卤水对碱性印染废水脱色处理的初步研究

Posted 2023-01-12 卤水

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采用含镁量高的废弃卤水处理碱性印染废水。考察了pH值、卤水投加量、温度、沉降时间对脱色率的影响。实验表明：废水的脱色率主要受pH值、卤水投加量的影响，温度也有一定的影响。pH>11时脱色率可达98%以上。利用废弃的卤水对印染废水进行脱色处理具有实际应用前景。
印染废水具有废水量大、污染物浓度高，色度高、碱性大等特点，是我国主要的有害废水源之一，我国对各类印染废水的处理主要以生化法为主，但随着纺织物中化纤成分的增多和新化学助剂、浆料的使用，使得废水的可生化性变差，为使废水处理达到预期效果，人们开始转向了其它一些处理方法[1-6]，混凝法就是其中之一。混凝法的关键是寻求高效混凝剂。目前废水处理研究中镁盐作为一重要的水处理剂倍受关注，研究表明镁盐净水脱色剂在治理废水与污泥处理、循环再生等方面有无可比拟的优势[8-13]。但因镁盐的价格较高，目前镁盐净水脱色剂还在试验阶段，应寻求成本低廉的镁源来代替商品化的镁源。晒盐废料—卤水中镁的含量较高，因此，采用废弃的卤水处理印染废水成本低廉，不但减轻了卤水对环境的污染，而且可达到环境的优化和资源的合理利用。作为纺织业较发达的沿海城市，卤水处理印染废水的研究具有潜在的重要意义。本文主要应用卤水对实际印染废水进行脱色处理，研究其脱色效果及影响因素，确定最佳工艺条件，初步研究了处理后的污泥重新溶解后染料的性质，以期为开发更为廉价友好的水处理剂提供参考。
1 实验部分
1.1 主要仪器设备及试剂
GBC-916型UV-紫外可见分光光度计，澳大利亚GBC公司；80-2B型台式离心机，青岛生物技术有限公司；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，山东龙口先科仪器公司；pH211A酸度计，北京哈纳公司。
卤水(取自于威海某晒盐厂)，pH值为6.9，经测定镁含量是44.8g/L。
印染废水(取自烟台某纤维厂)，pH值为12.6，颜色呈深蓝色，其成分主要为染色废水与碱减量废水的混合物。
1.2 实验方法
取100mL废水于一洁净烧杯中，加入一定量的卤水，调节pH值并充分搅拌，静置产生沉淀，取上清液离心，测其吸光度计算脱色率。通过控制变量法，改变反应体系的pH值、卤水投加量、温度、转速、沉淀时间，确定最佳反应条件。
1.3 分析方法
用UV-紫外分光光度计测得原始染色废水的最大吸收波长λmax=565nm及其对应的吸光度A0，加卤水经一系列处理后，仍在λmax下测离心后上清液的吸光度A1，用吸收峰比色法计算脱色率，即：
R=(A0-A1)/A0×100%
其中A0为原始废水溶液的吸光度值，A1为脱色处理后溶液的吸光度值。
2 结果与讨论
2.1 卤水对印染废水的脱色处理
2.1.1 pH值对脱色效果的影响
取8只相同的烧杯，各加入废水100mL，卤水5mL，在相同的室温、转速等条件下，调节pH值，静置，离心，测出不同pH值下的吸光度值，计算对应的脱色率，结果见图1。

由图1可知，pH值对脱色影响很大，当pH>10.5时脱色率可明显增大，当pH>11时脱色率可达98%以上，但以后随pH值的增大变化不大。溶液pH值和吸附量的关系与吸附剂表面的性质及溶质性质有关。镁离子很容易在水中形成各种氢氧化物，其中包括氢氧化镁沉淀，也包括各种羟基络合物，他们的存在条件和存在状态与溶液的pH值有直接关系。当pH<10.5时，主要以Mg2+存在，pH>11时氢氧化镁沉淀下来能很好的吸附染料，当pH值继续升高至pH13后，氢氧化镁则会继续水解，成为可溶性离子，表面吸附会有所下降。
2.1.2 卤水投加量对脱色率的影响
在确定了最佳pH值大于12条件下，保持其它条件相同(pH=12.6)，只改变卤水的投加量，测定其相应的脱色率，结果见图2。

由图2可知，随着卤水投加量的增加，脱色率随之增大，但变化不是很大，这可能是因为卤水是海水浓缩后的结果，其中镁的含量已很高，加入少量就可达到很好的脱色效果。针对本文研究的实际废水体系，考虑到实际意义，选择每100mL废水加入卤水7mL，就可以使脱色达到理想的效果。
2.1.3 温度对脱色效果的影响
温度对化学反应影响颇大，在确定的最佳pH值，最佳卤水投加量条件下，改变温度，测不同温度下的吸光度，验证温度对该反应的影响，结果见图3。

由于水温影响水解速度，故温度升高将促进胶体颗粒托稳而相互凝聚，但随温度的继续升高，脱色率先增后减，表明镁离子的脱色机理符合吸附理论。考虑到废水处理时的实际情况，可选择在常温下反应即可。
2.1.4 沉降时间对脱色效果的影响
处理过的废水，随静置时间的延长，沉淀与上层清液会各自高度增加而出现明显界面，但何时分离脱色效果会更好还需要实验来验证，具体实验结果见如图4。

为方便取出上清液减小实验误差，需静置沉降1h后，才出现5cm的上清液，但由图4可知，反映在60min左右基本完成，且脱色率可达98%以上。随时间的增长，脱色率略微提高，但在测定时出现了反复，这说明了沉淀中的少量染料微小颗粒无法彻底沉降或少数染料分子从絮凝体中游离出来而影响了脱色效果，建议在90min左右进行污泥的分离。
2.2 光谱分析
将原始的废水，卤水处理过的上清液，处理后分离的沉淀用盐酸溶解，得到的溶液进行紫外可见光谱扫描分析，得到如下图5所示的3条曲线，a为原始废水的吸光度曲线，b为沉淀溶解液对应的吸光度曲线，c为卤水处理过的上清液的扫描曲线。

由图5可明显看出，印染废水在500～650nm之间明显的吸收峰，经过卤水处理后在400～800nm间已没有任何的明显吸收，说明了卤水处理此碱性印染废水，染料分子几乎全部沉降除去，脱色效果很好。同时，我们还可以由a、b两曲线比较得到结论：染色废水经镁盐反应絮凝沉降后，其染料分子的结构性质基本没发生变化。这也说明镁盐作为水处理剂的优点，既不破坏染料分子的结构，使得染料还可以重新利用，又同时溶解出的Mg2+，可循环利用，减少了处理剂投加量的同时又解决了以往污泥难处理的环境问题。
3 结论
(1)卤水对碱性印染废水的脱色处理，pH值的影响是关键pH>11时有高达98%的脱色率，卤水投加量影响较大，但加入足量后不再明显变化；
(2)温度、转速虽然影响不是很大，但从实际出发找到最佳处理条件以及从研究机理方面看仍是不能忽视的影响因素；
(3)反应时间对脱色影响也不大，反应在短时间内就基本完成，但与离心后的脱色率仍有差别。