印染行业废水处理一直是化工行业废水处理的热点问题〔1-2〕｡在众多的染料废水脱色处理方法中,絮凝法因其投资费用低､设备占地少､处理量大､脱色率高而得到广泛应用｡常用的絮凝剂有硫酸亚铁､三氯化铁､硫酸铝､聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PES)等｡铝盐､铁盐絮凝剂对憎水性染料脱色效果较好,但对酸性､活性染料等含有偶氮键及多个磺酸基团水溶性染料脱色效果较差〔3-6〕｡张显球等〔7〕对采用镁铁复合絮凝剂处理印染废水进行了研究, 结果表明其COD 去除率不高｡笔者针对某企业的活性染料废水采用石灰-硫酸镁复合絮凝剂进行处理,系统考察了溶液pH､絮凝剂用量等对染料废水的脱色率及COD 去除率的影响｡
1 实验部分
1.1 废水水质
含盐染料废水: 取自工厂膜分离车间,pH=6.8,色度2 000 倍,COD 为896 mg/L,NaCl､Na2SO4质量浓度分别为0.9､3.4 g/L, 活性黑染料质量浓度100mg/L｡
1.2 试剂与仪器
试剂:七水合硫酸镁,郑州化学试剂二厂,分析纯;氧化钙､氢氧化钠,北京化工厂,分析纯｡
仪器:电子天平,AB204-N,梅特勒-托利仪器有限公司;pH 酸度计,pH211 型, 意大利哈纳公司;UV2540 紫外-可见分光光度计,日本岛津公司｡
1.3 实验方法
取染料废水100 mL, 加入NaOH 调pH 至碱性, 在磁力搅拌下加入一定量的CaO 粉末待其完全溶解分散均匀后加入一定量的MgSO4·7H2O,搅拌一定时间后静置待溶液分层后取上层清液,在紫外分光光度计上测定其在600 nm 下的吸光度,考虑到介质的pH 可能对染料分子的结构有影响,在测吸光度前把处理后的染料液调至处理前的pH,根据吸光度的变化计算脱色率;以重铬酸钾法测定溶液COD, 并根据COD 的变化计算COD 去除率｡
2 结果与讨论
2.1 CaO 投加量对废水处理效果的影响
调节废水pH=13, 单独使用CaO 为絮凝沉淀剂,CaO 投加量对脱色率和COD 去除率的影响如图1 所示｡
由图1 可知,随着CaO 投加量的增大,染料的脱色率增大｡这是因为CaO 加入溶液中形成Ca(OH)2,Ca(OH)2沉淀过程中吸附染料分子一起形成絮凝体, 经过一定时间的沉降使溶液中染料含量降低｡但当CaO 投加量增大到一定程度后,继续增大投加量,Ca(OH)2对染料的吸附作用变化不再明显｡根据本实验结果,将CaO 投加质量浓度控制在2.0 g/L 即可｡总体而言,使用CaO 作为絮凝沉淀剂的效果并不理想｡
2.2 MgSO4·7H2O 投加量对废水处理效果的影响
调节废水pH=13, 单独使用MgSO4·7H2O 为絮凝沉淀剂,MgSO4·7H2O 投加量对脱色率和COD 去除率的影响见图2｡
由图2 可知, 开始时对染料废水的脱色率随MgSO4·7H2O 投加量的增大而迅速提高, 当MgSO4·7H2O 投加质量浓度达到1.2 g/L 时, 脱色率达到93%,COD 去除率达到84%｡此后继续增大MgSO4·7H2O 投加量,脱色率及COD 去除率增加不大,但此时沉淀颗粒较小,沉降速度较慢;同时由于投加量增大会导致处理成本及沉淀量增加, 综合考虑硫酸镁的投加质量浓度选择1.2 g/L｡比较图1 和图2 可知,钙盐､镁盐作为絮凝沉淀剂的变化规律一致,但镁盐作为絮凝沉淀剂的效果要优于钙盐的效果, 其原因在于Mg(OH)2沉淀过程中吸附染料分子形成絮凝体的能力要强于Ca(OH)2｡
2.3 CaO 与MgSO4·7H2O的协同效应
调节废水pH=13, 固定MgSO4·7H2O 投加质量浓度为1.2 g/L, 改变CaO 投加量, 考察CaO 与MgSO4·7H2O 共同作用的结果,见图3｡
由图3可知, 当MgSO4·7H2O 投加质量浓度为1.2 g/L 时,随着CaO 投加量减小,染料的脱色率及COD 去除率均呈先增后减的变化趋势｡在CaO 为0.6 g/L, 即m(MgSO4·7H2O)∶m(CaO)=2∶1 时废水处理效果最好, 此时废水的脱色率达99%,COD 去除率达95%以上; 并且絮凝吸附后沉降时间由2 h 降至20 min, 沉降速度明显加快｡可以认为,CaO 与MgSO4·7H2O 的协同效应优于单一种物质的作用｡
2.4 pH 对絮凝效果的影响
实验进一步考察了使用CaO-MgSO4·7H2O 复合絮凝剂处理该染料废水时pH 的变化对处理效果的影响,结果见图4｡
由图4 可知, 采用CaO 与MgSO4·7H2O 作为絮凝沉淀剂,随着染料废水pH 增大,该复合絮凝剂对染料废水的脱色率和COD 去除率逐渐增大｡但在pH<11 的情况下,处理效果很差,只有在pH>12 时处理效果才较好｡当pH=13 时,投加MgSO4·7H2O 1.2g/L､CaO 0.6 g/L,絮凝沉降20~30 min 后,染料废水的脱色率可以达到99%,COD 去除率可以达到95%｡
2.5 重复实验结果
在pH=13,加入CaO 0.6 g/L､MgSO4·7H2O 1.2 g/L的条件下,进行了多次重复实验,结果都较好,废水的脱色率均在99%以上,COD 可以降至25 mg/L 以下,经废酸中和调整溶液pH 到中性,可以达到国家《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一类水质对染料工业废水色度和COD 的要求｡具体参见污水技术资料更多相关技术文档。
3 结论
对于活性黑废水,采用CaO-MgSO4·7H2O 复合絮凝剂的效果优于两种物质单独使用; 废水pH 的控制非常重要, 在pH<11 的情况下,COD 和色度的脱除效果均很差｡优化的工艺条件为:在pH=13 的条件下, 投加MgSO4·7H2O 1.2 g/L､CaO 0.6 g/L 即m(MgSO4·7H2O)∶m(CaO)=2∶1 为佳｡此时,废水脱色率达到99%,COD 去除率达到95%,COD 降至25mg/L 以下,达到国家《污水综合排放标准》一类水质要求｡而且CaO､MgSO4·7H2O 原料均廉价易得,使得废水处理成本大大降低, 在工业废水处理中有广阔的应用前景｡