磁流体在印染废水处理中的应用研究

Posted 2023-01-14 流体

篇首语：人有恒心万事成，人无恒心万事崩。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了磁流体在印染废水处理中的应用研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

摘要:随着工业的迅速发展,大量工业废水的排放给人类生存造成了严重的威胁,尤其是印染废水,因此寻求有效的处理方法是亟待解决的问题。一种新的印染废水处理技术———应用磁流体来处理印染废水,分别研究了Fe3O4磁流体在不同条件(如pH值、表面活性剂的投加量、搅拌时间、温度等)下,对降低印染废水的COD和色度两个方面的影响。实验表明当pH=11,表面活性剂量是亚铁量的0·16倍,磁流体与废水的比大于1: 10时 COD降低最多,脱色效果最好。

关键词:Fe3O4磁流体;印染废水;COD;色度

前言

水污染是当前中国面临的主要环境问题之一。预测,工业废水占总污水量的70%以上[1-2]。其中纺织印染行业在中国工业生产中占有较大的比重, 是出口创汇的重要产业,也是吸纳劳动力的主要劳动密集型产业。印染废水主要含各种染料、整理剂、后处理剂等[3],具有以下特点[4]:水量大、有机污染物含量高、碱度和pH值变化大、水质变化大;色度高,有时可达4 000倍以上;可生化性差,废水m (BOD) /m(COD)值一般在20%左右;近年来的化纤织物的发展和印染业技术的进步,使难生化降解的有机物在废水中的含量大大增加[5]。单一处理工艺均很难达到要求,需对不同处理工艺进行优化组合。因此,系统开发不同工艺的有效组合,研究高效、经济、节能的印染废水处理反应器将是印染废水处理工艺研究的主要内容和发展方向。尽管目前国内外在这方面研究较多,提出多种处理技术,但在实际应用中有的处理效率不高,有的工艺过于复杂,甚至有的产生二次污染,达不到全面净化污水的目的。目前传统的处理方法处理工序繁多且效果一般,为此我们应用新型功能性材料———磁流体来对这种废水进行处理研究。

磁流体又称磁性液体、铁磁流体或磁液,它是由磁性粒子、基液以及表面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状溶液[6]。该流体在静态时无磁吸引力,当有外加磁场作用时,才表现出有磁性[7]。用磁流体处理印染废水作为一种无二次污染的新型技术即将被开发出实用的研究方案并付诸于实践,用来大批量地处理废水。本文主要研究了磁流体处理高浓度印染废水在降低色度和COD两个方面的影响因素。

1　磁流体的制备

采用醇———水共热法制备Fe3O4磁流体。称量 48 gFe2(SO4)3, 44·48 gFeSO4(即Fe2+:Fe3+=2: 3 溶于盛有5: 1的醇———水溶液的三口烧瓶中制成稀溶液,将三口烧瓶置于65℃±1℃的恒温水浴锅中, 搅拌使盐溶液混和均匀,搅拌的同时滴加稀的氨水, 促使水解反应完全。在pH=5·6左右出现黑色的沉淀,继续滴加氨水至pH>10,陈化30 min,调节 pH至5左右,将温度升高至80℃搅拌的同时慢速加入不同比例的表面活性剂对磁性颗粒进行表面改性,静置可观察到亮黑色的磁基体生成。室温下过滤,先用无水乙醇后用去离子水多次洗涤,干燥煅烧就可制得Fe3O4黑色磁性粉沫。将所得粉沫按不同比例溶于载液中,就可制得具有不同磁性、粘度稳定的磁流体[8]。

2　磁流体处理印染废水脱色效果及降低 COD的实验方法

2. 1　实验用水和水质

实验用水取自吴江市盛泽水处理发展有限公司的印染废水,废水中含有印染行业中常用的酸性染料、分散性染料及直接染料。废水水质指标: pH: 8～10、色度:500～600倍,CODcr:1 300mg/L～1 500mg/L。

2. 2　实验过程

小烧杯置于磁座(磁座是JB-3型定时恒温磁力搅拌器)上,取一定量的磁流体于小烧杯中,再取一定量的废水与之混合,打开磁座,使混合液在烧杯中旋转,若干秒后关掉磁座,使之变成永恒磁场, 分钟内,能见到磁性颗粒向下沉淀,清楚见到分层, 取出上层清液10 m,l进行色度及CODcr检测。

3　实验结果与讨论

3. 1　脱色效果与讨论

3. 1. 1　磁流体与废水的比对脱色效果的影响

固定废水用量为100 ml分别用不同量的磁流体处理后测出的色度值见表1。

表 1　磁流体与废水的比对处理效果的影响

磁流体(ml) 2 5 8 9 10 12 15 20

色度(倍) 80 50 40 30 20 20 20 20

由表1可知当磁流体与废水比?1: 10时,处理废水效果较好,色度有明显降低。分析原因是如果磁流体太少,所含磁性颗粒就少,磁性不够强,就不能使磁流体发挥它的功效。

3. 1. 2　搅拌时间对脱色效果的影响

改变搅拌时间,固定磁流体与废水比为1: 10 ,可知使色度降低到20倍,搅拌20 s已经足够。搅拌的目的是为了使磁性颗粒与废水充分的接触,在磁性颗粒分散性能良好的情况下,搅拌的时间不需要太长。

3. 1. 3　温度对废水脱色效果的影响

改变温度,固定磁流体与废水比为1: 10,搅拌 20 s,测出的色度值见表3。

由表3可知,升高温度,磁流体对废水的处理效果有所降低。从微观学上分析是磁性颗粒的布朗运动产生的作用,当温度升高时,磁性颗粒运动加剧不利于微粒的吸附、聚集长大和沉降[10-11]。

3. 2　COD的降低与讨论

3. 2. 1　表面活性剂投加量及pH值对降低COD的影响

(1)用醇———水共热法制备Fe3O4磁流体,滴加氨水至pH=10,改变加入的表面活性剂的量处理印染废水后所测得COD数据如图1:

(2)用醇———水共热法制备Fe3O4磁流体,滴加氨水至pH=11,改变加入的表面活性剂的量处理印染废水后所测得COD数据如下图:

(3)用醇———水共热法制备Fe3O4磁流体,滴加氨水至pH=12,改变加入的表面活性剂的量处理印染废水后所测得COD数据如下图:

(4)用醇-水共热法制备Fe3O4磁流体,滴加氨水至pH=13,改变加入的表面活性剂的量处理印染废水后所测得COD数据如下图:

综合上述数据可以得知用1. 0 g表面活性剂包裹(此时表面活性剂量是亚铁量的0. 16倍), pH值为11时处理印染废水时效果较好。此时磁性颗粒的粒径小,均匀,磁性高, COD下降最多,处理废水效果好。分析原因是表面活性剂的用量如果太少就不足以形成完整的包裹层;如果太多,就会形成多层吸附,反而导致磁性能下降[8]。

3. 2. 2　搅拌时间对降低COD的影响

固定磁流体与废水比为1: 10,搅拌使其充分接触反应,随着搅拌时间的变化废水COD的去除率随之变化的曲线见图5。

由图5可知开始时随搅拌时间的增加COD去除率也逐渐增大,当搅拌时间为5 min左右时, CO 的去除率达到最大值。之后随搅拌时间的增加 COD的去除率反而有所下降。分析原因是磁流体与废水中有机物的作用中存在一种微弱非极性的范德华力[9],如果搅拌时间过长,分子运动的动能则会克服分子间范德华力的吸引,使得一部分可溶性有机分子重新分散到水中,因此导致水中的COD值有所回升。

4　结论

(1)表面活性剂量是亚铁量的0. 16倍, pH=11 时COD降低最多,处理效果最好。

(2)在固定磁场的情况下,采用室温,充分混合,在磁流体与废水的比大于1: 10时,处理废水的能力最好。

(3)一般只要搅拌20 s左右,就使可磁性颗粒与废水充分的接触从而达到较好的脱色效果;但是要达到较高的COD去除率则需要搅拌5 min左右。

(4)升高温度会降低废水处理效果,一般应在较低温度(10℃～20℃左右)下进行。

参考文献:
[1]毛绍春,姚文华,方华,等.高浓度有机废水处理技术的研究进展[J].云南化工, 2004, 31(3): 27-30.
[2]Y Harada. et a.l Treatment of high concentration or- ganic wastewater by a catalytic wet oxidation process [C].IDA&WRPC world conference on desalination and treatment. Ja- pan:Yokohama, 1993: 2-6.
[3]石备玉,符德学,常照荣.印染废水处理方法研究进展[J].焦作大学学报, 2004, 18(4): 32-33, 35.
[4]胡涛,汪玉祥,等.印染废水的治理研究[J].江苏环境科技, 2005, 18(4): 29-32.
[5]侯文俊,余健.印染废水处理工艺进展[J].工业用水与废水, 2004-04, 35(2): 57-60.
[6]K. Ra,j B.Moskowitz. Commercial applications of fer- rofluids[J]. JMMM, 1990, 85: 37-41.
[7]E. Hasmonay.Magnetic and optical properties of ionicferrofluids based on nickel ferrite nanoparticles[ J]. Journal of Applied Physics, 2000, 88(11): 6628.
[8]任欢鱼,刘蕾,刘勇健.磁流体的制备与性质研究 [J].中国粉体技术, 2003, 9(1): 21-23.
[9]Jean-ClaudeBACRI, et a.l J.Magnetismand Magnetic Materials[M], 1990, 85: 27-32. 来源：赵静刘勇健