磁流體在印染廢水處理中的應用研究

摘要:隨著(zhù)工業(yè)的迅速發(fā)展,大量工業(yè)廢水的排放給人類(lèi)生存造成了嚴重的威脅,尤其是印染廢水,因此尋求 有效的處理方法是亟待解決的問(wèn)題。一種新的印染廢水處理技術(shù)———應用磁流體來(lái)處理印染廢水,分別研究 了Fe3O4磁流體在不同條件(如pH值、表面活性劑的投加量、攪拌時(shí)間、溫度等)下,對降低印染廢水的COD和 色度兩個(gè)方面的影響。實(shí)驗表明當pH=11,表面活性劑量是亞鐵量的0·16倍,磁流體與廢水的比大于1: 10時(shí) COD降低最多,脫色效果最好。

關(guān)鍵詞:Fe3O4磁流體;印染廢水;COD;色度

前言

水污染是當前中國面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一。預測,工業(yè)廢水占總污水量的70%以上[1-2]。其中 紡織印染行業(yè)在中國工業(yè)生產(chǎn)中占有較大的比重, 是出口創(chuàng )匯的重要產(chǎn)業(yè),也是吸納勞動(dòng)力的主要勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。印染廢水主要含各種染料、整理劑、后處理劑等[3],具有以下特點(diǎn)[4]:水量大、有機污染 物含量高、堿度和pH值變化大、水質(zhì)變化大;色度 高,有時(shí)可達4 000倍以上;可生化性差,廢水m (BOD) /m(COD)值一般在20%左右;近年來(lái)的化 纖織物的發(fā)展和印染業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,使難生化降解的有機物在廢水中的含量大大增加[5]。單一處理工 藝均很難達到要求,需對不同處理工藝進(jìn)行優(yōu)化組 合。因此,系統開(kāi)發(fā)不同工藝的有效組合,研究高效、經(jīng)濟、節能的印染廢水處理反應器將是印染廢水 處理工藝研究的主要內容和發(fā)展方向。盡管目前國內外在這方面研究較多,提出多種處理技術(shù),但在實(shí) 際應用中有的處理效率不高,有的工藝過(guò)于復雜,甚至有的產(chǎn)生二次污染,達不到全面凈化污水的目的。目前傳統的處理方法處理工序繁多且效果一般,為此我們應用新型功能性材料———磁流體來(lái)對這種廢水進(jìn)行處理研究。

磁流體又稱(chēng)磁性液體、鐵磁流體或磁液,它是由磁性粒子、基液以及表面活性劑三者混合而成的一種 穩定的膠狀溶液[6]。該流體在靜態(tài)時(shí)無(wú)磁吸引力,當 有外加磁場(chǎng)作用時(shí),才表現出有磁性[7]。用磁流體處理印染廢水作為一種無(wú)二次污染的新型技術(shù)即將被開(kāi)發(fā)出實(shí)用的研究方案并付諸于實(shí)踐,用來(lái)大批量地處理廢水。本文主要研究了磁流體處理高濃度印染 廢水在降低色度和COD兩個(gè)方面的影響因素。

1　磁流體的制備

采用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體。稱(chēng)量 48 gFe2(SO4)3, 44·48 gFeSO4(即Fe2+:Fe3+=2: 3 溶于盛有5: 1的醇———水溶液的三口燒瓶中制成稀 溶液,將三口燒瓶置于65℃±1℃的恒溫水浴鍋中, 攪拌使鹽溶液混和均勻,攪拌的同時(shí)滴加稀的氨水, 促使水解反應完全。在pH=5·6左右出現黑色的 沉淀,繼續滴加氨水至pH>10,陳化30 min,調節 pH至5左右,將溫度升高至80℃攪拌的同時(shí)慢速 加入不同比例的表面活性劑對磁性顆粒進(jìn)行表面改 性,靜置可觀(guān)察到亮黑色的磁基體生成。室溫下過(guò) 濾,先用無(wú)水乙醇后用去離子水多次洗滌,干燥煅燒就可制得Fe3O4黑色磁性粉沫。將所得粉沫按不同 比例溶于載液中,就可制得具有不同磁性、粘度穩定的磁流體[8]。

2　磁流體處理印染廢水脫色效果及降低 COD的實(shí)驗方法

2. 1　實(shí)驗用水和水質(zhì)

實(shí)驗用水取自吳江市盛澤水處理發(fā)展有限公司的印染廢水,廢水中含有印染行業(yè)中常用的酸性染料、分散性染料及直接染料。廢水水質(zhì)指標: pH: 8~10、色度:500~600倍,CODcr:1 300mg/L~1 500mg/L。

2. 2　實(shí)驗過(guò)程

小燒杯置于磁座(磁座是JB-3型定時(shí)恒溫磁 力攪拌器)上,取一定量的磁流體于小燒杯中,再取 一定量的廢水與之混合,打開(kāi)磁座,使混合液在燒杯 中旋轉,若干秒后關(guān)掉磁座,使之變成永恒磁場(chǎng), 分鐘內,能見(jiàn)到磁性顆粒向下沉淀,清楚見(jiàn)到分層, 取出上層清液10 m,l進(jìn)行色度及CODcr檢測。

3　實(shí)驗結果與討論

3. 1　脫色效果與討論

3. 1. 1　磁流體與廢水的比對脫色效果的影響

固定廢水用量為100 ml分別用不同量的磁流 體處理后測出的色度值見(jiàn)表1。

表 1　磁流體與廢水的比對處理效果的影響

磁流體(ml) 2  5 8  9  10  12 15 20

色度(倍)  80 50 40 30 20  20 20 20

由表1可知當磁流體與廢水比?1: 10時(shí),處理 廢水效果較好,色度有明顯降低。分析原因是如果磁流體太少,所含磁性顆粒就少,磁性不夠強,就不 能使磁流體發(fā)揮它的功效。

3. 1. 2　攪拌時(shí)間對脫色效果的影響

改變攪拌時(shí)間,固定磁流體與廢水比為1: 10 ,可知使色度降低到20倍,攪拌20 s已經(jīng) 足夠。攪拌的目的是為了使磁性顆粒與廢水充分的接觸,在磁性顆粒分散性能良好的情況下,攪拌的時(shí)間不需要太長(cháng)。

3. 1. 3　溫度對廢水脫色效果的影響

改變溫度,固定磁流體與廢水比為1: 10,攪拌 20 s,測出的色度值見(jiàn)表3。

由表3可知,升高溫度,磁流體對廢水的處理效果有所降低。從微觀(guān)學(xué)上分析是磁性顆粒的布朗運動(dòng)產(chǎn)生的作用,當溫度升高時(shí),磁性顆粒運動(dòng)加劇不利于微粒的吸附、聚集長(cháng)大和沉降[10-11]。

3. 2　COD的降低與討論

3. 2. 1　表面活性劑投加量及pH值對降低COD的 影響

(1)用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=10,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數據如圖1:

(2)用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=11,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數據如下圖:

(3)用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=12,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數據如下圖:

(4)用醇-水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=13,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數據如下圖:

綜合上述數據可以得知用1. 0 g表面活性劑包 裹(此時(shí)表面活性劑量是亞鐵量的0. 16倍), pH值 為11時(shí)處理印染廢水時(shí)效果較好。此時(shí)磁性顆粒 的粒徑小,均勻,磁性高, COD下降最多,處理廢水 效果好。分析原因是表面活性劑的用量如果太少 就不足以形成完整的包裹層;如果太多,就會(huì )形成多 層吸附,反而導致磁性能下降[8]。

3. 2. 2　攪拌時(shí)間對降低COD的影響

固定磁流體與廢水比為1: 10,攪拌使其充分接 觸反應,隨著(zhù)攪拌時(shí)間的變化廢水COD的去除率隨之變化的曲線(xiàn)見(jiàn)圖5。

由圖5可知開(kāi)始時(shí)隨攪拌時(shí)間的增加COD去 除率也逐漸增大,當攪拌時(shí)間為5 min左右時(shí), CO 的去除率達到最大值。之后隨攪拌時(shí)間的增加 COD的去除率反而有所下降。分析原因是磁流體 與廢水中有機物的作用中存在一種微弱非極性的范 德華力[9],如果攪拌時(shí)間過(guò)長(cháng),分子運動(dòng)的動(dòng)能則會(huì ) 克服分子間范德華力的吸引,使得一部分可溶性有機分子重新分散到水中,因此導致水中的COD值有 所回升。

4　結論

(1)表面活性劑量是亞鐵量的0. 16倍, pH=11 時(shí)COD降低最多,處理效果最好。

(2)在固定磁場(chǎng)的情況下,采用室溫,充分混 合,在磁流體與廢水的比大于1: 10時(shí),處理廢水的 能力最好。

(3)一般只要攪拌20 s左右,就使可磁性顆粒 與廢水充分的接觸從而達到較好的脫色效果;但是 要達到較高的COD去除率則需要攪拌5 min左右。

(4)升高溫度會(huì )降低廢水處理效果,一般應在 較低溫度(10℃~20℃左右)下進(jìn)行。

參考文獻:
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[9]Jean-ClaudeBACRI, et a.l J.Magnetismand Magnetic Materials[M], 1990, 85: 27-32. 來(lái)源：趙靜 劉勇健