PDAC改性粉煤灰处理印染废水的试验研究

Posted 2023-01-12 浓度

篇首语：不经过琢磨，宝石也不会发光。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了PDAC改性粉煤灰处理印染废水的试验研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

采用高分子絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDAC)和粉煤灰为原料，利用水溶液吸附的方法合成改性粉煤灰，并应用于印染废水的处理。通过正交试验和单因素影响试验，考察了改性的最佳工艺参数。结果表明，在吸附反应时间2h，反应温度40℃，改性剂PDAC浓度50g/L，pH值3.4的最佳条件下，改性粉煤灰对废水色度和COD的去除效果最好。
目前，中国纺织印染行业废水排放总量占总工业废水排放量的35%。印染废水主要含有染料、浆料、助剂、酸碱、纤维杂质及无机盐等，具有成分复杂、浓度高、色度大、难降解等特点，如果未达标排放，不仅直接危害人体健康，而且会对水体、土壤及生态系统产生严重的破坏。因此，开发高效廉价的污水处理剂，己成为印染废水治理的当务之急。阳离子絮凝剂PDAC具有阳离子单元结构稳定，高效无毒，使用不受pH变化的影响等优点，广泛用于水处理领域中。粉煤灰是燃煤电厂大量排放的一种多孔性松散固体废弃物，比表面积较大，有较强的吸附能力，若不加以利用而直接送往贮灰场，不仅占用大量土地，而且粉煤灰的渗滤和飞扬还会污染地下水、大气、土壤等。因此，利用PDAC水溶液吸附法合成改性粉煤灰，并用于处理印染废水，实现以废治废，具有较好的环境和经济效益。
1 试验材料和方法
1.1 试验材料
试验所用粉煤灰取自昆明发电厂，其化学组成如表1所示。

聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDAC)：无色透明粘稠液体，pH值5～7，密度为1.04g/ml。试验水质：试验所用水质取自某印染厂未经处理的废水，水样呈深蓝绿色，微臭，废水pH为9.71，COD为806.4mg/L。
1.2 改性粉煤灰的制备
将粉煤灰在100℃下烘干，过120目筛，然后取50g加入100ml一定浓度的PDAC溶液中搅拌，控制水浴温度为40℃～70℃，搅拌反应一定时间后，产物经抽滤、洗涤后在120℃下烘干，研磨过120目筛，备用。制得经PDAC改性的粉煤灰(以下简称改性粉煤灰)。
1.3 试验方法
试验采用正交法和单因素控制方法，通过对印染废水进行脱色试验，探讨改性剂PDAC合成改性粉煤灰的最佳条件。
①取100mL印染废水于250ml锥形瓶中，加入2g改性粉煤灰，中速条件下在振荡器上振荡30min后静置60min，取上清液过滤后，在该印染废水最大吸收波长处测定其吸光度，计算脱色率。脱色率的计算公式为：T=(1-A/A0)×100%式中：A0———吸附前溶液的吸光度；A———吸附后溶液的吸光度。
②COD测定：采用重铬酸钾法测定。
③印染废水最大吸收波长：通过波长扫描，确定该印染废水的最大吸收波长为388nm。
2 试验结果与讨论
2.1 正交试验
在本试验中，影响粉煤灰改性的条件很多，根据试验条件和试验目的，选取了4个因素、4个水平作为正交设计试验分析的基本参数，详见表2。设计了L16(45)正交表，将所选的4个因素依次安排在表的各行各列上，试验设计和脱色试验结果见表3。

从表3可以看出，PDAC的浓度是影响改性效果的关键因素，起着最主要的作用；反应温度为一般因素，对改性后处理废水效果的影响仅次于PDAC浓度；改性时间和PDAC溶液的pH值是次要因素，影响较小，因此对反应时间和PDAC溶液pH值不加以考虑，确定反应时间为2h，pH值为PDAC溶液原始值3.4。
2.2 单因素影响试验
根据正交试验结果，进行单因素试验。重点考虑温度和PDAC浓度对粉煤灰改性效果的影响。
2.2.1 PDAC浓度的影响
在反应温度为40℃，反应时间2h，PDAC溶液pH值为3.4的条件下，改变PDAC浓度进行试验研究，见图1、图2显示了PDAC浓度变化对废水脱色效果和COD去除效果的影响。
由图1可以看出，随着PDAC浓度的增大，脱色率急剧增高，当PDAC浓度增大到40g/L，之后逐渐增大的PDAC浓度使改性粉煤灰更多地表现为PDAC的特性，脱色率的增加幅度明显减小，并基本趋于稳定，脱色率保持在90%～95%之间。图2显示，COD去除率随着PDAC浓度的增大，呈先增大后减小的趋势。在PDAC浓度为50g/L时COD去除率达到最大，为41.78%，之后COD去除率却随着PDAC浓度的增加而下降。综合考虑脱色率与COD去除率的效果，确定改性剂PDAC的浓度为50g/L。

2.2.2 反应温度的影响
试验条件为：PDAC浓度40g/L，反应时间2h，PDAC溶液pH3.4。见图3、图4表明，随着反应温度的增加，脱色率和COD去除率均表现出先增大后减小，之后又逐渐增大的趋势，但二者变化幅度都较小，脱色率在91%～93%之间波动，而COD去除率在25%～40%之间。在40℃时，脱色率及COD去除率都达到最大值，分别为92.37%和39.4%。由此可知，温度的增加对改性粉煤灰处理废水效果的影响并不十分显著，并不是温度越高，改性粉煤灰的性能越好，因此，确定最佳改性温度为40℃。

3 结论
(1)根据正交试验和单因素影响试验，确定合成改性粉煤灰的最佳条件为：PDAC浓度为50g/L，

反应温度40℃，反应时间2h，PDAC溶液pH值3.4。此时，改性粉煤灰同时具有絮凝剂PDAC和粉煤灰的特性。
(2)由试验结果可以看出，改性粉煤灰对色度有较好地去除效果。分析原因，主要是由于表面张力的作用，粉煤灰表面疏松多孔，具有较大的比表面积和较高的表面能，并且表面存在Si、Al等活性点，能较好地吸附水中的污染物。而PDAC具有较好的絮凝性能，用PDAC改性粉煤灰后，PDAC能大量附着包裹在粉煤灰表面，使粉煤灰的比表面积增大，亲水性增强，从而使合成的改性粉煤灰絮体较大，能更好地吸附废水中的残留染料。
(3)影响粉煤灰改性的关键因素是PDAC浓度，反应温度为一般因素，而反应时间和PDAC溶液pH值是次要因素，因此，文章未对次要因素进行单因素试验的探讨，在实际生产中，调节pH值需加入大量的酸和碱，不但增加了物耗而且费时，从而可以不考虑pH的影响。