新型復合凈水劑ZY-1用于印染污水的脫色性能研究

更新時間：2009-11-12 14:27 來源：作者: 陳傳好閱讀：2464

【摘　要】以硫酸鋁、食鹽電解含鎂廢渣、鹽酸、和三氯化鐵為主要原料，研制了一種用于印染污水處理的新型復合凈水劑ZY-1。試驗了pH值、投加濃度、染料種類等相關因子對其混凝脫色效果的影響，并與常用的絮凝劑：PAC、PFS、FeSO4進行了對比，探討了其混凝脫色極的作用機理。實驗結果表明：ZY-1較常用的絮凝劑具有更好的脫色能力和絮凝沉降性能，能夠適用于多種染料污水的處理，尤其是用于以小分子為主的活性染料的污水去除，在pH值>9范圍內，ZY-1能夠實現95%以上的脫色率，出水經過濾后能夠回用于生產。

【關鍵詞】凈水劑ZY-1；脫色；印染污水

1前言

隨著染料和染色工業的迅速發展，活性染料由于其色澤鮮艷、色譜齊全而正被越來越廣泛地應用[1]。然而，活性染料結構中硝基和胺基化合物及銅、鉻、鋅等重金屬元素具有較大的生物毒性，不僅具有嚴重的環境危害性，且難以被常規的生物方法所處理。加上PVA漿料、新型助劑的采用，致使傳統的用于印染污水處理的生化工藝的處理效率從70%下降到50%，甚至更低，無法滿足日益嚴格的排放要求。而吸附法、氧化法、電解法等新近推出的處理工藝雖然能不同程度上取得一定的效果，但因其運行費用高、設備投資高、能耗大、技術不成熟等諸多原因限制了它們的應用。因此，混凝法是處理印染工業污水的主要方法之一[2-6]。但由于染料發展的多樣性和水溶性及印染污水組成的復雜性，使得常規混凝劑（如鐵鹽、鋁鹽及其聚合物等）很難取得到理想的脫色效果。因此，研制低成本、廣譜、高效、無二次污染的混凝劑成為混凝研究中的一個熱點。以硫酸鋁、食鹽電解含鎂廢渣、鹽酸、和三氯化鐵為主要原料，研制了一種用于印染污水處理的新型復合凈水劑ZY-1。試驗了pH值、投加濃度、染料種類等相關因子對其混凝脫色效果的影響，并與常用的絮凝劑：PAC、PFS、FeSO4進行了對比，探討了其混凝脫色極的作用機理。結果表明ZY-1是一種高效、優良的印染污水處理劑。

2試驗方法

2.1試驗材料

及食鹽電解含鎂廢渣取自廣東某鹽廠。

所用染料均為工業級：氯化鎂（MaCl2•7H2O，工業級）；氫氧化鈣（Ca(OH)2，工業級）；聚合氯化鋁（PAC，工業級，河南鞏義市）；聚丙烯酰胺（PAM，工業級，1600萬分子量，SNF）；聚合硫酸鐵（PFS，工業級，河南鞏義）；三氯化鐵（FeCl3，工業級，山東青島）。

其它藥劑均為AR級

實際工業印染污水：取自廣州某印染廠調節池污水，其中以3BS、BE-3RN、3RS、GR、M-4G型小分子活性染料為主，直接和發散染料為輔。呈紅、藍、棕、綠、黑等多種顏色，以紅色和深褐色為主，25-48℃，pH值為7-9，色度400-1000倍，COD為350-700mg/l。

2.2試驗儀器

分析天平：德國 SARTORIOUS 型號：BS210S 讀數精度0.1mg，稱量范圍210g

分光光度計：多功能水質測試儀，德國 WTW 型號：PhotolabS6

COD消解器：德國 WTW 型號：Thermoreactors CR2200

pH計：PHSJ-4A型實驗室pH計上海雷磁儀器廠

攪拌器：MY3000-6D型六聯定時變速攪拌器，湖北省潛江市梅宇儀器有限公司

2.3試驗方法

取污水水樣200ml，加入250ml的燒杯內，放置于六聯定時、變速攪拌器上，先充分攪拌3min，調節pH值至既定值，設定攪拌器的攪拌速度和時間，開始攪拌、反應，攪拌停止后，靜置、沉淀，測量相應的數據。對于沉淀的污泥界面和沉淀時間測量的數據，則將攪拌后均勻的反應體系轉入帶有精確均勻刻度的深燒杯內測量，液面高度選擇為200mm。

污水的色度分析采用稀釋倍數法，采用分光光度法進行校準；COD分析采用德國WTW公司生產的Thermoreactors CR2200和PhotolabS6，進行快速COD消解和測量，采用標準的重鉻酸鉀法進行校準。

3試驗結果與討論

3.1 pH值對ZY-1脫色效果的影響

為清楚了解ZY-1對不同染料的脫色性能。試驗水樣采用單一染料配制的模擬染色廢水，配制濃度為100mg/l，并依照實際染色工藝，煮沸或加熱染液。

根據前期的對ZY-1的脫色性能研究，對于一般印染污水在投加濃度為150－300mg/l的投加濃度時，可以完全實現最佳脫色效果和COD、SS去除率。因此，試驗選擇的ZY-1的投加濃度為300mg/l，確保不因ZY-1的濃度不足而影響試驗結果。試驗結果表明：（1）ZY-1對活性染料具有非常理想的脫色率，經其處理后的污水清澈透明，幾乎沒有色度，且污泥體積少、沉降快；（2）pH值對ZY-1的脫色性能具有非常明顯的影響，當pH>8以后均能夠取得較為理想的脫色率（>80%）；（3）ZY-1對于陽離子染料沒有脫色作用，可能由于ZY-1的主要成分為Mg、Fe、Al、Ca等金屬鹽，其作用機理是通過與染料反應、形成難容氫氧化物或壓縮雙電層實現膠體的脫穩而凝聚、去除，陽離子染料因其帶正電性而難以與其反應。

3.2 ZY-1投加濃度對脫色效果的影響

選擇pH值為9.0時，通過改變ZY-1的投加量試驗了ZY-1投加量對其脫色效果的影響。試驗結果表明：對于試驗濃度的各種活性染料污水，ZY-1的投加濃度小于200mg/l時，脫色率隨ZY-1的投加濃度的增大而增大；ZY-1的投加濃度為200mg/l時，能夠取得較高的脫色率，（>70%）；ZY-1的投加濃度為250mg/l時，實現最佳脫色效果，且不再隨ZY-1的投加濃度增加而增大。因此，ZY-1的最佳投加濃度為200－300mg/l。

3.3 ZY-1處理工業印染污水

以廣州某印染廠調節池污水為研究對象，分別試驗了pH值、ZY-1投加濃度等各影響因子對ZY-1用于實際印染污水處理的影響。同時，對比了PAC、PFS、FeSO4等常規采用的混凝劑的脫色性能。

3.3.1 pH值的影響

在ZY-1為300mg/l的條件下，采用鹽酸和石灰水調節污水的pH值，研究pH對ZY-1用于實際印染污水脫色率關系。試驗結果與單一染料污水的試驗結果一致，pH值>8以后均能夠取得理想的脫色效果，pH值為10時實現最佳的脫色率。因此，ZY-1具有較寬的脫色pH范圍，只要在堿性條件下就能夠取得理想的脫色效果。

3.3.2 ZY-1投加量的影響

維持污水的pH為10，通過改變ZY-1的投加濃度，研究ZY-1投加濃度對其脫色效果的影響。試驗結果表明，對于實際的污水處理，ZY-1的投加濃度大于225mg/l時，能夠取得90%以上的脫色率；當投加濃度達到300mg/l時，脫色率達98%，出水沒有色度。

3.3.3 不同絮凝劑脫色性能對比

選擇FeSO4、聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）3種最常用于印染污水處理的無機絮凝劑與ZY-1進行了脫色率和COD去除率的對比。ZY-1的濃度按上述實驗結果的最佳投加濃度，即300mg/l，FeSO4、PAC和PFS的投加濃度在初步的濃度實驗和常規使用濃度基礎上，選擇如下：FeSO4=1000mg/l、PAC=400mg/l和PFS=400mg/l。試驗結果表明：以ZY-1為絮凝劑用于活性染料的處理相對于常規采用的FeSO4、PAC、PFS而言具有明顯的優勢。ZY-1的最大脫色率可以達到98%，而PAC和PFS的最大脫色率僅為64%和72%，FeSO4雖然能夠實現85%以上的脫色率，但出水種含有一定濃度的Fe2+，容易返色，表現除黃褐色。

另外，選擇有代表性的不同印染工業污水，采用幾種典型的混凝劑進行處理效果的對比，總結出如表1所示的性能對比表。從表中可能看出采用ZY-1用于以活性染料為主的印染工業污水處理具有明顯的優勢。

表1 不同絮凝劑的性能對比表

2.4 ZY-1脫色機理探討

從以上試驗結果可以看出，ZY-1用于印染污水處理較常規采用混凝劑具有脫色效率高、用量少、污泥量少、出水水質穩定、pH值適用范圍廣等優點。分析其原因，主要因為常規的無機混凝劑主要采用單一的金屬鹽成份，其作用機理單一，對pH存在相對較嚴格的要求；而ZY-1是將多種無機鹽復配在一起，形成復合物，不僅能夠發揮眾多組分的不同凈化和混凝機理，且能夠適應較廣的pH變化。ZY-1中的主要成分是聚合的Mg、Al、Fe、Ca等，針對于溶解性染料而言，尤其實陰離子型染料，其中的Mg和Ca與染料上的磺酸基發生反應，以金屬離子為核心形成螯合物，改變染料的溶解性，形成不溶物，而Fe和Al通過水合與壓縮雙電層作用，形成絮體，將不溶的螯合物凝聚在一起，通過沉淀作用從污水中分離。因各種組分相互配合，形成較單一組分更好的脫色效果，

2.5 污水處理后回用的可行性分析

印染行業因生產產生大量的污水，隨著水資源的匱乏和自來水費用的不斷上升，污水經處理后回用對于印染企業而言是勢在必行的事情。印染污水中的主要污染物質是染料和化學漿料，只要能夠將這些成份，尤其是染料成份有效去除，然后在回用于對給水水質要求相對較低的工藝段是可行的。主要原因如下：

（1）印染工業的用水，真正對水質要求較高的是染色工藝，但其用水量不足17%。絕大部分工藝對水質要求都是很低的。

（2）印染污水中的漿料不會對漂洗、煮煉等工藝構成影響，只要能夠有效去除污水中的SS、色度，使水質變得清澈透明即可。

（3）污水處理過程中不引入影響回用水質的藥劑。ZY-1主要以Al、Mg為主，且在堿性條件下的溶度積都非常低，處理過程中不會引入影響回用的污染物質，且脫色率高。

采用ZY-I凈水劑處理印染污水，藥劑費用與采用常規絮凝劑基本相同，若處理后的水可用作回用水源，每噸水含排污費實際可節約1.5-2.0元。具有可觀的經濟效益和良好的社會、環境效益。

4 結論

（1）ZY-1是一種含有鋁、鎂、鐵、鈣等多種金屬離子的新型復合混凝劑。pH值大于8的范圍內，ZY-1具有良好的脫色性能。

（2）ZY-1自身的協同混凝作用，使其對實驗選用的各種活性染料水樣具有優良的脫色效果。能夠有效處理溶解性陰離子小分子染料，但對于陽離子染料的脫色效果很低。

（3）用于活性染料污水處理時，ZY-1的最佳投加量為300－500mg/l。

（4）對于印染工業污水的處理，ZY-1的絮凝效果、脫色率、沉降性能及對污染因子的去除率均優于其它三種絮凝劑。

（5）ZY-1用于印染工業污水處理，能夠實現80%的COD去除率和97%以上的脫色率，出水清澈、透明、無色，經簡單處理后有望用作回用水源。