双氰胺脱色剂强化混凝处理印染废水

2017-03-15 08:52:31 8

  印染行业用水量大 、 回用率低 、 水资源浪费严重,深度处理印染废水并进行回用 ,不仅可节约大量新鲜水,还能直接减少废水排放量,对促进印染行业可持续发展有重要意义 〔1〕。 近年来混凝剂被广泛用于印染废水处理中 〔2〕。 双氰胺脱色剂是一种阳离子甲醛双氰胺树脂缩聚物,集脱色、 去除 CODCr 等功能于一体。 其脱色机理是高密度阳离子基团与废水中染料分子的磺酸基 、 羧酸基等阴离子基团相结合形成疏水性难溶盐并从水中分离出来 ,从而达到脱色目的 。 双氰胺脱色剂与 PAC 复配使用可以提高絮体沉降性能 ,弥补有机高分子混凝剂单独使用时絮体沉降性能欠佳的不足 ,强化混凝效果 。 笔者以山东某家纺企业的印染废水 二级处理出水为研究对象 ,以色度 、CODCr、UV254 去除率作为主要考察指标 ,将双氰胺脱色剂与聚合氯化铝(PAC)复配使用进行强化混凝试验。

  1 试验部分

  1.1 试验水质

  试 验 所 用 污 水 系 某 印 染 厂 生 化 处 理 尾 水 ,其 CODCr 为 200~300 mg/L,pH 为 8.0~8.5,色度为 1 800~ 2 000 度,UV254 为 4.2~4.3 cm-1。

  1.2 材料及仪器

  材料: PAC,Al2O3 质量分数为 8%~10%,武汉银河化工精细有限公司 ; 双氰胺脱色剂,无色或淡黄色透明黏稠液体,固含量 ≥ 50%,巩义市潍澜水电设备材料厂。

  仪器: UV1201 型紫外分光光度计 ,北京瑞利分析仪器公司 ; Sarter 3C pH 计,奥豪斯仪器有限公司 ; MY3000-6A 型混凝试验搅拌仪,武汉市梅宇仪器有限公司 。

  1.3 混凝实验

  混凝实验烧杯中加入 1 L 水样 ( 水温为 25 ℃ ),置于混凝试验搅拌仪中 ,投加不同剂量的 PAC 和双氰胺脱色 剂 ,在 200 r/min 转 速 下 快 速 搅 拌 30 s,再 以 45 r/min 慢速搅拌 10 min,静置沉降 15 min,从取样口小心取样,测定上清液的 CODCr、 色度及 UV254。

  1.4 分析方法

  CODCr 采用重铬酸钾法测定 ,UV254 采用紫外分光光度法测定 ,色度用铂钴标准比色法测定 。

  2 结果及分析

  2.1 复配混凝剂投加量的确定

  首先确定 PAC 的最佳投加量,结果见图 1 。

 图 1 PAC 最佳投加量的确定

  由图 1 可见 : CODCr 去除率随 PAC 投加量的增加而提高,当 PAC 投加量 >87.5 mg/L 后 ,CODCr 去除率下降。 原因是铝盐投加量超过一定限度时产生了 “ 胶 体 保 护 ” 作 用 ,使 脱 稳 胶 粒 被 包 卷 而 重 新 稳 定( 也称“再稳”现象 ) 〔3〕,导致 CODCr 去除率下降 。 而脱色率和 UV254 去除率则随 PAC 投加量的增加持续升高,这可能与废水中复杂的染料性质有关。 当PAC 投 加 量 为 87.5 mg/L 时 ,CODCr 去 除 率 出 现 峰 值(33.51% ),脱 色 率 、UV254 去 除 率 也 较 高 ( 分 别 为 31.95%、26.92%),所以 PAC 最佳投加量为 87.5 mg/L。

  在快速搅拌速度为 200 r/min,搅拌 30 s,慢速搅拌速度为 45 r/min,搅拌 10 min,同时投加 PAC 和双氰胺脱色剂 (PAC 投加量 87.5 mg/L) 的条件下 ,考察双氰胺脱色剂的最佳投加量,结果见图 2。

 图 2 PAC 双氰胺脱色剂最佳投加量的确定

  图 2 表明 : 脱色率 、CODCr 去除率和 UV254 去除率随双氰胺脱色剂投加量的增加而提高 ,当其投加量为 0.12 mL/L 时 ,混凝效果明显改善 ,其 CODCr 去除率 、 脱色率和 UV254 去除率相对于未添加双氰胺脱色剂时分别 提高了 20%、40%、10%; 当双氰胺脱色 剂 投 加 量 超 过 0.12 mL/L 后 ,CODCr 去 除 率 和 UV254 去除率下降,脱色率继续升高并趋于平缓。 双氰胺脱色剂用量越大,对印染废水的脱色率越高,这是由于双氰胺脱色剂作为有机聚合电解质在水中具有电中和 、 吸附、 卷扫作用 〔4, 5〕。 另外 ,活性染料分子含有的 —SO3-、—COO-也能与阳离子型的双氰胺脱色剂发生化学反应,形成大分子物质从而脱稳混凝分离出来 〔6〕。 综合考虑 CODCr 和 UV254 的去除效果 ,确定双氰胺脱色剂的最佳投加量为 0.12 mL/L。

  综上,PAC 与双氰胺脱色剂复配使用时的去除效果较单独投加 PAC 的效果好 ,最佳复合配比为 0.12 mL/L 双氰胺脱色剂+87.5 mg/L PAC。

  2.2 投加方式对混凝效果的影响

  在最佳复合配比 (0.12 mL/L 双氰胺脱色剂 + 87.5 mg/L PAC)、 慢速搅拌 (45 r/min,搅拌 10 min)下 ,研究了投加方式对污染物去除效果的影响 。 试验采用 3 种投加方式:(1 ) 先投加 PAC,以 200 r/min 搅拌 30 s,再加双氰胺脱色剂搅拌 30 s;(2) 先投加双氰胺脱色剂 ,以 200 r/min 搅拌 30 s,再加入 PAC 搅拌 30 s;(3) 同时投加 PAC 与双氰胺脱色剂 ,于200 r/min 快速搅拌 30 s。 由试验结果可知 ,方式 1 、 方式3 对 CODCr 的去除效果最好 ( 去 除 率 分 别 为 54.64% 、 59.99%),方式 2 最差( 去除率为 46.72%),据此后续试验采用 PAC 与双氰胺脱色剂同步投加方式。

  2.3 pH 对混凝效果的影响

  用质量分数均为 10% 的稀盐酸和氢氧化钠溶液调节水样 pH,按最佳复合配比和最佳投加方式进行混凝试验,结果见图 3。 由图 3可见,该复合混凝剂对 pH 的适应性较强 。 pH=3 ~9 时去除污染物效果比较明显 ,CODCr 去除率为 42%~53% ,脱色率为 68%~78%,UV254 去除率为 41%~47%(pH 在 3~7 时基本维持稳定且略有上升趋势 ,pH 在 7~9 时处理效果略有下降),pH >9 后明显下降。 原因在于碱度太高使得铝盐更多转化为 Al(OH)3 胶体 、〔Al(OH)4〕-、〔Al(OH)5〕2-等 ,这些水解产物带负电或 不带电荷 ,不能与负电性的染料胶粒表面发生电中和作用 ,且吸附架桥作用减弱 ,混凝效果不好 〔7〕; 此外 pH 增大,复合混凝剂的荷正电率会降低 〔8〕,不利于与染料形成缔合物 〔9〕。 综上所述,pH 为 7 时混凝效果最佳,弱酸性效果好于弱碱性。

 图 3 pH 对混凝效果的影响

  2.4 搅拌方式对混凝效果的影响

  以 CODCr 去除率为考察指标,选取快速搅拌速度 (A )、 快 速 搅 拌 时 间 (B)、 慢 速 搅 拌 速 度 (C)、 慢速搅拌时间 (D) 为影响因素 ,进行四因素三水平的 L9(34)正交试验。 因素水平的选取参考了前期单因素试验的结果,各因素水平见表 1 ,试验结果见表 2。


 

  根据表 2 可知 : 各因素对混凝效果的影响 顺序为 A >C>B>D。 水平优选组合为 A1B1C2D2,相应的 G 值为 27.05 s-1,GT 值为 1.62×104。

  整体来看,在当前试验条件下搅拌方式对CODCr 的去除效果影响不大。为节省动力费用,最佳搅拌方式选择快速搅拌速度 200 r/min,搅拌 30 s,慢速搅拌速度 45 r/min,搅拌 10 min。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  3 结论

  (1 ) 复 合 混 凝 剂 的 最 佳 复 合 配 比 为 0.12 mL/L 双氰胺脱色剂+87.5 mg/L PAC,在 pH=7 下同时投加 PAC 和双氰胺脱色剂,以 200 r/min 快速搅拌 30 s,再以 45 r/min 慢速搅拌 10 min,沉淀 45 min,混凝处理后 CODCr 去除率、 脱色率 、UV254 去除率分别达到 57.70%、74.73%、36.50%。

  (2) 搅拌时各因素对混凝效果的影响依次为: 快速搅拌速度>慢速搅拌速度>快速搅拌时间>慢速搅拌时间 ; 最佳搅拌方式为 : 快速搅拌速度 200 r/min,慢速搅拌速度 45 r/min,快速搅拌时间 30 s,慢速搅拌时间 10 min。

  (3) 复合混凝剂处理可作为印染废水深度 处理的预处理工艺 ,降低难生物降解的大分子有机化合物浓度,有效减少后续处理工艺的污染物负荷 。

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