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一种复合脱色剂在印染废水中的应用研究
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2020-08-23 14:11:51 浏览次数:
刘剑锋1 , 陈羡琳1 , 刘明华*1, 2 , 蒋晓丽1(1.福州大学环境与资源学院, 福建 福州 350108;2.福建省生物质资源化技术开发基地, 福建 福州 350108)


  摘要:以甲醛、双氰胺、醋酸钠、氯化铵、氯化铝等为原料制备了一种印染废水脱色絮凝剂T-1。采用福州某纺织印染有限公司的印染废水为处理对象, 以脱色率为主要考核指标, 讨论了T-1的投加量、pH值、废水温度等对絮凝效果的影响。实验结果表明, 双氰胺-甲醛缩聚物对印染废水具有优良的脱色絮凝效果, 当投加量为100mg/L, 废水温度为30℃, pH =8时, 处理效果最佳, 色度去除率达70%, COD去除率为78.3%。而且其絮凝性能明显优于聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)絮凝剂。

  关键词:双氰胺甲醛缩聚物;阳离子絮凝剂;印染废水;脱色;应用

  随着工业化进程的不断深入, 全球性环境污染日益破坏着地球生物圈几亿年来所形成的生态平衡[ 1] 。据不完全统计, 我国每年污水排放量为390亿吨, 其中工业污水占51%, 并以1%的速度逐年增长, 而印染行业是工业废水排放大户, 约占工业废水总排量的1/10, 每天排放的废水量约为300 ~ 400 万吨[ 2-3] , 已成为环境污染的重要来源[ 4] 。纺织印染废水的废液水量大, 成分复杂,COD含量高且不易生物降解, 是很难处理的工业废水之一, 且在废水的净化处理中, 色度很难去除[ 5-7] 。现代染料工业的发展和印染加工技术的进步, 染料结构和稳定性大为提高, 给脱色处理增加了难度, 因此印染废水的脱色问题已成为废水处理中急需解决的一大难题[ 8] 。

  欧美等主要发达国家在印染废水的处理中大量使用阳离子絮凝剂, 对它的研究也呈现出明显的增长趋势[ 9] 。双氰胺-甲醛缩合物是一种阳离子聚合物, 具有制备方法简单, 用量少等优点, 对活性、酸性等染料废水有良好的脱色效果, 具有广阔的发展前景[ 10-11] 。它是通过提供带正电荷的—C—NH3+、—C=N+H2等基团与染料分子作用而达到脱色效果, 而且能通过协调效应提高絮凝效果[ 12] 。絮凝技术是一种既经济又简便的水质处理方法, 而絮凝沉降处理过程关键在于恰当地选择和投加性能优良的絮凝剂[ 13-14] 。本文采用双氰胺、甲醛、氯化铵、醋酸钠为主要原料并加入氯化铝合成了印染脱色絮凝剂T-1。以福州某纺织印染有限公司的印染废水为处理对象, 讨论了T-1对废水的脱色效果的影响。

  1 实验部分

  1.1 实验试剂及仪器

  聚合硫酸铝和聚合氯化铝为工业纯;醋酸钠、双氰胺、甲醛(37%)、醋酸钠、氯化铵、氢氧化钠、硫酸、结晶氯化铝等为分析纯。

  PHS-3C型酸度计(上海雷磁仪器厂)、722E(SP-2000)可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司)、HH-4数显恒温水浴锅(常州国华仪器有限公司)、JJ-4A六联电动搅拌器(常州国华仪器有限公司)。

  1.2 废水水质

  以福州某纺织印染有限公司废水处理装置调节池中的印染废水来检验T-1脱色絮凝剂处理印染废水的性能。该废水的颜色为浅黄, 具体废水水质指标如表1所示。

  1.3 脱色絮凝剂的合成

  在装有冷凝回流管、温度计、搅拌器的250mL三口圆底烧瓶中加入一定量的双氰胺、甲醛和氯化铵总量的1 /2。在不断搅拌下使水浴升温至45℃左右, 反应物开始反应并放出大量的热, 待反应10min后缓慢加入余下的氯化铵, 加料完毕后缓慢升温至75℃左右, 并加入一定量的醋酸钠, 反应2h后再加入一定量的氯化铝, 保温2h。降温至室温, 得无色透明、带有粘性并且流动性良好的液体产品T-1。

  1.4 絮凝沉降实验

  采用烧杯搅拌试验[ 15] 来研究絮凝作用的影响因素。用量筒分别取1000mL印染废水于1000mL烧杯中, 按要求用1mol/LH2SO4和1mol/LNaOH调节废水的pH值到某一数值, 并置于六联搅拌器平台上, 投加所需的T-1 脱色絮凝剂, 以300 r/min的转速快速搅拌1min, 然后以100r/min的转速搅拌3min, 静置沉淀30min, 取上清液测定其色度和CODCr。

  1.5 分析方法

  化学需氧量(CODCr)采用用重铬酸钾法测定[ 16] ;pH用PHS-3C台式pH计测定;色度采用稀释倍数法测定;废水中固体悬浮物(SS)的测定采用滤纸法[ 16] 。

  2 结果与讨论

  2.1 絮凝条件的选择

  为了综合研究T-1的絮凝性能, 本文以福建某印染有限公司废水处理装置调节池中的印染废水为处理对象, 对各种影响絮凝作用的因素(如脱色剂投加量、废水pH值、废水温度以及搅拌速度、时间等)进行系统研究, 以期获得最佳的絮凝剂效果和絮凝参数。

  2.1.1 废水pH值 为了研究pH值对絮凝效果的影响, 取系列印染废水于烧杯中。调整废水pH, 研究pH值对絮凝效果的影响, 实验结果如图1所示。

  由图1可知, 在保持脱色剂投加量100mg/L条件下, 在pH值为4 ~ 10的范围内, 絮凝效果较佳, 其中pH值为8时, 去除效果最佳, 此时CODCr和色度去除率分别为73.9%、72%。由此可见自制脱色剂对废水pH适应范围较广, 但在强碱性条件下, 由于脱色剂分子链上带正电荷的—C—NH3+和—C =N+H2基团在OH-的影响下转化为—C—NH2和—C=NH而降低了正电性, 从而减弱了水处理药剂对染料分子的电中和和吸附絮凝作用。

  2.1.2 投加量 在絮凝沉降过程中, 脱色剂的投加量会直接影响到印染废水中胶体颗粒、染料中间体分子被絮凝的程度、出水水质及废水处理成本。实验取不同量脱色剂进行絮凝沉降实验, 研究投加量对絮凝效果的影响, 实验结果如图2所示。

  从图2 可以看出, 絮凝剂的最佳投加量为100mg/L。当投加量小于100mg/L时随着投加量的增大, 染料分子与絮凝剂作用的几率增加, 使其较易从溶液中凝聚、脱色、析出, 因而絮凝效果有所提高。当投加量超过100mg/L, 随着投加量的增加, CODCr去除率有所下降, 这是由于制备的脱色剂本身是一种有机物, 对水样的CODCr有一定的贡献。而过量投加量也使原来因电中和而失稳的染料胶体带上正电荷, 这时胶粒间会出现静电相斥而呈分散稳定状态, 另外其分子链也不能完全伸展, 架桥作用减弱, 使得脱色效果减弱。因此在综合考虑絮凝效果和处理成本的基础上, 絮凝剂的用量控制在100mg/L左右。

  2.1.3 废水温度 分别取系列印染染料废水, 加热搅拌, 使絮凝反应在不同水温下进行, 便于考察温度对絮凝效果的影响。实验结果如图3 所示。说明在试验条件下, 温度对絮凝效果的影响几乎不存在, 同时也说明制备的脱色絮凝剂在使用上不受季节、区域的限制。

  2.1.4 搅拌速度和时间 在絮凝沉降中, 搅拌速度和时间也是一个重要因素, 若选择得当, 可以加速絮凝过程, 有利于絮凝剂发挥作用, 提高絮凝效果。如果搅拌速度过快、时间过长, 则会将本应该沉降的颗粒搅碎后变成不能沉降的颗粒, 降低了絮凝效果;若搅拌速度过慢、时间过短, 则会使得絮凝剂与染料分子不能充分接触、吸附, 从而不利于絮凝剂捕集胶体颗粒, 而且絮凝剂的浓度分布不均匀, 不利于发挥絮凝作用。试验结果发现, T-1絮凝试验的搅拌速度以100 ~ 300r/min为宜, 搅拌时间以3 ~ 5min为宜。

  2.2 絮凝剂的对比试验

  实验选取了聚合硫酸铝、聚合氯化铝与本试验产品对比, 如图4 所示。其中聚合硫酸铝处理印染废水时的最佳pH值为7.0, 投加量为400mg/L, 温度为30 ℃;聚合氯化铝处理印染废水时的最佳pH值为7.5, 投加量为400mg/L, 温度为30 ℃;T-1处理印染废水时的最佳pH值为8, 投加量为100mg/L, 温度为30 ℃, 投加量为100mg/L。由图4可以看出, 虽然相对于无机絮凝剂来说本产品较贵, 约为聚合氯化铝的3倍, 但达到最佳处理效果时投加量仅为聚合氯化铝1 /4。因此制备的脱色絮凝剂在脱色性能和处理成本上都比传统的无机絮凝剂优越。

  3 结论

  (1)投加量过大时会造成CODCr和色度去除率下降, 为得到理想的处理效果, 同时降低处理成本, 药剂的投加量不宜过大。

  (2)在适当的pH范围内, pH对处理效果的影响不大, 但在强碱性条件下, 会由于脱色剂分子链上带正电荷的亚胺基被中和而降低了正电性, 从而减弱了水处理药剂对染料分子的电中和和吸附絮凝作用。

  (3)温度对絮凝效果的影响很小, 说明合成的脱色絮凝剂在使用上不受地域和季节的限制, 而且它是无色透明、带有粘性并且流动性良好的高浓度液体产品, 便于储运。

  (4)制备的T-1脱色剂对印染废水具有优良的脱色絮凝效果, 是一种有发展前途和开发价值的脱色絮凝剂。