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        粉煤灰強(qiáng)化混凝法處理單一染料廢水的實驗研究

        2016-12-31 00:00:00孫威
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年27期

        摘 要:混凝-氧化復(fù)合處理印染廢水,以適宜的混凝劑、氧化劑和粉煤灰助凝劑對模擬印染廢水進(jìn)行處理。采用正交實驗,分析研究pH值、混凝劑投加量、助凝劑投加量對混凝處理效果的影響,得出最佳混凝條件;采用單因素實驗研究pH值、氧化劑投加量對氧化處理效果的影響,并確定最佳氧化實驗條件。

        關(guān)鍵詞:強(qiáng)化混凝;粉煤灰;染料廢水

        1 概述

        印染廢水是工業(yè)廢水排放大戶,是對環(huán)境污染嚴(yán)重的工業(yè)污染源之一。如何選擇一個技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方法將印染、染料廢水進(jìn)行脫色,一直是廢水處理上的一個重要課題[1]。近年來國內(nèi)外對含染料廢水的脫色方法進(jìn)行了大量研究,但由于含染料廢水類別復(fù)雜,使治理技術(shù)很難實現(xiàn)工業(yè)化,所以如何脫色成為含染料廢水處理的一個難題。

        吸附法是利用多孔性的固體物質(zhì),使廢水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。染料廢水處理中,吸附法主要應(yīng)用于預(yù)處理和深度處理。吸附法主要有活性炭吸附、粉煤灰吸附等。吸附劑種類繁多,工程中需要考慮吸附劑對染料的選擇性,并根據(jù)廢水水質(zhì)來選擇吸附劑。

        活性炭吸附面積大,有很強(qiáng)的吸附能力和選擇性,但是易流失,需不斷補充,運行費用大,常用作廢水的深度處理。粉煤灰由于來源廣泛,價格低廉,因而在印染廢水方面有較大的潛力。其主要的吸附性物質(zhì)為Al2O3,CaO,MgO和C。

        考慮到優(yōu)化混凝脫色工藝不會過多地增加其運行投資成本,因此采用以廢治廢,即采用適宜的廢棄物作為助凝助沉劑與化學(xué)混凝劑聯(lián)用處理印染廢水,提高廢水處理效果,被認(rèn)為是實現(xiàn)優(yōu)化工藝的有效途徑[2]。

        在眾多可作為助凝劑使用的廢棄物中,粉煤灰具有優(yōu)越的助凝性能。

        粉煤灰在絮凝過程中有協(xié)同效應(yīng)。作為助凝劑,粉煤灰為絮凝提供了凝聚晶核,為絮體的迅速長大創(chuàng)造了條件。又因為粉煤灰本身密度大,當(dāng)粉煤灰顆粒卷入礬花后,能增加絮體的比重,加速礬花的沉降速度。利用粉煤灰處理廢水不但能夠解決粉煤灰環(huán)境污染的問題,而且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。這不僅可以為粉煤灰的利用提供一種新的方向,還可為廢水的處理提供廉價的原料。

        2 實驗部分

        2.1 實驗材料

        (1)粉煤灰改性

        將粉煤灰和0.5mol/L的H2O2按固液質(zhì)量比為1∶10的比例混合,常溫條件下攪拌反應(yīng)一定時間,然后進(jìn)行抽濾,將所得固體洗凈后烘干,備用。

        (2)配制模擬染料廢水

        分別稱取固體染料直接深藍(lán)、酸性橙、堿性桃紅0.0500g,定容至500ml,配成100mg/L的廢水,測出原廢水pH值分別為8.06,7.85,7.81。

        (3)實驗過程

        在500ml的燒杯中加入500ml印染廢水,定位在加熱攪拌機(jī)上,邊攪拌邊加入混凝劑PFS,調(diào)節(jié)pH值,混凝一段時間后,加入PAM,快速攪拌1min,加入助凝劑粉煤灰,快速攪拌2min,再慢速攪拌10min,靜置20min后取其上清液,測定吸光度。

        2.2 實驗方法

        文章先用正交實驗分別對三種單色染料廢水進(jìn)行混凝處理,作正交分析后得出三種單色染料的最佳混凝條件?;炷饕绊懸蛩貫椋簆H值(A)、PFS投加量(B)、PAM投加量(C)、粉煤灰投加量(D),采用L9(43)正交表加以研究,其中各因素水平取值鑒于文獻(xiàn)資料中經(jīng)驗值而定[3-5]。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 直接深藍(lán)染料廢水實驗結(jié)果

        以脫色率為指標(biāo),表5知,方差分析結(jié)果表明四個因素的影響均不顯著。由表4知,表中極差值表示該因素對實驗結(jié)果的影響大小,極差越大,該因素對反應(yīng)的影響越大[6]。從表4中可以看出pH值是主要因素。從不同水平的脫色率均值來看,A采用水平1較好;B采用水平2較好;C采用水平1較好;D采用水平1較好。又因B水平1、2在誤差范圍內(nèi),由此我們可判斷正交表中混凝的最佳組合是A1B1C1D1,即直接深藍(lán)混凝最佳混凝條件是:pH值6,PFS量500mg/L,PAM量4mg/L,粉煤灰量0.5g/L。在此條件下,做三次重復(fù)實驗,得平均脫色率為97.2%。

        3.2 酸性橙廢水實驗結(jié)果

        結(jié)果表明,A為極顯著,B、D都為顯著,由于沒有交互作用,故為加性模型,即A、B、D的好水平組合表現(xiàn)一定好。影響脫色率的最主要因素為:pH值;從平均值上看,A以水平1最好,B以水平1最好,C以水平2最好,D以水平3最好。又因為C水平1、2相差很小,可忽略,由此可判斷正交表中混凝的最佳組合是A1B1C1D3,即酸性橙廢水混凝最佳條件為:pH值5,PFS量500mg/L,PAM量4mg/L,粉煤灰量3g/L。以此最佳條件做三次重復(fù)實驗,所得平均脫色率是92.5%。

        3.3 堿性桃紅廢水實驗結(jié)果

        對脫色率的最主要影響因素為:PFS用量。從平均值上看,A以水平3最好,B以水平2最好,C以水平3最好,D以水平2最好,由此可判斷正交表中混凝的最佳組合是A3B2C3D2,即堿性桃紅廢水混凝最佳條件為:pH值8,PFS投加量1000mg/L,PAM投加量12mg/L,粉煤灰投加量2g/L。以此最佳條件做三次重復(fù)實驗,所得平均脫色率是79.9%。

        3.4 pH值對脫色率的影響

        脫色率隨著pH值的增加而增加,因此對pH值繼續(xù)研究。在PFS投加量1000mg/L,PAM投加量8mg/L,粉煤灰投加量2g/L條件下,調(diào)節(jié)pH值為8,做三次重復(fù)實驗,得平均脫色率為79.8%,而由上述可知,pH值為7(其它條件相同)時的平均脫色率為83.9%。

        這說明:pH值太小,聚鐵的高價多核絡(luò)離子會轉(zhuǎn)變成鐵離子而失去凝集作用;pH值太高,水解形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成低電荷氫氧化物凝膠,絮凝作用降低。當(dāng)混凝pH值控制在最佳范圍內(nèi)時,所投加的藥劑均能使其水解成多核羥基配合物達(dá)到最佳組合,充分發(fā)揮其混凝作用。因此,最佳混凝pH值取7。

        3.5 PFS投加量對脫色率的影響

        當(dāng)PFS投加量在1000mg/L時,色度去除率最佳。分析其原因如下:若投藥量不足,水中雜質(zhì)得不到充分的逆反電荷脫穩(wěn),不能凝聚成大顆粒而被絮凝;投加量太大,雖然增加了多核聚合羥基離子的數(shù)量,但架橋作用所必須的粒子表面吸附活性點少了,架橋變得困難,同時,投加量過大,膠體表面會帶上相反的電荷,使剛脫穩(wěn)的膠體又重新獲得穩(wěn)定。

        3.6 PAM投加量對脫色率的影響

        隨著PAM投加量增加,脫色率呈上升趨勢,當(dāng)PAM投加量為8mg/L時就起到足夠好的架橋作用,使礬花結(jié)大而快速沉降;當(dāng)投加量過大,PAM能產(chǎn)生膠體保護(hù)作用而使膠體剛脫穩(wěn)而又轉(zhuǎn)向再懸浮,導(dǎo)致色度去除率下降。

        3.7 粉煤灰投加量對脫色率的影響

        粉煤灰的投加量過少不但未能起到應(yīng)有的作用,反而可能由于其帶入的粉體造成水體略顯混濁;過量又會導(dǎo)致水體混濁更加明顯,當(dāng)粉煤灰投加量適當(dāng)時,粉煤灰與混凝劑的協(xié)同作用會達(dá)到一個最大值,但由圖4可見粉煤灰投加量增加對脫色率影響不大,因此,粉煤灰的最佳投加量為2g/L。

        綜上所述,混凝最佳條件為:pH值7,PFS投加量1000mg/L,PAM投加量8mg/L,粉煤灰量2g/L。以此最佳條件做三次重復(fù)實驗,所得平均脫色率是83.9%。

        4 結(jié)束語

        所選三種染料廢水混凝的適宜pH值范圍為5~8,PFS投加量為500mg/L~1000mg/L,最佳混凝條件中,直接深藍(lán)廢水粉煤灰投加量最少,為0.5g/L,酸性橙廢水粉煤灰投加量最多,為3g/L;堿性桃紅廢水PAM投加量最多,為12mg/L,直接深藍(lán)廢水和酸性橙廢水PAM投加量最少,為4mg/L。三種染料廢水中脫色效果最好的為直接深藍(lán)廢水,其次是酸性橙廢水,最后是堿性桃紅廢水。

        參考文獻(xiàn)

        [1]杜愛國.印染廢水的脫色處理[J].印染,1997,23(5):34-38.

        [2]閆慶松.厭氧+好氧+煤渣吸附處理偶氮染料廢水的研究[J].工業(yè)水處理,2000(5):22-26.

        [3]湯鴻霄.無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的研究趨向[J].中國給水排水,1999,15(12):1-4.

        [4]賀啟環(huán),張勇,方華.處理印染廢水的復(fù)合混凝劑的研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理2002,22(4):1-4.

        [5]李方文,魏先勛,馬淞江,等.粉煤灰改性吸附材料的研究[J].重慶環(huán)境科學(xué),2003(6):4-8.

        [6]袁志發(fā),周靜芋.實驗設(shè)計與分析[M].北京:高等教育出版社,2000.

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