氫氧化鎂-殼聚糖復合絮凝劑對印染廢水的脫色研究

前言

印染廢水是對環(huán)境危害極大的一類(lèi)工業(yè)廢水,具有廢水量大、水質(zhì)復雜、有機物濃度高、難生物降解等特點(diǎn),其中尤以染料的污染最為嚴重,其殘存的染料組分即使濃度很低,也會(huì )造成水體透光率降低,導致生態(tài)環(huán)境的破壞。因此,如何使印染廢水脫色是廢水處理的重要問(wèn)題。處理印染廢水的方法很多,主要有生物法、吸附法、氧化法等,其中混凝法是處理印染廢水的常用方法之一�；炷�法的關(guān)鍵是選擇合適的絮凝劑,不同絮凝劑的使用范圍和效果有很大的差別,對污水的處理能力也不同。近年來(lái)國內外展開(kāi)了鎂鹽的研究,其脫色原理是鎂鹽加堿水解成帶正電荷的氫氧化鎂固體,吸附帶負電荷的陰離子染料而使染料廢水脫色[1-3]。

目前,國內外大量使用各種無(wú)機/有機高分子復合絮凝劑進(jìn)行絮凝處理,與無(wú)機絮凝劑相比,有機高分子絮凝劑具有絮凝速度快,用量少,受共存鹽類(lèi)、pH及溫度影響小等優(yōu)點(diǎn),因而有著(zhù)廣闊的應用前景。當前使用的主要有人工合成和天然高分子絮凝劑兩種[4-5]。盡管聚丙烯酰胺是一個(gè)性能優(yōu)良的復配劑但丙烯酰胺為神經(jīng)性致毒劑,對神經(jīng)系統有損傷作用,中毒后表現出肌體無(wú)力,運動(dòng)失調等癥狀[6]。能引起水的二次污染。天然有機高分子絮凝劑是一類(lèi)較新的水處理劑。由于天然有機高分子具有無(wú)毒且能完全降解的特點(diǎn),所以曾一度引起各科研機構的重視,但多年來(lái)在此領(lǐng)域能真正應用于工業(yè)生產(chǎn)的品牌產(chǎn)品并不多。為此開(kāi)發(fā)安全無(wú)毒、無(wú)二次污染的絮凝劑,成為迫切而有意義的課題。殼聚糖是一種天然高分子化合物,是甲殼素的脫乙基產(chǎn)物,廣泛存在于蝦蟹和昆蟲(chóng)的外殼以及藻類(lèi)的細胞壁中。自然界每年生物合成甲殼素可達10億噸之多。殼聚糖還具有無(wú)毒副作用、易降解等優(yōu)點(diǎn),國內外對殼聚糖的絮凝特性和應用進(jìn)行過(guò)較多研究[7-8]。本文利用殼聚糖跟無(wú)機絮凝劑氫氧化鎂進(jìn)行了復合,并將這些復合絮凝劑應用于染料廢水脫色研究,取得了良好的脫色效果,為氫氧化鎂-殼聚糖復合絮凝劑在廢水處理中的應用提供了理論依據。

1　實(shí)驗部分

1.1　實(shí)驗儀器和藥品

儀器:800型離心機(上海安亭科學(xué)儀器廠(chǎng))；722型分光光度計(上海精密儀器廠(chǎng))；ZD-2型自動(dòng)電位滴定儀(上海雷磁儀器廠(chǎng))；復合電極。藥品:MgSO4·7H2O(CP)(金山縣興塔化工廠(chǎng)),實(shí)驗時(shí)準確稱(chēng)取MgSO4·7H2O配制成800mg/L的鎂鹽；CaO(CP)(上海向陽(yáng)化工廠(chǎng))；殼聚糖(上海伯奧生物科技有限公司),SBL艷蘭由江光紡織有限公司(常州)贈送。

1.2　模擬廢水的配制

準確稱(chēng)取0·10g艷蘭溶于1L的容量瓶中,定容至刻度,搖勻,即為模擬廢水。

1.3　復合絮凝劑的制備

一定量的鎂鹽(MgSO4·7H2O),采用CaO作為鎂鹽水解用的堿化劑,制取氫氧化鎂絮凝劑。在一定量的鎂鹽中加入適量的復配劑殼聚糖,采用CaO作為堿化劑,攪拌,反應熟化一定時(shí)間,得到氫氧化鎂-殼聚糖無(wú)機-有機復合絮凝劑。

1.4　實(shí)驗過(guò)程

在含有染料的廢水中加入一定量的氫氧化鎂或氫氧化鎂-殼聚糖復合絮凝劑,采用ZD-2型自動(dòng)電位滴定儀測定控制溶液pH值,攪拌反應靜置后,取上層清液,在3000r/min條件下離心20min,再取上層清液,測定其吸光度。

計算脫色率。

1.5　分析方法

模擬染料廢水的吸收光譜用紫外可見(jiàn)分光光度計756MC測定,溶液吸光度采用722型分光光度計,1cm比色皿,測定處理前后在最大吸收波長(cháng)處的吸光度值,用吸光度值比色法計算脫色率,脫色率計算式:

R%=(1-A/A0)×100%

A0:為染料廢水處理前的吸光度

A:為染料廢水處理后的吸光度

2　實(shí)驗結果與討論

2.1　模擬廢水性能指標的測定

實(shí)驗測定了模擬廢水的pH值、色度等。圖1為100·0mg·L-1的艷蘭染料溶液可光吸收光譜圖,可見(jiàn)模擬廢水在450nm~700nm范圍內有一吸收峰。

該模擬廢水呈蘭色,初步實(shí)驗發(fā)現溶液pH的變化對該模擬廢水吸光度影響不大。

2.2　pH值對脫色率的影響

移取一定量染料廢水,加入30m,l800mg/L的鎂鹽,用堿化劑CaO調節不同的pH值,攪拌10min,離心20min,測定不同pH值下經(jīng)處理后的吸光度。同等條件下,測定加入0·05g殼聚糖制成的復合絮凝劑處理后的吸光度,計算脫色率,并繪制脫色率-pH圖(見(jiàn)圖2)。

由圖2可見(jiàn),pH值對脫色效果有較大的影響,實(shí)驗中必須控制合適的pH范圍。殼聚糖和鎂鹽在pH為11前脫色率低,pH值為11以上后脫色率增高。這與文獻報道相一致[1],因此,廢水處理的pH值在11以上為宜。pH值對脫色率的影響,可能主要是由于pH值不同時(shí),鎂鹽水解產(chǎn)生的Mg(OH)2量不同所造成的。根據Mg(OH)2沉淀溶解平衡可以大約計算出Mg(OH)2產(chǎn)生沉淀及完全沉淀的pH值分別是9·5和11·0[1]。

殼聚糖作為鎂鹽絮凝劑處理廢水較鎂鹽有良好的改善作用,脫色率均比鎂鹽高。由于殼聚糖分子中含有大量的自由氨基和羥基,在堿性條件下,殼聚糖上的陽(yáng)離子活性基團與廢水中帶負電荷的膠體微粒相吸引,降低中和了膠體微粒的表面電荷,加上染料分子中含有一些-OH及-NH2基團,可以通過(guò)范德華力、氫鍵等和殼聚糖發(fā)生吸附形成沉降。

2.3　殼聚糖投加量對脫色率的影響

移取一定量染料廢水,加入定量800mg/L的鎂鹽,測定不同殼聚糖投加量與脫色率的關(guān)系。圖3是在pH=11的條件下,不同殼聚糖投加量與脫色率的關(guān)系,由圖可見(jiàn)殼聚糖投加量為0·05g時(shí),染料廢水脫色率最好,可達90%以上。隨著(zhù)殼聚糖投加量的增加,脫色率不與投加量成正比,在殼聚糖投加量較高時(shí),脫色率反而有所下降。殼聚糖的濃度過(guò)大時(shí),一是引起復合絮凝劑在水中的水解速度變慢,二是導致染料分子與作用基團接觸的機會(huì )下降,因此,當濃度過(guò)于大時(shí),結合能力有所下降。

2.4　鎂鹽-殼聚糖復合絮凝劑投加量對脫色率的影響

移取30m,l800mg/l鎂鹽,加入0·05g殼聚糖混合均勻。移取定量廢水,加入2m,l4m,l6m,l8m,l10ml混合液,測定不同鎂鹽殼聚糖混合物濃度下的脫色率,見(jiàn)圖4。

由圖4可見(jiàn),隨著(zhù)鎂鹽殼聚糖混合量的不斷加大,染料廢水的脫色率也有所增大,繼續增加用量,脫色率增加不明顯。由于增加絮凝劑用量,相當于增強了其與溶液中染料分子、膠體顆粒的電荷中和、架橋作用,因而其脫色效果增加。但當絮凝劑與染料分子、膠體顆粒的作用達飽和時(shí),繼續增加用量,對脫色作用貢獻不大,故其脫色效果不再提高或提高不明顯。

2.5　攪拌速度、時(shí)間和離心時(shí)間對脫色率的影響

選擇恰當的攪拌速度和時(shí)間,可以加速絮凝過(guò)程,有利于絮凝劑發(fā)揮作用,提高脫色效果。加快攪拌速度可以增加脫色率。攪拌速度過(guò)慢,絮凝劑與染料分子不能充分接觸,減小了碰撞機會(huì ),不利于吸附脫色；過(guò)高的攪拌速度可將大顆粒的沉降物進(jìn)一步攪碎,不利于絮凝,另外過(guò)高的攪拌速度在少量溶液的情況下還容易引起溶液等的濺起。因而實(shí)驗中選擇了200轉/分的攪拌速度。攪拌時(shí)間過(guò)短,絮凝劑與染料分子接觸不充分,充足的攪拌時(shí)間可以達到較好的脫色率,隨著(zhù)攪拌時(shí)間的延長(cháng),脫色率的增加趨于平緩,實(shí)驗發(fā)現10分鐘、15分鐘與20分鐘之間的脫色率相差不大,因此選擇10分鐘為最佳攪拌時(shí)間。

實(shí)驗中比較了離心時(shí)間對脫色率的影響。離心可使絮體與上清液分離,時(shí)間越長(cháng),去濁率越高。20分鐘以后,上層清液透明,無(wú)懸浮物。

2.6　復合絮凝劑脫色效果探討

根據文獻報道,一般染料分子量較大,分子結構較復雜,主要以膠體狀態(tài)存在于廢水中,且膠體帶有負電荷[9]。氫氧化鎂絮凝劑,主要是通過(guò)電中和及吸附來(lái)去除色度及雜質(zhì)。實(shí)驗中發(fā)現氫氧化鎂-殼聚糖無(wú)機一有機高分子復合絮凝劑性能優(yōu)于氫氧化鎂絮凝劑,這是因為有機高分子的分子鏈具有在已經(jīng)脫穩的顆粒物之間架橋的作用,有利于形成較大的絮體,通過(guò)絮體有卷掃作用成倍地增強了去除水中微小顆粒物的功能。同時(shí)復合絮凝劑中殼聚糖帶有的活性基團同樣能中和膠體表面的電荷,使微粒進(jìn)一步脫穩,在兩者的協(xié)同作用下,從而達到脫色并與水分離的目的,提高了復合絮凝劑的絮凝效果。

3　結論

采用氫氧化鎂-殼聚糖復合絮凝劑可以有效去除印染廢水中的染料色度,其脫色效果比單純的無(wú)機絮凝劑的脫色效果好,且由于復合絮凝劑的協(xié)同作用和復配增效的作用,可節省絮凝劑的用量,節約水處理成本。另外原料來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,生產(chǎn)成本低,可見(jiàn)氫氧化鎂-殼聚糖復合絮凝劑是一種較為優(yōu)良的水處理劑。

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