调至处理前的pH，根据吸光度的变化计算脱色率；以重铬酸钾法测定溶液COD，并根据COD的变化计算COD去除率。
2.结果与讨论
2.1CaO投加量对废水处理效果的影响
调节废水pH=13，单独使用CaO为絮凝沉淀剂，CaO投加量对脱色率和COD去除率的影响如图1所示。

由图1可知，随着CaO投加量的增大，染料的脱色率增大。这是因为CaO加入溶液中形成Ca(OH)2，Ca(OH)2沉淀过程中吸附染料分子一起形成絮凝体，经过一定时间的沉降使溶液中染料含量降低。但当CaO投加量增大到一定程度后，继续增大投加量，Ca(OH)2对染料的吸附作用变化不再明显。根据本实验结果，将CaO投加质量浓度控制在2.0g/L即可。总体而言，使用CaO作为絮凝沉淀剂的效果并不理想。
2.2MgSO.47H2O投加量对废水处理效果的影响
调节废水pH=13，单独使用MgSO4.7H2O为絮凝沉淀剂，MgSO4.7H2O投加量对脱色率和COD去除率的影响见图2。

由图2可知，开始时对染料废水的脱色率随MgSO.47H2O投加量的增大而迅速提高，当MgSO.47H2O投加质量浓度达到1.2g/L时，脱色率达到93%，COD去除率达到84%。此后继续增大MgSO.47H2O投加量，脱色率及COD去除率增加不大，但此时沉淀颗粒较小，沉降速度较慢；同时由于投加量增大会导致处理成本及沉淀量增加，综合考虑硫酸镁的投加质量浓度选择1.2g/L。比较图1和图2可知，钙盐、镁盐作为絮凝沉淀剂的变化规律一致，但镁盐作为絮凝沉淀剂的效果要优于钙盐的效果，其原因在于Mg(OH)2沉淀过程中吸附染料分子形成絮凝体的能力要强于Ca(OH)2。2.3CaO与MgSO.47H2O的协同效应调节废水pH=13，固定MgSO4.7H2O投加质量浓度为1.2g/L，改变CaO投加量，考察CaO与MgSO4.7H2O共同作用的结果，见图3。
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由图3可知，当MgSO4.7H2O投加质量浓度为1.2g/L时，随着CaO投加量减小，染料的脱色率及COD去除率均呈先增后减的变化趋势。在CaO为0.6g/L，即m(MgSO4.7H2O)∶m(CaO)=2∶1时废水处理效果最好，此时废水的脱色率达99%，COD去除率达95%以上；并且絮凝吸附后沉降时间由2h降至20min，沉降速度明显加快。可以认为，CaO与MgSO.47H2O的协同效应优于单一种物质的作用。
2.4pH对絮凝效果的影响
实验进一步考察了使用CaO-MgSO4.7H2O复合絮凝剂处理该染料废水时pH的变化对处理效果的影响，结果见图4。

由图4可知，采用CaO与MgSO4.7H2O作为絮凝沉淀剂，随着染料废水pH增大，该复合絮凝剂对染料废水的脱色率和COD去除率逐渐增大。但在pH<11的情况下，处理效果很差，只有在pH>12时处理效果才较好。当pH=13时，投加MgSO4.7H2O1.2g/L、CaO0.6g/L，絮凝沉降20～30min后，染料废水的脱色率可以达到99%，COD去除率可以达到95%。
2.5重复实验结果
在pH=13，加入CaO0.6g/L、MgSO4.7H2O1.2g/L的条件下，进行了多次重复实验，结果都较好，废水的脱色率均在99%以上，COD可以降至25mg/L以下，经废酸中和调整溶液pH到中性，可以达到国家《污水综合排放标准》(GB8978—1996)一类水质对染料工业废水色度和COD的要求。
3.结论
对于活性黑废水，采用CaO-MgSO4.7H2O复合絮凝剂的效果优于两种物质单独使用；废水pH的控制非常重要，在pH<11的情况下，COD和色度的脱除效果均很差。优化的工艺条件为：在pH=13的条件下，投加MgSO4.7H2O1.2g/L、CaO0.6g/L即m(MgSO.47H2O)∶m(CaO)=2∶1为佳。此时，废水脱色率达到99%，COD去除率达到95%，COD降至25mg/L以下，达到国家《污水综合排放标准》一类水质要求。而且CaO、MgSO4.7H2O原料均廉价易得，使得废水处理成本大大降低，在工业废水处理中有广阔的应用前景。