阳离子型PANUPAC复合絮凝剂对活性染料废水的脱色作用

Posted 2023-01-14 絮凝

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在印染废水处理过程中，化学絮凝是十分关键的步骤。其机理一般认为是通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥和网捕等作用脱稳，形成絮团，再沉淀分离，从而达到净化的目的[1]。自从20世纪6o年代聚合氯化铝[PAC]问世以来。由于它比传统无机絮凝剂如硫酸铝、氯化铁的性能优越，得到广泛应用。但是，它的相对分子质量和粒度大小以及絮凝、架桥能力仍比有机絮凝剂差得多[2-3]。近年来，利用无机/有机高分子复合絮凝剂进行印染废水的絮凝处理已逐渐成为国内外的研究热点之一。与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂具有絮凝速度快，用量少，受pH及温度影响小等优点。本文将采用聚合氯化铝/聚丙烯酰胺(PAM)复合絮凝剂对活性染料废水进行絮凝脱色研究，并分析絮体的微观形貌以探讨其作用机理。

1 实验

1．1 材料与仪器

染料活性红EF一6B(上海染化八厂)；聚合氯化铝PAC(上海未来水处理有限公司)；聚丙烯酰胺PAM[上海未来水处理有限公司生产，w(固体份)>88% ，1 s/L的黏度3．6～4．1 cps]，不同型号的PAM 阳离子度分别是：PAM一1为20%，PAM一2为40% ，PAM一3为50% ，PAM一4为100% ；其他试剂均为AR。

721分光光度计(上海精密科学仪器有限公司)；JB90D精密电动搅拌器(江苏金坛荣华仪器制造有限公司)；JSM一6360型扫描电子显微镜(SEM)。

1．2 方法

标准曲线的确定：在波长为540 nm时，测定不同质量浓度的活性红染料模拟废水的吸光度，绘制标准曲线，得到吸光度与废水中染料质量浓度之间的表达式为：Y=0．02212+0．01453X，(R=0．99954) (1)

式中：y-吸光度；一活性红的质量浓度(mg/L)。

絮凝实验：取500 mL质量浓度为100 ms/L的模拟活性红染料废水，先后加入不同质量浓度的的PAC，快速搅拌2min后加入PAM，继续快速搅拌2 min后，缓慢搅拌10 min，静置20 min。取上层清液测定吸光度，利用标准曲线根据式2计算脱色率。

脱色率(%)=(p0-ρi)/ρ0×100 (2)

式中：ρ0--废水中活性红的初始质量浓度(ms/L)；ρi 一测试样品中活性红的质量浓度(mg/L)。

絮体微观形貌的观察：将在上述絮凝实验中得到的絮体沉淀抽滤后置于常温下自然风干。在干燥后的试样表面喷金后用SEM观察其微观形貌并拍照。

2 结果与讨论

2．1 pH对脱色性能的影响

用氨水调节模拟废水的pH，投加300 ms/L PAC进行絮凝脱色。测定并计算pH与脱色率的关系如图1所示。

pH=7．42时，PAC对染料废水具有最佳的脱色效果。可以推测在ll～pH条件下，更有利于胶体的脱稳，聚沉。因此，在后续实验中均预先将呈弱酸性的模拟废水的pH调节至7．42。

2．2 阳离子型PAM 的质量浓度对复合絮凝剂絮凝性能的影响

分别将不同编号的阳离子型PAM与PAC复合，结果表明，复合絮凝剂的脱色率普遍高于单纯的PAC。仅以PAM一1(阳离子度为20%)与PAC复合后的絮凝性能与单纯的PAC相比较为例，如图2所示。

投加量是评价絮凝剂性能的重要指标之一。在达到相同处理效果的前题下，尽量降低投加量是降低成本的重要手段。结果表明，脱色率达90%以上时，加入P(PAM)=1～2ms/L即可将PAC的用量从150 mg/L减少至100 mg/L。而p(PAM) =1～2 mg/L复合以P(PAC)：150 mg/L可达到接近100% 的脱色效果。同时发现，加入p(PAM)=1 ms/L与P(PAM)=2 ms/L的曲线变化趋势一致，并且脱色效果相当。这是因为过多的PAM会导致大分子的桥联卷扫作用相互影响。发生抑制，无法完全发挥架桥作用。

2．3 阳离子型PAM 的离子度对复合絮凝剂絮凝性能的影响

在不同的PAC质量浓度条件下，将不同离子度的PAM与PAC复合后进行脱色实验。PAM的阳离子度对脱色率的影响见图3。

比较图3A和图3B可以看出，当P(PAM)=1 mg/L，P(PAC)<150 mg/L时，随着阳离子度的增加脱色率逐渐下降，P(PAC)>150 mg/L时则在50% 阳离子度时出现峰值；当p(PAM)=2 mg/L，P(PAC)=50 mg/L时，随着阳离子度的增加脱色率逐渐下降，P(PAC)>50 mg/L时则同样在50% 阳离子度时出现峰值。出现这些现象的原因是：加人PAC后废水中的胶体由于电中和的作用而脱稳形成细小的矾花，再加入阳离子型PAM可以进一步中和胶体表面的负电荷，并且发挥吸附架桥作用，使得矾花体积增大易于快速下沉，达到良好的脱色效果。但是过多的阳离子会导致在中和了胶体中的负电荷后仍有多余的正电荷，部分胶体颗粒则会因电荷排斥而重新分散稳定，使脱色效果下降。在阳离子度过高时这种现象更加明显[4-5]。

2．4 不同絮凝剂作用下絮体的电镜特征

比较未加人与加人阳离子型PAM所形成的絮体微观形貌可以发现，在PAC单纯的电中和作用下，絮体呈现较为平坦的均匀的连续絮状形态。加人阳离子型PAM后，由于PAM分子链的桥联卷扫作用，使得絮体具有起伏不平的链网状结构，絮体中存在有孔洞，呈现出不连续的棒条状形态[6]。

3 结论

(1)将阳离子型PAM与PAC复合用于印染废水的脱色处理，可达到接近100% 的处理效果。加人P(PAM)=1mg/L可将PAC的用量从150 mg/L减少至100 mg/L。

(2)在不同的PAC质量浓度条件下，脱色性能与PAM阳离子度的关系呈现不同的变化规律。PAM 阳离子度为50% 时，脱色率可达到90% 以上，过多的阳离子会导致胶体颗粒重新稳定。

(3)PAC作用下絮体呈现连续的絮状形态。加入阳离子型PAM后絮体具有起伏不平的链网状结构。

作者简介：霍宇凝女(1972一)，博士，讲师，主要从事水处理剂的研究，电话：021-64322272，E-mail：hyn7210@sohu．com

参考文献：
[1] 汤心虎，黄秀微，刘佩璇，等，无有机复合絮凝剂对印染废水脱色的研究[J]水处理技术，2001，27(5)：267—270．
[2] Brian A，Jane B．Soluble polymers in water of purification[J]．Prog Polym Sci，1995，20(6)：1014—1016．
[3] 高宝玉，于慧，韩尚富，等．聚硅氯化铝混凝剂除油效果的试验[J]．上海环境科学，1998，17(8)：26—3O．
[4] 顾学芳，张跃军，陈伟忠，等，阳离子絮凝剂PDA的合成与应用研究[J]．工业水处理，2001，21(1)：22—25，
[5] TangHX，Luan Z K’,WangD s，et a1．Compositeinorganicpolymer flocculants [J]． Chemical Water and WastewaterTreatment，1995，25(4)：1241—1245．
[6] 刘和清，汪凤珍，袁天佑，等．聚硅酸锌絮凝剂的电镜特征和絮凝效果[J]，环境化学，2001，20(2)：179—184 霍宇凝，王静华，袁虹，薛莉，顾晓蔚