新型复合混凝脱色剂处理印染废水试验研究

Posted 2023-01-12 混凝

篇首语：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了新型复合混凝脱色剂处理印染废水试验研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

針對某印染厂生產廢水，以COD和色度為指標，用混凝試驗方法研究了新型复合混凝脫色劑SE對印染廢水的處理效果，并探討了SE投加量及pH值、沉淀時間、攪拌強度對其混凝效果的影響，利用SE与PAC和PFS進行了對比試驗.結果表明，SE可有效地去除印染廢水中的COD和色度，當pH為8～10、沉淀時間為30min、攪拌強度為75rmin、投藥量為155mgL時
，去除效果最佳，COD和色度的去除率最高可達83%、94%；相對于PAC和PFS，SE產生的絮体大而密實，沉降速度快，產生污泥量少，藥劑用量少，最佳出水水質為：COD為139mgL，色度為37.証明SE是印染廢水處理高效實用的复合型混凝劑.
關鍵詞：印染廢水；混凝法；混凝脫色劑
印染廢水具有成分复雜、濃度高、色度大、難降解等特點，是我國主要有害有机廢水之一[1～3]，尤其是色度的去除成為印染廢水處理的難點.混凝法以
其工藝簡單、适應性強、操作管理方便、基建投資低等优點成為目前印染廢水處理廣泛采用的重要方法[5～7].
混凝劑的選擇与應用是混凝法的關鍵.近年來的研究表明，Al13(OH)345+、Al7(OH)174+、Al7(OH)183+、Al8(OH)204+等离子在混凝過程中有重要作用[8，9]，并由此開發出了鋁鹽無机高分子混凝劑，包括聚合氯化
鋁、聚合硫酸鋁和聚硅酸鋁等，大大提高了處理效果[10，11].鋁鹽的特點為反應速度較慢，形成的絮体小，形態較穩定，對大部分染料廢水都能獲得較理想的脫色效果，但在溫度過低時投藥量大，有毒性.鐵鹽系列混凝劑(氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵和聚合氯化鐵等)的開發及應用在印染廢水處理中也發揮了重要作用.鐵鹽的反應速度快，形成的絮体大，容易失去穩定性發生沉淀，在某些情況下容易返黃，有腐蝕性，對疏水性染料脫色效率高，但對親水性染料脫色效果差，COD去除率低[12，13].鎂鹽作為單獨的混凝劑用于廢水處理尚不廣泛，但鎂鹽用于印染廢水處理有特殊功效，染料分子中的磺酸基、羧基、氨基、羥基等陰离子基團容易作為氫氧化鎂表面的吸附作用點.鎂鹽對活性染料、酸性染料、直接染
料等水溶性陰离子染料廢水的色度、COD去除能力較好.另外，鎂鹽能生成不溶性絡合物MgHN3PO4&#8231；6H2O，從而能有效的去除氮、磷[14～16].隨著染料工業的迅速發展，目前，全世界使用的染料品种已達數万种，由于染料品种繁多，單一混凝劑已很難适應不同水質的印染廢水處理要求，同一种混凝劑應用于不同印染廢水，其混凝效果往往存在較大差异.另外，藥劑成本也是一個不可忽視的問題，如近年來研制的有机高分子混凝劑及各种生物絮凝劑雖然得到了理想的處理效果，但往往因處理成本高而無法推廣使用.因此，研制開發具有廣泛适用性的高效經濟复合型混凝劑是混凝技術的主要發展方向之一[18～22].筆者研究了各种混凝劑的作用机理，結合印染廢水特點，本著一劑多能、高效經濟的原則，在多
年工程實踐的基礎上，研制開發了新型混凝脫色劑(以下簡稱SE)，旨在進一步提高印染廢水處理的出水水質，同時降低處理成本.
1 SE簡介
SE為無机复合型混凝劑，其配料均為水處理中常用的混凝劑、氧化劑及廢渣，主要成分中含有鐵鹽、鋁鹽、鎂鹽及氧化核(氧化劑及載体，載体采用粉煤灰和活性炭)，是根据多年的印染廢水處理運行經驗，針對印染廢水的特點，通過改善工藝及控制條件，對几种混凝劑采用不同的配比進行优化組合，并与氧化核复合而成.
SE為深褐色粉狀固体或液体，具腐蝕性，易氧化，非易燃易爆物品，宜在室溫下貯存，不可在烈日下曝晒或在潮濕的環境中存放.在使用過程中，SE一般以稀釋方式投加，稀釋比一般為1%～2%，可以用塑料儲槽和攪拌器來配置溶液，盡量做到現配現用.在間歇運行的工藝操作中，也可直接投入粉狀固体SE使用.
SE可產生水解、多羥基化作用，如：鋁鹽和鐵鹽成分在水溶液中可生成各种形式的多核羥基配位化合物，可產生凝聚、電性中和与絮凝作用，染料分子中的磺酸基、羧基、氨基、羥基等陰离子基團，容易作為鋁鹽、鐵鹽的水解產物以及氫氧化鎂表面的吸附作用點，產生電中和、壓縮擴散層及吸附架橋作用.
SE的氧化核具有強氧化性，其載体具有吸附、离子交換作用，同時各成分間還可產生協同橋連、絮凝等作用.因此，SE具有原料易得、一劑多能、快速高效的特點.
2 材料与方法
21 廢水來源及水質
本試驗廢水為某紡織印染厂的生產廢水，該厂生產工藝中所使用的染料以活性染料為主，還有少量的分散染料、直接染料、漿料及各种助劑等，為綜合性印染廢水.其水質為：COD=785mgL，色度=620，pH為95.
22 試驗儀器設備与分析方法
221 試驗儀器設備及藥品
試驗儀器設備：智能型混凝攪拌儀，COD測試儀，pHS3型測試儀.試驗藥品：PAC、PFS、SE等.
222 分析方法
pH值采用玻璃電极法測定，COD測定采用重鉻酸鉀法，色度分析采用稀釋倍數法.
3 結果与討論
31 SE投加量對COD、色度去除率的影響
在混凝沉淀過程中，混凝劑投加量的多少會直接影響到印染廢水的處理效果以及處理成本的高低.各取600mL的印染廢水水樣置于1000mL的燒杯中，加入不同量的SE，快速攪拌(200rmin)30s，然后慢速攪拌(75rmin)10min，沉淀時間30min后取上清液進行測定，試驗結果見圖1.

由圖1可以看出，在開始階段，COD和色度的去除率隨著投藥量的增加而大幅度增大，在投藥量為155mgL時，COD和色度的去除率達到最大，分別可達
822%和94%，此后隨著投藥量的增加COD和色度的去除率逐漸下降，但色度去除率的下降幅度較小，這可能是由于新型混凝劑SE中氧化核的脫色作用而產生的.綜合考慮，其最佳投藥量為155mgL.
32 pH值對COD、色度去除率的影響
各取600mL的印染廢水水樣置于1000mL的燒杯中，將水樣pH值分別調至4、6、8、10、12，加入相同量的SE，快速攪拌(200rmin)30s，然后慢速攪拌(75rmin)10min，沉淀時間30min后取上清液進行測定，試驗結果見圖2.

由圖2可見，pH值為4時，COD及色度的去除率均很低；pH值為6時，COD及色度的去除率大幅度增加；pH在6～10范圍內，COD及色度均有較好的去除率；對于COD，最佳pH為8，去除率為71%.當pH大于10，COD的去除率變小；對于色度，當pH為8～10時，色度的去除率達到最大(94%)，在此范圍內pH對色度去除率几乎沒什么影響，當pH為12時，色度去除率開始有所下降，但影響很小，這說明SE具有較大的pH值适應范圍.綜合考慮，最佳pH為8～10.對于實際印染廢水，大多pH為9～10，故SE對印染廢水的處理是非常有效的，尤其适用于對色度處理要求較高的印染廢水.
33 攪拌速度對COD、色度去除率的影響
各取600mL的印染廢水水樣置于1000mL的燒杯中，分別加入相同量的SE，快速攪拌(200rmin)30s，然后對每個水樣以不同的速度攪拌10min，沉淀時間30min后取上清液進行測定.其試驗結果見圖3.

由圖3可以看出，最佳攪拌速度為75rmin，COD和色度的去除率分別為732%和94%.這是因為，攪拌速度太小，不利于吸附架橋作用的進行，生成的絮体碎小，不易沉淀去除，攪拌速度太大時，由于過度的碰撞和剪切作用，使得已形成的絮体又被打散，不利于沉淀去除.
34 沉降時間對COD、色度去除率的影響
分別取600mL的印染廢水水樣置于1000mL的燒杯中，各加入相同量的SE，快速攪拌(200rmin)30s，然后慢速攪拌(75rmin)10min，沉淀后取上清液進行測定.其試驗結果見圖4.

由圖4可以看出，從總体趨勢上來說，COD及色度的去除率隨沉降時間的增加而增大.當沉降時間為30min時，色度的去除率達到92%、COD的去除率
達到71%，而后隨著沉降時間的增加，COD及色度的去除率雖有增加，但增加很少，而沉降時間的增加將導致處理設備体積的增大，增加投資成本.因此，從經濟角度考慮，最佳沉淀時間取30min.
35 PAC、PFS及SE不同投加量對印染廢水對比試驗
在相同條件下，分別采用PAC、PFS及SE對印染廢水(原水COD=785mgL、色度=620、pH=95)進行不同投加量試驗，其試驗結果見表1和表2.

由表1可以看出，PAC投加量在165mgL時，COD的去除率最高(567%)；PFS投加量在155mgL時，COD的去除率最高(74%)；SE投藥量為155mgL時，COD的去除率最高(822%)，SE為最好.由表2可以看出，雖然3种絮凝劑的投加量均是在155mgL時，色度的去除效果達到最好，但其色度去除率卻相差很大，PAC、PFS及SE的色度去除率分別為57%、81%和94%，顯然，SE為最好.
綜合表1和表2可看出，當進水COD為785mgL，色度為620倍，pH為95，若出水水質要求在COD≦342mgL，色度≦277倍時，PAC的用量為155mgL，PFS的用量為130mgL，SE的用量則為120mgL，SE的用量比PAC減少226%，比PFS減少77%；如果要使COD、色度達到《國家污水綜合排放標准》(GB89721996)二級標准，只有SE可一步達到(投加量在155mgL時，出水COD為139mgL，色度為37)，而用PFS和PAC則不理想，尤其是色度問題.由于SE的价格低于PAC和PFS，可大量節約藥劑費開支，降低運行費用.
另外，從試驗直觀效果看，投加SE所產生的絮体大而密實，沉降速度最快，其次是PFS，而PAC的絮体最小，沉降最慢.從產生的污泥量上看，投加SE所
產生的污泥量最少，其次是PAC，而PFS的污泥量最大.
4 SE混凝脫色机理分析
從試驗結果可看出，SE無論是對色度的去除率，還是對COD的去除率均高于PAC和PFS，這是由SE的組成決定的.SE能与染料分子產生凝聚、電性
中和、強氧化，吸附、离子交換，橋連、絮凝等多重作用，且可協同互補.
SE的鋁鹽、鐵鹽組分在水中可水解生成各种形式的羥基多核配位化合物，這些水解產物具有凝聚和絮凝2种作用特性，廢水中的染料分子和雜質對水解及聚合的各种產物進行強烈吸附.對于印染廢水中的分散染料、直接染料、還原染料、硫化染料等疏水性或大分子染料，因其不溶于水而呈分散狀態，很容易通過网捕作用而聚沉；對于印染廢水中的活性染料等親水性染料，SE中的金屬离子(鋁离子、鐵离子和鎂离子)能与單個的染料分子發生化學反應，即与可溶性染料形成結构复雜的大分子絡合物(或螯合物)，降低其水溶性，再被吸附在金屬离子的水解
產物上而沉降除去.同時，金屬离子形成的氫氧化物能与某些水溶性染料分子中的發色團(—SO3磺酸基)形成不溶性的磺酸鹽沉淀.另外，這些氫氧化物具有較強的吸附作用可將染料分子吸附去除，降低印染廢水的COD和色度.而SE氧化核中的氧化劑可以把染料的中間体氧化成醛、酸，最后再變成CO2和H2O，可將某些不飽和發色團的雙鍵段打開，破坏發色團，將大分子斷裂成小分子，使顏色變淺或去除，并且，SE氧化核中的載体采用粉煤灰和活性炭，也具有吸附和离子交換作用，使脫色作用更加明顯.正是由于SE的上述多重作用，才使SE具有較高的
去除污染物能力，具有反應快、用量小、絮体大等特點，而PAC、PFS的作用只是其中的一部分.
5 結論
采用SE處理印染廢水，COD和色度的去除率可達83%、94%，具有反應快、用量小、絮体大、產生的污泥量少、出水水質好等特點.SE對印染廢水适用范圍廣，原料易得成本低，可作為印染廢水處理高效實用的复合型混凝劑.
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