聚氯化鋁、聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑處理染料廢水

印染廢水是指棉、麻、化學(xué)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(fù)雜、色度高等特點(diǎn)，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(huì)對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來極大危害，同時(shí)也造成了水資源的浪費(fèi)。因此，我國(guó)制定了極為嚴(yán)格的印染廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，促使人們?nèi)找嬷匾晫?duì)印染廢水處理技術(shù)的開發(fā)。目前，處理印染廢水的方法主要有化學(xué)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(jià)、處理效果優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)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(jià)的絮凝劑。為此，學(xué)者們對(duì)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(jī)、有機(jī)、生物絮凝劑3類。其中，無機(jī)絮凝劑，特別是聚合氯化鋁由于廉價(jià)、高效、較強(qiáng)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(jī)絮凝劑，有機(jī)高分子絮凝劑-般都含有豐富的羥基、羧基、氨基等親水基團(tuán)，具有優(yōu)良的吸附架橋能力。對(duì)于成分復(fù)雜的印染廢水，單-使用無機(jī)或者有機(jī)絮凝劑，效果均較差。因此，將兩者復(fù)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(duì)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(fù)合物的吸附-絮凝協(xié)同效應(yīng)，促進(jìn)對(duì)污染物的去除。因此，學(xué)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(dú)使用時(shí)的效果，并且能夠顯著降低絮凝劑PAC的用量，縮短沉降時(shí)間。

本研究以聚氯化鋁為無機(jī)絮凝劑，聚丙烯酰胺為有機(jī)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(duì)該復(fù)合絮凝劑處理染料廢水的性能，以確定兩者協(xié)同作用時(shí)處理染料廢水的最佳實(shí)驗(yàn)條件，為該染料廢水的治理提供一定的參考。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

PHS-3C精密pH計(jì)；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(jì)。

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(shí)驗(yàn)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(xiàn)。

1.2.2 復(fù)合絮凝劑的制備

根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(biāo)復(fù)合絮凝劑。

1.2.3 絮凝性能實(shí)驗(yàn)

制得的復(fù)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(biāo)來評(píng)價(jià)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(fù)合絮凝劑，以100r／min的速率攪拌10min，沉降10min后取上清液測(cè)定溶液的COD(采用GB11914-89方法測(cè)定)、濁度(采用GB13200-91方法測(cè)定)和色度(采用GB11903-89方法測(cè)定)，分別考察了各組分配比、投加量、溶液pH值等因素對(duì)該復(fù)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(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)條件下凝劑的組成對(duì)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(fù)配成的劑處理效果最佳，COD、色度、濁度的去除率分別達(dá)到85.55%，97.67%，95.59%單獨(dú)使用聚氯化鋁處理效果較差，對(duì)應(yīng)的3項(xiàng)指標(biāo)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(fù)電荷的膠粒，與復(fù)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(tuán)聚。同時(shí)加人的納米Fe3O4.和聚丙烯既胺由于具備吸附和架橋能力，進(jìn)-步增強(qiáng)絮凝劑對(duì)染料膠粒的吸附和卷掃，促使絮凝劑絮體團(tuán)聚。并迅速擴(kuò)大，提高沉降速度，增強(qiáng)對(duì)廢水的處理效果。而聚氯化鋁單獨(dú)使用時(shí)，只有電掃中和效應(yīng)，相比復(fù)合絮凝劑來說，效果較差

2.2 絮劑配比對(duì)凝效果的影響

使復(fù)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(duì)硫化黑染料的處理效果，結(jié)果見圖2。

由圖2可知復(fù)合絮凝劑對(duì)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(dāng)Fe3O4、聚氯化鋁和聚丙烯酷胺的質(zhì)量比為1:2:1時(shí)，對(duì)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(shí)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(jìn)-步促進(jìn)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(duì)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(duì)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(duì)硫化黑染料的處理效果，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，當(dāng)絮凝劑的投加量不超過20mL時(shí)，濁度、色度、COD的去除率都伴隨投加量的增加而上升；當(dāng)絮凝劑的投加量超過20mg／L時(shí)，濁度、色度、COD的去除率伴隨投加量的增加而下降。對(duì)于一定體積的染料廢水來說，適當(dāng)?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(qiáng)吸附架橋和網(wǎng)捕作用，促進(jìn)對(duì)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(duì)絮凝效果的影響

使復(fù)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(duì)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(duì)廢水處理效果影響較為顯著。在pH值為8.0時(shí)，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(duì)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(dāng)pH值過大時(shí)，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(fù)合絮凝劑，該絮凝劑對(duì)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(fù)合絮凝劑對(duì)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(jià)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西高校重點(diǎn)學(xué)科-材料物理與化學(xué)，百色學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院）