新型复合混凝脱色剂处理印染废水试验研究

1 市场现状

范迪1,王琳1,王娟2

(1.中国海洋大学环境科学与工程学院,青岛　266101;2.青岛理工大学环境与市政工程学院,青岛　266033)

摘要:针对某印染厂生产废水,以COD和色度为指标,用混凝试验方法研究了新型复合混凝脱色剂SE对印染废水的处理效 果,并探讨了SE投加量及pH值、沉淀时间、搅拌强度对其混凝效果的影响,利用SE与PAC和PFS进行了对比试验.结果表 明,SE可有效地去除印染废水中的COD和色度,当pH为8~10、沉淀时间为30min、搅拌强度为75r/min、投药量为155mg/L 时,去除效果最佳,COD和色度的去除率最高可达83%、94%;相对于PAC和PFS,SE产生的絮体大而密实,沉降速度快,产生 污泥量少,药剂用量少,最佳出水水质为:COD为139mg/L,色度为37.证明SE是印染废水处理高效实用的复合型混凝剂.

关键词:印染废水;混凝法;混凝脱色剂

中图分类号:X703·5　文献标识码:A　文章编号:0250-3301(2007)06-1285-05

印染废水具有成分复杂、浓度高、色度大、难降 解等特点,是我国主要有害有机废水之一[1~3],尤其 是色度的去除成为印染废水处理的难点[4].混凝法 以其工艺简单、适应性强、操作管理方便、基建投资 低等优点成为目前印染废水处理广泛采用的重要 方法[5~7].

混凝剂的选择与应用是混凝法的关键.近年来 的研究表明,Al13(OH)5+34、Al7(OH)4+17、Al7(OH)3+18、 Al8(OH)4+20等离子在混凝过程中有重要作用[8,9],并 由此开发出了铝盐无机高分子混凝剂,包括聚合氯 化铝、聚合硫酸铝和聚硅酸铝等,大大提高了处理效 果[10,11].铝盐的特点为反应速度较慢,形成的絮体 小,形态较稳定,对大部分染料废水都能获得较理想 的脱色效果,但在温度过低时投药量大,有毒性.铁 盐系列混凝剂(氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、聚合硫酸 铁和聚合氯化铁等)的开发及应用在印染废水处理 中也发挥了重要作用.铁盐的反应速度快,形成的絮体大,容易失去稳定性发生沉淀,在某些情况下容易 返黄,有腐蚀性,对疏水性染料脱色效率高,但对亲 水性染料脱色效果差,COD去除率低[12,13].镁盐作 为单独的混凝剂用于废水处理尚不广泛,但镁盐用 于印染废水处理有特殊功效,染料分子中的磺酸基、 羧基、氨基、羟基等阴离子基团容易作为氢氧化镁表 面的吸附作用点.镁盐对活性染料、酸性染料、直接 染料等水溶性阴离子染料废水的色度、COD去除能 力较好.另外,镁盐能生成不溶性络合物MgHN3PO4· 6H2O,从而能有效的去除氮、磷[14~16].随着染料工业 的迅速发展,目前,全世界使用的染料品种已达数万 种[17],由于染料品种繁多,单一混凝剂已很难适应 不同水质的印染废水处理要求,同一种混凝剂应用 于不同印染废水,其混凝效果往往存在较大差异.另外,药剂成本也是一个不可忽视的问题,如近年来研 制的有机高分子混凝剂及各种生物絮凝剂虽然得到 了理想的处理效果,但往往因处理成本高而无法推 广使用.因此,研制开发具有广泛适用性的高效经济 复合型混凝剂是混凝技术的主要发展方向之 一[18~22].笔者研究了各种混凝剂的作用机理,结合 印染废水特点,本着一剂多能、高效经济的原则,在 多年工程实践的基础上,研制开发了新型混凝脱色 剂(以下简称SE),旨在进一步提高印染废水处理的 出水水质,同时降低处理成本.

1　SE简介

SE为无机复合型混凝剂,其配料均为水处理中 常用的混凝剂、氧化剂及废渣,主要成分中含有铁 盐、铝盐、镁盐及氧化核(氧化剂及载体,载体采用粉 煤灰和活性炭),是根据多年的印染废水处理运行经 验,针对印染废水的特点,通过改善工艺及控制条 件,对几种混凝剂采用不同的配比进行优化组合,并 与氧化核复合而成.

SE为深褐色粉状固体或液体,具腐蚀性,易氧 化,非易燃易爆物品,宜在室温下贮存,不可在烈日 下曝晒或在潮湿的环境中存放.在使用过程中,SE 一般以稀释方式投加,稀释比一般为1%~2%,可 以用塑料储槽和搅拌器来配置溶液,尽量做到现配 现用.在间歇运行的工艺操作中,也可直接投入粉状 固体SE使用.

SE可产生水解、多羟基化作用,如:铝盐和铁盐 成分在水溶液中可生成各种形式的多核羟基配位化 合物,可产生凝聚、电性中和与絮凝作用,染料分子 中的磺酸基、羧基、氨基、羟基等阴离子基团,容易作 为铝盐、铁盐的水解产物以及氢氧化镁表面的吸附 作用点,产生电中和、压缩扩散层及吸附架桥作用. SE的氧化核具有强氧化性,其载体具有吸附、离子 交换作用,同时各成分间还可产生协同桥连、絮凝等 作用.因此,SE具有原料易得、一剂多能、快速高效 的特点.

2　材料与方法

2·1　废水来源及水质

本试验废水为某纺织印染厂的生产废水,该厂 生产工艺中所使用的染料以活性染料为主,还有少 量的分散染料、直接染料、浆料及各种助剂等,为综 合性印染废水.其水质为:COD=785mg/L,色度= 620,pH为9·5. 2·2　

试验仪器设备与分析方法 2·2·1　试验仪器设备及药品

试验仪器设备:智能型混凝搅拌仪,COD测试 仪,pHS-3型测试仪.试验药品:PAC、PFS、SE等.

2·2·2　分析方法 pH值采用玻璃电极法测定,COD测定采用重铬 酸钾法,色度分析采用稀释倍数法[23].

3　结果与讨论

3·1　SE投加量对COD、色度去除率的影响 在混凝沉淀过程中,混凝剂投加量的多少会直 接影响到印染废水的处理效果以及处理成本的高 低.各取600mL的印染废水水样置于1000mL的烧 杯中,加入不同量的SE,快速搅拌(200r/min)30s, 然后慢速搅拌(75r/min)10min,沉淀时间30min后 取上清液进行测定,试验结果见图1.

 

由图1可以看出,在开始阶段,COD和色度的去 除率随着投药量的增加而大幅度增大,在投药量为 155mg/L时,COD和色度的去除率达到最大,分别可 达82·2%和94%,此后随着投药量的增加COD和色 度的去除率逐渐下降,但色度去除率的下降幅度较 小,这可能是由于新型混凝剂SE中氧化核的脱色作 用而产生的.综合考虑,其最佳投药量为155mg/L.

3·2　pH值对COD、色度去除率的影响 各取600mL的印染废水水样置于1000mL的 烧杯中,将水样pH值分别调至4、6、8、10、12,加入 相同量的SE,快速搅拌(200r/min)30s,然后慢速搅 拌(75r/min)10min,沉淀时间30min后取上清液进 行测定,试验结果见图2.

由图2可见,pH值为4时,COD及色度的去除率均很低;pH值为6时,COD及色度的去除率大幅 度增加;pH在6~10范围内,COD及色度均有较好 的去除率;对于COD,最佳pH为8,去除率为71%. 当pH大于10,COD的去除率变小;对于色度,当pH 为8~10时,色度的去除率达到最大(94%),在此范 围内pH对色度去除率几乎没什么影响,当pH为12 时,色度去除率开始有所下降,但影响很小,这说明 SE具有较大的pH值适应范围.综合考虑,最佳pH 为8~10.对于实际印染废水,大多pH为9~10,故 SE对印染废水的处理是非常有效的,尤其适用于对 色度处理要求较高的印染废水.

3·3　搅拌速度对COD、色度去除率的影响

各取600mL的印染废水水样置于1000mL的 烧杯中,分别加入相同量的SE,快速搅拌(200r/min) 30s,然后对每个水样以不同的速度搅拌10min,沉 淀时间30min后取上清液进行测定.

其试验结果见 图3.

由图3可以看出,最佳搅拌速度为75r/min, COD和色度的去除率分别为73·2%和94%.这是因 为,搅拌速度太小,不利于吸附架桥作用的进行,生 成的絮体碎小,不易沉淀去除,搅拌速度太大时,由 于过度的碰撞和剪切作用,使得已形成的絮体又被 打散,不利于沉淀去除.

3·4　沉降时间对COD、色度去除率的影响

分别取600mL的印染废水水样置于1000mL 的烧杯中,各加入相同量的SE,快速搅拌(200r/min) 30s,然后慢速搅拌(75r/min)10min,沉淀后取上清 液进行测定.其试验结果见图4.

由图4可以看出,从总体趋势上来说,COD及色 度的去除率随沉降时间的增加而增大.当沉降时间 为30min时,色度的去除率达到92%、COD的去除 率达到71%,而后随着沉降时间的增加,COD及色 度的去除率虽有增加,但增加很少,而沉降时间的增 加将导致处理设备体积的增大,增加投资成本.因 此,从经济角度考虑,最佳沉淀时间取30min.

3·5　PAC、PFS及SE不同投加量对印染废水对比试验 在相同条件下,分别采用PAC、PFS及SE对印 染废水(原水COD=785mg/L、色度=620、pH=9·5) 进行不同投加量试验,其试验结果见表1和表2. 由表1可以看出,PAC投加量在165mg/L时, COD的去除率最高(56·7%);PFS投加量在155mg/L 时,COD的去除率最高(74%);SE投药量为155 mg/L时,COD的去除率最高(82·2%),SE为最好.由 表2可以看出,虽然3种絮凝剂的投加量均是在155 mg/L时,色度的去除效果达到最好,但其色度去除率 却相差很大,PAC、PFS及SE的色度去除率分别为 57%、81%和94%,显然,SE为最好.

综合表1和表2可看出,当进水COD为785 mg/L,色度为620倍,pH为9·5,若出水水质要求在 COD≤342mg/L,色度≤277倍时,PAC的用量为155 mg/L,PFS的用量为130mg/L,SE的用量则为120 mg/L,SE的用量比PAC减少22·6%,比PFS减少 7·7%;如果要使COD、色度达到《国家污水综合排放 标准》(GB8972-1996)二级标准,只有SE可一步达 到(投加量在155mg/L时,出水COD为139mg/L,色 度为37),而用PFS和PAC则不理想,尤其是色度问 题.由于SE的价格低于PAC和PFS,可大量节约药 剂费开支,降低运行费用.

另外,从试验直观效果看,投加SE所产生的絮 体大而密实,沉降速度最快,其次是PFS,而PAC的 絮体最小,沉降最慢.从产生的污泥量上看,投加SE 所产生的污泥量最少,其次是PAC,而PFS的污泥量 最大.

4　SE混凝脱色机理分析

从试验结果可看出,SE无论是对色度的去除 率,还是对COD的去除率均高于PAC和PFS,这是 由SE的组成决定的.SE能与染料分子产生凝聚、电 性中和、强氧化,吸附、离子交换,桥连、絮凝等多重 作用,且可协同互补.

SE的铝盐、铁盐组分在水中可水解生成各种形 式的羟基多核配位化合物,这些水解产物具有凝聚 和絮凝2种作用特性,废水中的染料分子和杂质对 水解及聚合的各种产物进行强烈吸附.对于印染废 水中的分散染料、直接染料、还原染料、硫化染料等 疏水性或大分子染料,因其不溶于水而呈分散状态, 很容易通过网捕作用而聚沉;对于印染废水中的活 性染料等亲水性染料,SE中的金属离子(铝离子、铁 离子和镁离子)能与单个的染料分子发生化学反应, 即与可溶性染料形成结构复杂的大分子络合物(或 螯合物),降低其水溶性,再被吸附在金属离子的水 解产物上而沉降除去.同时,金属离子形成的氢氧化 物能与某些水溶性染料分子中的发色团(—SO3磺 酸基)形成不溶性的磺酸盐沉淀.另外,这些氢氧化 物具有较强的吸附作用可将染料分子吸附去除,降 低印染废水的COD和色度.而SE氧化核中的氧化 剂可以把染料的中间体氧化成醛、酸,最后再变成 CO2和H2O,可将某些不饱和发色团的双键段打开, 破坏发色团,将大分子断裂成小分子,使颜色变浅或 去除,并且,SE氧化核中的载体采用粉煤灰和活性 炭,也具有吸附和离子交换作用,使脱色作用更加明 显.正是由于SE的上述多重作用,才使SE具有较高 的去除污染物能力,具有反应快、用量小、絮体大等特点,而PAC、PFS的作用只是其中的一部分.

5　结论

采用SE处理印染废水,COD和色度的去除率 可达83%、94%,具有反应快、用量小、絮体大、产生 的污泥量少、出水水质好等特点.SE对印染废水适 用范围广,原料易得成本低,可作为印染废水处理高 效实用的复合型混凝剂.