聚氯化鋁、聚丙烯酰胺復合絮凝劑處理染料廢水

印染廢水是指棉、麻、化學纖維等紡織品加工行業(yè)排放的廢水，具有排放量大、成分復雜、色度高等特點，是工業(yè)廢水中較難處理的-種廢水。印染廢水不經(jīng)處理而直接排放，會對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來極大危害，同時也造成了水資源的浪費。因此，我國制定了極為嚴格的印染廢水排放標準，促使人們?nèi)找嬷匾晫τ∪緩U水處理技術(shù)的開發(fā)。目前，處理印染廢水的方法主要有化學法、生化法、物化法等。作為-種傳統(tǒng)的水處理技術(shù)，混凝沉淀法具有廉價、處理效果優(yōu)良等優(yōu)點而依然成為水處理技術(shù)中優(yōu)先考慮的方法。利用絮凝沉淀法處理印染廢水需要優(yōu)質(zhì)、高效、廉價的絮凝劑。為此，學者們對絮凝劑的開發(fā)投人了大量的精力。-般可將絮凝劑劃分為無機、有機、生物絮凝劑3類。其中，無機絮凝劑，特別是聚合氯化鋁由于廉價、高效、較強的電綜合能力、適用范圍廣等特性，成為水處理中大量使用的絮凝劑。相比無機絮凝劑，有機高分子絮凝劑-般都含有豐富的羥基、羧基、氨基等親水基團，具有優(yōu)良的吸附架橋能力。對于成分復雜的印染廢水，單-使用無機或者有機絮凝劑，效果均較差。因此，將兩者復合使用，就能起到協(xié)同處理作用，克服單-絮凝劑的許多不足，獲得較為優(yōu)良的處理效果。

Fe3O4納米材料具有巨大的比表面積和小尺寸效應(yīng)，在生物醫(yī)藥、模擬酶催化、環(huán)境治理等方面得到了廣泛應(yīng)用.考慮到納米Fe3O4對污染物具備較為優(yōu)異的吸附性能，將Fe3O4添加到絮凝劑中能發(fā)揮復合物的吸附-絮凝協(xié)同效應(yīng)，促進對污染物的去除。因此，學者們嘗試將納米Fe3O4作為助凝劑添加至絮凝劑中來改善原絮凝劑的性能，提升絮凝效果。付雯等以聚合氯化鋁(PAC)作為絮凝劑，納米Fe3O4作為助凝劑來去除水體中的銅綠微囊藻，結(jié)果表明，添加助凝劑后效果明顯優(yōu)于PAC單獨使用時的效果，并且能夠顯著降低絮凝劑PAC的用量，縮短沉降時間。

本研究以聚氯化鋁為無機絮凝劑，聚丙烯酰胺為有機絮凝劑，納米Fe3O4為助凝劑處理硫化黑模擬染料廢水，研究了各組分配比、投加量、染料濃度、溶液pH值等因素對該復合絮凝劑處理染料廢水的性能，以確定兩者協(xié)同作用時處理染料廢水的最佳實驗條件，為該染料廢水的治理提供一定的參考。

1、實驗部分

1.1 儀器和試劑

PHS-3C精密pH計；KO-200KDB型高功率數(shù)控超聲清洗器；DF-2集熱式磁力攪拌加熱器；SP-752型紫外-可見分光光度計。

聚氯化鋁、聚丙烯酰胺、硫化黑染料、硫酸鐵、硫酸亞鐵、重鉻酸鉀、鹽酸、氫氧化鈉均為分析純。

1.2 實驗方法

1.2.1 納米Fe3O4的制備

納米Fe3O4的制備采用共沉淀法，具體操作參考文獻。

1.2.2 復合絮凝劑的制備

根據(jù)實驗要求，取一定質(zhì)量的聚丙烯酰胺于250mL錐形瓶中，加入150mL的蒸餾水，于75℃的恒溫條件下攪拌，待其溶解后再依次加人實驗要求的一定質(zhì)量的Fe3O4粉體和聚氯化鋁，攪拌，超聲處理30min后過濾，30℃下熟化24h即得目標復合絮凝劑。

1.2.3 絮凝性能實驗

制得的復合絮凝劑的絮凝性能以硫化黑廢水的COD、濁度和色度的去除率為指標來評價。根據(jù)實驗要求，將300mL100mL的硫化黑模擬廢水加人到燒杯中，再加入一定質(zhì)量的復合絮凝劑，以100r／min的速率攪拌10min，沉降10min后取上清液測定溶液的COD(采用GB11914-89方法測定)、濁度(采用GB13200-91方法測定)和色度(采用GB11903-89方法測定)，分別考察了各組分配比、投加量、溶液pH值等因素對該復合絮凝劑去除染料廢水的性能的影響。

2、結(jié)果與討論

2.1 不同絮凝劑對染料廢水絮凝效果的影響

分別使各絮凝劑投加量為20mg／L，調(diào)節(jié)硫化黑染料廢水的pH值為8.0，考察不同絮凝劑對硫化黑染料的處理效果，結(jié)果見圖1。

由圖1可知在相同的實驗條件下凝劑的組成對染料廢水的處理效果存在較大差異。其中，由Fe3O4、聚氯化鋁和聚丙烯酰胺三者復配成的劑處理效果最佳，COD、色度、濁度的去除率分別達到85.55%，97.67%，95.59%單獨使用聚氯化鋁處理效果較差，對應(yīng)的3項指標的去除率分別只有55.01%，78.55%，74.21%。在絮凝過程中，染料廢水中帶負電荷的膠粒，與復合絮凝劑中的聚合氯化鋁的金屬陽離子發(fā)生電掃中和效應(yīng)，促使染料膠粒團聚。同時加人的納米Fe3O4.和聚丙烯既胺由于具備吸附和架橋能力，進-步增強絮凝劑對染料膠粒的吸附和卷掃，促使絮凝劑絮體團聚。并迅速擴大，提高沉降速度，增強對廢水的處理效果。而聚氯化鋁單獨使用時，只有電掃中和效應(yīng)，相比復合絮凝劑來說，效果較差

2.2 絮劑配比對凝效果的影響

使復合絮凝劑的投加量為20mg/L，硫化黑染料廢水的pH值為8.0，考察絮凝劑中各成分配比對硫化黑染料的處理效果，結(jié)果見圖2。

由圖2可知復合絮凝劑對染料的處理效果與絮凝劑的成分組成有較大的關(guān)系。在絮凝劑總質(zhì)量一定的條件下，當Fe3O4、聚氯化鋁和聚丙烯酷胺的質(zhì)量比為1:2:1時，對染料廢水的處理效果最佳。說明在制備絮凝劑的過程中，如果聚氯化鋁的添加量較大，此時絮凝劑電中和卷掃作用占據(jù)主要作用，再借助于Fe3O4和聚丙烯酰胺的吸附、架橋作用能進-步促進絮凝劑的處理效果。然而，繼續(xù)增加絮凝劑中聚氯化鋁的含量，染料廢水的處理效果有所下降，可能是由于Fe3O4和聚丙烯酰胺的含量減少，降低了絮凝劑對染料膠粒的吸附和卷掃作用，減弱了絮體的形成，造成廢水處理效果的下降。

2.3 絮凝劑投加量對絮凝效果的影響

使硫化黑染料廢水的pH值為8.0，改變絮凝劑的投加量，考察絮凝劑投加量對硫化黑染料的處理效果，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，當絮凝劑的投加量不超過20mL時，濁度、色度、COD的去除率都伴隨投加量的增加而上升；當絮凝劑的投加量超過20mg／L時，濁度、色度、COD的去除率伴隨投加量的增加而下降。對于一定體積的染料廢水來說，適當?shù)卦龃笮跄齽┑耐都恿坑欣谠黾訂挝惑w積中絮凝劑的分布密度，增強吸附架橋和網(wǎng)捕作用，促進對廢水的處理；然而，如果絮凝劑投加量過多，溶液中游離的正電荷金屬離子增多，造成廢水中膠粒顆粒表面帶有正電荷，膠粒之間發(fā)生靜電排斥，造成微粒不易凝聚，去除效果下降。

2.4 溶液pH值對絮凝效果的影響

使復合絮凝劑的投加量為20mg／L，調(diào)節(jié)硫化黑染料廢水的pH值分別為6.0，7.0，8.0，9.0，10.0，考察溶液pH值對硫化黑染料廢水的處理效果，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，溶液pH值對廢水處理效果影響較為顯著。在pH值為8.0時，絮凝效果最好。在酸性條件下，絮凝劑中的鋁離子以離子形式存在，未形成羥基鋁絡(luò)合物結(jié)構(gòu)，對染料膠粒的電中和和卷掃作用較弱；隨著pH值的逐漸增大，金屬離子與羥基絡(luò)合物產(chǎn)生多種中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物通過卷掃和壓縮雙電層使絮體凝結(jié)、變大；而當pH值過大時，溶液中過多的OH-離子，可造成鋁鹽水解，使絮凝劑中的羥基鋁結(jié)構(gòu)瓦解，造成絮凝效果下降。因此，較為適宜的pH值為8.0。

3、結(jié)論

利用聚氯化鋁、Fe3O4和聚丙烯酰胺制備了聚氯化鋁-Fe3O4-聚丙烯酰胺復合絮凝劑，該絮凝劑對硫化黑染料廢水具有較好的絮凝效果，在絮凝劑投加量為20mg／L、廢水pH值為8.0的條件下，該復合絮凝劑對硫化黑染料廢水的濁度、色度、COD的去除率分別為95.59％，97.67％，85.55％。該絮凝劑價格低廉，可大規(guī)模推廣使用。（來源：桂西區(qū)域環(huán)境生態(tài)分析與控制重點實驗室，廣西高校重點學科-材料物理與化學，百色學院化學與環(huán)境工程學院）