染料废水脱色处理工艺

染料废水脱色处理工艺

聚合氯化铝(PAC)是一种广泛使用的无机絮凝剂,印染废水经生化处理后色度往往难以达标,采用PAC 进行深度脱色处理效果较好, 但其存在用量大,水中残留铝对环境有害,形成的絮体结构松散,沉降性能欠佳,水力冲击下容易返浑等缺点〔1〕｡目前改性硅藻土也常用于染料废水的脱色〔2〕,硅藻土廉价无毒,适应性强,但吸附性能与活性炭相比还有差距,且多呈粉体难以固液分离｡采用改性硅藻土复配聚合氯化铝絮凝剂处理染料溶液, 可以获得结构密实的絮体,提高脱色效率,改善沉降性能,减少PAC用量从而减轻Al3+溶出对环境造成的危害, 由于硅藻土价格低廉,同时也可降低水处理成本｡

1 实验部分

1.1 材料与仪器

材料:硅藻土,化学纯,质量分数(以Si 计)为88%;聚合氯化铝,质量分数(以Al2O3计)为10%｡以上材料均来自常州友邦净水材料有限公司｡商品活性艳红｡

仪器:721 分光光度计,上海精密科学仪器有限公司;MY3000-6 智能型混凝试验搅拌仪,潜江梅宇仪器有限公司;pHS-3C 型酸度计,上海虹益仪器仪表有限公司｡

1.2 硅藻土改性方法

将硅藻原土用0.1 mol/L 的稀HCl 溶液浸泡24 h,然后用去离子水冲洗､烘干,在450 ℃下焙烧1 h 至微呈粉红色,备用｡

1.3 絮凝剂复配方法

将聚合氯化铝在85 ℃下烘0.5 h, 然后与改性硅藻土按照一定的质量比混合后反复研磨,即得复合絮凝剂｡

1.4 脱色率测定

活性艳红浓度采用分光光度法在540 nm 波长处测定｡

脱色率=(C0-C1)/C0×100%

式中:

C0———活性艳红初始质量浓度,mg/L;

C1———处理后活性艳红质量浓度,mg/L｡

1.5 沉降性能测定

用沉降时间表征沉降快慢｡沉降时间是指搅拌停止后,污泥和液面之间形成明显的分界面所需时间｡絮体的紧密程度用污泥沉降比表征｡将反应悬浊液倒入250 mL 量筒中静置1 h,测得污泥体积与原浑浊液体积之比即为沉降比｡

2 结果与分析

2.1 不同药剂的脱色效果将改性硅藻土､PAC 及PAC+改性硅藻土复合絮凝剂(PAC 与改性硅藻

土质量比为5∶1)各0.5 g 分别投加到200 mL 质量浓度为70 mg/L ､pH 为9.7 的活性艳红溶液

中, 以250 r/min 的速度搅拌45 min,静置1 h 后取上清液测其浓度｡不同药剂的脱色效果见表

1｡

由表1 可知,在相同条件下,复合絮凝剂的处理效果最好,PAC 次之,改性硅藻土最差,沉降效

果也依此顺序下降｡由于改性硅藻土吸附容量有限,加之呈粉体状,不易固液分离,导致其脱色率较

小｡

硅藻土和PAC 复配使用,由于硅藻土具有较大的比表面积,可吸附活性艳红分子,也可作为

PAC 絮凝的“核”进而发生架桥吸附,同时硅藻土结构中的硅醇基水解致使表面带负电荷〔3〕,

对PAC 具有电中和脱稳作用,因此处理后上清液清亮透明,没有硅藻土悬浮微粒,生成的絮体较大,

沉降性能大大改善｡

2.2 PAC 与改性硅藻土配比的影响

将PAC 与改性硅藻土以不同质量比混合研磨制得的复合絮凝剂0.5 g 投加到200 mL 质量浓

度为100 mg/L ､pH 为9.7 的活性艳红溶液中,以50 r/min 的速度搅拌15 min,静置1 h 后取上

清液测其浓度｡PAC 与改性硅藻土配比对处理效果的影响见图1｡

由图1 可知,随着m(PAC)∶m(改性硅藻土)的增大,脱色率随之增加,当比值超过5 时,脱色率

增幅并不明显,比值达到10 左右时,脱色率有下降的趋势｡这是因为改性硅藻土主要起助凝剂的作

用,当其在复合絮凝剂中所占比例较大时, 发挥絮凝作用的PAC 的量不足,且硅藻土吸附容量较小

,

导致絮凝和吸附作用均不充分,脱色率不高,实验中观察到硅藻土颗粒单独于絮体先行沉降下来,

污泥体积较小｡随着m(PAC)∶m(改性硅藻土)的提高,混凝､助凝以及吸附联合作用效果得到提高｡

进一步增加PAC 的比例时,硅藻土的吸附助凝作用被削弱,脱色效果和污泥沉降性能都有下降趋势｡实验结果表明,m(PAC)∶m(改性硅藻土)在5∶1 附近对活性艳红脱色效果最好,下述实验中复合

絮凝剂均采用该配比｡

2.3 复合絮凝剂投加量的影响

将不同质量的复合絮凝剂分别投加到200 mL质量浓度为100 mg/L､pH 约为9.7 的活性艳红

溶液中,以50 r/min 的速度搅拌15 min,静置1 h 后取上清液测其浓度｡复合絮凝剂投加量对处

理效果的影响见图2｡

由图2 可知,随着复合絮凝剂投加量的增加,脱色率随之上升｡当复合絮凝剂投加质量达到

0.5 g时,脱色率接近100%,进一步增大投加量,脱色率没有明显变化,当投加质量增加到1 g 以上时,脱色率明显下降｡这是因为聚合氯化铝水解产物主要为Al(Ⅲ)多羟基络合物,可通过电中和使

污染物颗粒或胶体双电层压缩､ζ电位降低从而迅速脱稳,最终发生凝聚并沉降下来｡如果加入过

量的聚合氯化铝,则污染物颗粒吸附过多的反离子,使所带电荷变号,相互排斥,产生再稳现象〔4〕｡综合考虑,合适的复合絮凝剂投加质量浓度为2.5 g/L,下述实验均采用该投加量｡

2.4 pH 的影响

将0.5 g 复合絮凝剂投加到200 mL 质量浓度为100 mg/L､不同pH 的活性艳红溶液中,以50 r/min的速度搅拌15 min,静置1 h 后取上清液测其浓度｡pH 对处理效果的影响见图3｡

由图3 可知,pH<8 时絮凝过程非常缓慢,随pH的增大,絮凝过程加快,絮体增大,脱色率随之增大,当pH 在10 左右时, 脱色效果最好, 进一步增大pH,脱色率呈下降趋势｡聚合氯化铝水解产物有单体〔Al3+､Al(OH)2+､Al(OH)2+〕､二聚体〔Al2(OH)22+〕､聚十三铝〔AlO4Al12(OH)24

(H2O)127 +〕和高聚铝, 而Al13是最佳絮凝凝聚形态〔5〕｡水解产物存在形式和表面所带电荷受pH 影响较大｡在酸性条件下,Al(Ⅲ)多羟基络合物向单体Al3+形式转变,表面带正电荷,而在较强碱性条件下,其向Al(OH)4-形式转变,表面带负电荷, 因此絮凝形态分布及表面荷电性质有一个最佳pH 平衡点｡本实验条件下,较适宜的pH范围为9~11｡

2.5 初始浓度的影响

分别将0.5 g 和1.0 g 复合絮凝剂投加到200 mL､pH 为10 的不同浓度的活性艳红溶液中, 以50r/min 的速度搅拌15 min,静置1 h 后取上清液测其浓度｡溶液初始浓度对处理效果的影响见图4｡