复合絮凝剂对染料废水的脱色作用

第 29 卷第 7 期 2009 年 7 月
工业水处理 Industrial Water Treatment
Vol．29 No．7 Jul．，2009
复合絮凝剂对染料废水的脱色作用
毕韶丹，沈春旭
（ 沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁沈阳 110168）
［摘要］ 用羧甲基壳聚糖（CMCTS）复合聚合氯化铁（PFC）对相对分子质量较小的活性染料模拟废水进行脱色处 理。 结果表明，引入 PFC 作为助凝剂的脱色效果优于单纯使用 CMCTS。 采用此复合絮凝剂处理染料废水的最佳条件 为 pH=5，CMCTS 和 PFC 的 投 加 质 量 浓 度 分 别 为 90 mg/L 和 2 mg/L。 在 此 优 化 条 件 下 ， 染 料 废 水 的 脱 色 率 可 达 93.8%，COD 去除率达 89.6%。
90
85
脱 色 率/%
80
75 70
图1
pH=4 pH=5 pH=6
80 90 100 110 120 130 CMCTS 投加质量浓度/（mg·L-1）
CMCTS 投加量对脱色率的影响
由图 1 可见，随着 CMCTS 用量的增加，脱色率 逐渐增大，CMCTS 为 110 mg/L 时，对染料废水的脱 色效果最好，脱色率可达 89.1%，若再增加絮凝剂的 用量，脱色率反而降低。 因此 CMCTS 最佳投加质量 浓度为 110 mg/L。 2.1.2 pH 对 CMCTS 脱色效果的影响
影响 恰当的搅拌速度和时间有利于絮凝剂发挥更好 的效用，加速絮凝过程，提高脱色效果。实验表明，选 择 先 快 速 搅 拌 1 min，再 慢 速 搅 拌 3 min，脱 色 效 果 最佳。 2.2 PFC 的脱色效果 2.2.1 pH 对 PFC 脱色效果的影响 在 PFC 投加质量浓度为 250 mg/L 时， 调节染 料废水的 pH 进行脱色实验，结果见图 3。
Bi Shaodan， Shen Chunxu （School of Environmental and Chemical Engineering， Shenyang University of Science and Technology，
Shenyang 110168， China）
Abstract： The application of composition flocculants of carboxymethyl chitosan （CMCTS） and polyferric chloride （PFC） to the decolorization of dyeing wastewater has been carried out. The dye used is reactive dye with small molecular weight. The results show that the effect of using PFC as coagulant aid is better than that of using CMCTS alone. The optimal conditions are as follows：pH=5，CMCTS dosage=90 mg/L， and PFC dosage=2 mg/L. Under these conditions， the rate of decolorization could achieve 93.8% and removal rate of COD reaches 89.6%. Key words： flocculant； carboxymethyl chitosan； polyferric chloride； dyeing wastewater； decoloration
在上述最佳条件下进行脱色实验，每隔一定时 间取上清液测定吸光度，实验表明，沉降时间越长， 脱色效果越好，即产生的絮体越大，沉降越完全，上 清液的色度越小。 沉降时间超过 4 h， 脱色率变化 缓慢，考虑到脱色效率和处理成本，最佳沉降时间 选 4 h。 2.1.4 搅拌速度、 搅拌时间对 CMCTS 脱色效果的
染料废水脱色率的变化见表 1。
表 1 CMCTS-PFC 用量对脱色效果的影响
脱 色 率 /%
CMCTS 质量浓 度/（mg·L-1）
PFC 质量浓度/（mg·L-1）
0123456
50
56.5 64.8 65.6 66.0 66.2 66.0 65.3
70
80.2 89.1 91.4 91.5 91.5 92.0 91.8
离 子 形 成 带 有 大 量 正 电 荷 的 Fe（OH）2+、Fe（OH）2+、 Fe4（OH）84+等 羟 基 离 子 和 聚 羟 阳 离 子 ， 它 们 可 与 带 有 负电荷的染料离子发生电中和及压缩双电层等作 用，能有效地使染料粒子脱稳而聚沉。当染料废水的 pH 继续升高时，脱色效果降低，其原因可能是因为 羟基继续增多，使得带正电的铁羟基离子转化为 Fe （OH）3 胶 体 、[Fe（OH）4]-、[Fe（OH）5]2-等 不 带 电 或 带负电的羟基化合物，这些水解产物不能起到电中 和及压缩双电层的作用，因此絮凝效果不好，脱色能 力下降。 由此可见 pH 对染料废水脱色效果的影响 较大，pH 在 4～6 之间脱色效果明显，pH 为 5 时脱色 效果最佳。 2.2.2 投加量对 PFC 脱色效果的影响
毕韶丹，等：复合絮凝剂对染料废水的脱色作用
凝作用更为突出，随 PFC 用量的增加 ，脱 色 效 果 增 强。 可能因为 PFC 是无机试剂，反应 速 度 快 ，其 水 解产物是带有大量正电荷的无机高分子聚合物，能 迅速中和带相反电荷的染料离子， 使 CMCTS 长链 易于接近并吸附电中性的染料分子，形成大的絮体 而沉降，提高脱色效果。 继续增加 PFC 用 量 ，脱 色 效果反而降低。 可能是 因 为 过 量 的 PFC 会 使 原 来 因电中和而失稳的染料粒子又带上正电荷，重新进 入水样中。
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试验研究
工业水处理 2009 － 07，29（7）
液洗涤，再用无水乙醇洗涤，抽滤，干燥得产品。 1.3 脱色实验
取染料模拟废水 200 mL 于烧杯中，调节 pH，加 入 适 量 的 絮 凝 剂 ，先 快 速 搅 拌 1 min， 再 慢 速 搅 拌 3 min，静置沉降后，取上清液在最大吸收波长 598 nm 处测吸光度，计算脱色率（η）。
不同 PFC 投加量下，废水脱色率的变化见图 4。
脱 色 率/%
76
74
72
70
68
66 200 250 300 350 400 450 PFC 投加质量浓度/（mg·L-1）
图 4 PFC 投加量对脱色率的影响
由图 4 可见，PFC 用量达到 350 mg/L 时脱色效
果最好，此后再增加絮凝剂的量，脱色率反而会降
低。这与一般的絮凝现象相一致。因此聚合氯化铁絮
凝剂的最佳投加质量浓度为 350 mg/L。
2.3 CMCTS-PFC 复合絮凝剂脱色效果
试验研究了以 CMCTS 为主， 配加少量 PFC 组
成的复合絮凝剂的脱色效果及其影响因素。
2.3.1 CMCTS-PFC 投加量对脱色效果的影响
不 同 絮 凝 剂 CMCTS 及 助 凝 剂 PFC 投 加 量 下 ，
印染废水色度深、COD 含量高、排放量大，对其 不加以处理，直接排放，会对环境造成较大污染。 目 前用于染料废水脱色处理的方法主要有絮凝法、吸 附法、氧化法和生化处理法等。 絮凝法以其占地少、 成本低、管理方便成为处理染料废水的常用方法之 一。 传统的无机絮凝剂对疏水性染料、相对分子质 量较大的染料脱色效率较高， 但对水溶性好、 相对 分子质量小的活性、酸性染料脱色效果较差，且处 理成 本 高 〔1〕，因 此 近 几 年 人 们 把 研 究 重 点 放 在 合 成 高分子絮凝剂上。 羧甲基壳聚糖（CMCTS）是一种无 毒的新型高分子絮凝剂，同无机絮凝剂相比，具有 投加量少、沉降速度快、处理效果好及对污泥的脱 水性能好等优点，在水处理应用中越来越受到人们 的重视。 用 CMCTS 处理染料废水是近几年才开始 的 。 〔2-7〕 笔者用自制的 CMCTS 与聚合氯化 铁 （PFC） 絮凝剂复合使用，对水溶性好、相对分子质量较小 的活性艳蓝染料废水进行脱色试验，并比较了 CMCTS、PFC 单 独 作 用 与 它 们 复 配 作 用 下 对 染 料 废 水
脱 色 率/%
70
60
50
40
30
20
10
3
45
6
7
8
pH
图 3 pH 对 PFC 脱色性能的影响
由图 3 可以看出， 开始随着染料废水 pH 的升 高，脱色率增大，在 pH 为 5 时，其脱色效果最好。 这 是由于随 pH 的升高，水样中的羟基增多，有利于铁
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η=[（A0-A）/A0]×100% 式中：A0、A— ——处理前后水样的吸光度。 1.4 COD 的测定
COD 采用标准 K2Cr2O7 法测定〔8〕。 2 结果与讨论 2.1 CMCTS 絮凝剂的脱色效果 2.1.1 投加量对 CMCTS 脱色效果的影响
在不同 CMCTS 投加量下，考察 CMCTS 对 pH 分 别为 4、5、6 的染料模拟废水的脱色效果，结果见图 1。
当 CMCTS 投 加 质 量 浓 度 为 110 mg/L 时 ， 用 HCl 或 NaOH 将染料模拟废水调至不同的 pH 进行 脱色实验，脱色结果见图 2。
80
60
脱 色 率/%
40
20
03
4
56
78
pH
图 2 pH 对 CMCTS 脱色性能的影响
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由图 2 可见，pH 对脱色效果有较大影响。 CMCTS 是两性物质，在 pH 较低的溶液中，CMCTS 中羧基电 离受到抑制，呈阳离子性，此时活性艳蓝染料中的氨 基因结合 H+带部分正电荷， 与絮凝剂产生电荷排 斥，使絮凝脱色率不高。 随着 pH 升高，活性艳蓝分 子中的磺酸基转变为磺酸盐， 呈阴离子性， 此时与 CMCTS 发生电中和及吸附架桥等作用，脱色效果明 显增强。 继续升高 pH，CMCTS 中羧基几乎全部形成 羧酸根阴离子，与染料阴离子产生电荷排斥，且此时 CMCTS 长链上的羧酸根、氨基及羟基形成氢键的能 力增强，分子链易发生卷曲和聚集，从而使吸附能力 迅速下降。 所以脱色处理适宜的 pH 为 4～6，本实验 pH 选 5。 2.1.3 沉降时间对 CMCTS 脱色效果的影响