傅明連，薛麗貞，鄭君龍

(莆田學院 環(huán)境與生物工程學院，福建 莆田 351100)

印染廢水具有有機污染物含量高、水質(zhì)復雜、廢水量大、COD 含量高和難降解等特點［1］，其中主要以殘存染料的污染最為嚴重，即使在低濃度下，殘存染料也會造成水體透光率降低，破壞生態(tài)環(huán)境。因此，如何使染料廢水脫色是廢水處理的一個關鍵問題。印染廢水的處理方法主要有生物法、吸附法、氧化法、混凝法等，其中混凝法是處理印染廢水的常用方法之一［2］。

殼聚糖(CTS)作為一種天然有機高分子絮凝劑，具有原料來源廣泛、無毒、用量少、處理效果好等優(yōu)點。殼聚糖分子中含有活性基團氨基，在酸性條件下易被質(zhì)子化，使其分子鏈上帶有大量的正電荷，成為一種典型的陽離子絮凝劑，對廢水處理具有顯著效果。聚合硫酸鐵(PFS)一種無定型淡黃色粉狀固體，具有價廉、易得、絮凝速度快和無毒等特點。因PFS 具有較強的電中和能力，同殼聚糖分子中帶有孤對電子的氮、氧原子具有強的配位能力，可與金屬鐵離子形成分子內(nèi)或分子間橋式配合物［3-6］，進而更好地發(fā)揮兩種絮凝劑各自的優(yōu)勢。因此將兩者復合對絮凝能力的提高具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

殼聚糖(脫乙酰度≥90%)、曙紅Y 均為化學純;聚合硫酸鐵、冰乙酸均為分析純。

722 型可見分光光度計。

1.2 實驗方法

用1%乙酸溶液溶解殼聚糖，配成2 g/L 殼聚糖溶液。

取100 mL 2 g/L 的聚合硫酸鐵溶液于燒杯中，水浴加熱至70 ℃后，按質(zhì)量比CTS/PFS=1∶8，緩慢滴加殼聚糖溶液，攪拌一定時間，自然冷卻至室溫，得到淡黃色的CTS/PFS 共聚膠體，室溫下熟化24 h，即得CTS/PFS 復合絮凝劑。

將CTS/PFS 復合絮凝劑投入到曙紅溶液中，調(diào)節(jié)pH 值至1，攪拌10 min，靜置30 min，取上清液。在波長λ=513 nm，測吸光度，計算脫色率M［7］。

式中 A——曙紅溶液處理前的吸光度;

A0——曙紅溶液處理后的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 曙紅溶液的標準曲線

曙紅溶液的標準曲線見圖1。

圖1 曙紅溶液的標準曲線圖Fig.1 The standard curve of eosin solution

由圖1 可知，曙紅溶液的濃度與吸光度的函數(shù)關系為y =0.115 3x－0.007 8，曲線的線性相關系數(shù)R=0.999 4，相關程度較高。

2.2 不同質(zhì)量比的脫色效果

不同CTS/PFS 質(zhì)量比的脫色率見圖2。

圖2 不同CTS/PFS 質(zhì)量比的脫色率Fig.2 The decolourization ratio of different CTS/PFS mass ratio

由圖2 可知，隨著CTS/PFS 質(zhì)量比的減小，復合絮凝劑對曙紅溶液的脫色率逐漸增大，在CTS/PFS 質(zhì)量比為1∶10 時，脫色率達到最大值90.90%。質(zhì)量比在1∶10 ～1∶12 時，脫色率下降，這可能是由于CTS 含量過低，吸附在微粒表面的殼聚糖長鏈不能通過“架橋”作用將兩個或更多的微粒連在一起，而CTS 含量過高時，架橋過程中會因分子鏈段間的相互重疊而產(chǎn)生一定的排斥作用，從而使架橋作用削弱［8］，另外，考慮到殼聚糖價格較昂貴，含量過高會提高復合絮凝劑的成本，故選擇質(zhì)量比為1∶10。

2.3 不同反應溫度的脫色效果

不同反應溫度的脫色率見圖3。

圖3 不同反應溫度的脫色率Fig.3 The decolourization ratio of different reaction temperature

由圖3 可知，隨反應溫度升高，脫色率增大，70 ℃時達最大，＞70 ℃時脫色率明顯下降，說明反應溫度過高，加快了分子的熱運動，導致溶膠粒子發(fā)生聚沉作用，影響膠體的穩(wěn)定性。反應溫度應控制在70 ℃為佳。

2.4 不同pH 的脫色效果

不同pH 的脫色率見圖4。

圖4 不同pH 的脫色率Fig.4 The decolourization ratio of different pH

由圖4 可知，pH 增大，脫色率呈上升趨勢，pH在1.5 時達最大;＞1.5 時，脫色率不斷下降，這可能是由于殼聚糖溶于弱酸下，pH 過高，不利于其發(fā)揮絮凝作用。pH 在1 ～2，可以在較短的時間內(nèi)形成均一的溶膠體系，且狀態(tài)穩(wěn)定。

2.5 不同絮凝時間的脫色效果

不同絮凝時間的脫色率見圖5。

由圖5 可知，隨絮凝時間增加，脫色率上升，1.00 h時脫色率達到最大94.60%，絮凝時間繼續(xù)增加，脫色率有減小趨勢。故絮凝反應時間為1.00 h。

圖5 不同絮凝時間的脫色率Fig.5 The decolourization ratio of different flocculation time

2.6 正交實驗結(jié)果

由單因素實驗結(jié)果可知，CTS/PFS 質(zhì)量比、絮凝時間、pH 值、反應溫度對曙紅染料廢水的脫色效果均有較明顯的影響。因此，選取此4 個因素，以曙紅染料的脫色率為指標，進行L9(34)的正交實驗，因素水平見表1，結(jié)果見表2。

表1 因素及水平Table 1 Factors and levels

表2 正交實驗結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental result

由表2 可知，pH 對脫色效果的影響最為顯著，4種因素對脫色率的影響程度為:pH 值＞CTS/PFS質(zhì)量比＞絮凝時間＞反應溫度，最佳工藝條件為A1B3C1D3，即:CTS/PFS 質(zhì)量比為1∶8，絮凝時間為1.50 h，pH 值為1.0，反應溫度為70 ℃，由于此最優(yōu)方案未在正交實驗中體現(xiàn)，故追加一組驗證實驗，結(jié)果脫色率為97.20%。

2.7 等溫吸附平衡曲線

分 別 配 制 濃 度 為2. 5，5. 0，7. 5，10. 0，12.5 mg/L的曙紅溶液，測其吸光度。再分別量取50 mL 待測液于燒杯中，向曙紅溶液中投加一定質(zhì)量比的復合絮凝劑5 mL，調(diào)節(jié)pH 值至1.00，攪拌10 min，靜置30 min，取上層清液測吸光度。得不同濃度下的平衡濃度Ce與平衡吸附量Qe的關系式(式2)。以ln Qe對ln Ce作圖，得到Freundlich 吸附等溫線;以1/Qe對1/Ce作圖，得到Langmuir 吸附等溫線。

式中 C0——初始質(zhì)量濃度，mg/L;

m——復合絮凝劑投加量，g;

Qe——平衡吸附量，mg/g;

Ce——平衡吸附濃度，mg/L;

Qm——最大平衡吸附量，mg/g;

KL——Langmuir 吸附平衡常數(shù);

KF和1/n——Freundlich 的經(jīng)驗常數(shù)。

分別用Freundlich(式3)和Langmuir(式4)等溫吸附方程對最佳絮凝條件下測得的數(shù)據(jù)進行擬合，結(jié)果見表3。

表3 Freundlich 常數(shù)與Langmuir 常數(shù)表Table 3 Constant table of Freundlich and Langmuir

由表3 可知，本實驗中曙紅溶液的等溫吸附曲線較符合Langmuir 等溫吸附曲線。

2.8 對比實驗結(jié)果

在曙紅溶液中分別投加一定量的CTS、PFS、CTS/PFS 復合絮凝劑，在最佳條件下測定吸光度并比較單一絮凝劑與復合絮凝劑的脫色效果，結(jié)果見表4。

由表4 可知，CTS 和PFS 均對曙紅溶液有絮凝脫色效果，但較復合絮凝劑差。由于復合絮凝劑結(jié)合了殼聚糖和聚合硫酸鐵的各自特點，提高了染料脫色率，因此復合絮凝劑的脫色效果明顯優(yōu)于單一絮凝劑。

表4 單一與復合絮凝劑脫色效果比較Table 4 Comparison of decolorization effect of single and composite flocculant

CTS/PFS 復合絮凝劑對不同濃度曙紅溶液的脫色效果見表5。

表5 復合絮凝劑對曙紅溶液的脫色效果Table 5 The decolorization effect of composite flocculant on eosin solution

由表5 可知，復合絮凝劑對不同濃度曙紅溶液的脫色率均高于95.00%，說明CTS/PFS 復合絮凝劑對曙紅溶液具有良好的脫色效果。

3 結(jié)論

(1)在CTS/PFS 質(zhì)量比1∶8，絮凝時間1.50 h，pH 值1.0，反應溫度70 ℃時，脫色率可達97.20%，其中pH 值對脫色率的影響最大。

(2)曙紅溶液的吸附等溫曲線較符合Langmuir等溫吸附曲線。

(3)對比實驗顯示，CTS/PFS 綜合了CTS 和PFS 的性能優(yōu)勢，具有更強的脫色效果。

［1］ 王俊峰，趙英武，毛燕芳.我國印染廢水處理概況及研究進展［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012(4):30-33.

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