活性染料废水预处理

活性染料废水预处理
       染料废水由于水质成分复杂多变,有机物含量高、色度大、可生物降解性差,一直是众多染化企业废水处理的难点。当前,疏水性或不溶于水的染料废水脱色比较而言较易解决,难点在于亲水性或水溶性染料废水的处理,例如活性染料的脱色。目前实际应用于染料废水的处理工艺有多种,絮凝法以其良好的凝聚效果、脱色能力和操作简单、经济等优点,成为废水中应用最广、处理成本最低的有效方法之一,在染料废水处理中起着重要的作用。
    有机高分子絮凝剂在处理染料废水及印染废水的过程中,起着非常重要的作用。无机高分子絮凝剂可以较好地除去废水中大部分悬浮态染料、分散染料、氧化后的还原染料、硫化染料、偶合后的冰染染料及水溶性染料中的分子量较大的直接染料,而水溶性染料中分子量小、不容易形成胶体的如酸性染料、活性染料的废水及部分直接染料、阳离子染料废水则难以用无机絮凝剂处理[1]。
    我们选择了硫酸亚铁、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)等无机絮凝剂以及改性壳聚糖(MD)等有机高分子絮凝剂进行实验。比较而言,MD絮凝脱色效果优异,明显优于其它絮凝剂,其它几种絮凝剂对高浓度废水基本无效。
    1·实验
    1·1实验废水
    实验用废水为实际废水,分为两类:经纳滤膜浓缩后的透过液废水;染料合成时产生的盐析废水,这两种废水也是产生活性染料废水的主要来源。实验选取三种有代表性的废水分别为活性蓝3G、红6G、黄3R。活性黄3R (色度: 4000倍;COD: 3889 mg/L)为纳滤膜透过液废水,活性蓝3G (色度: 30000倍; COD: 28070 mg/L)、红6G(色度: 160000倍, COD: 32240 mg/L)为盐析废水。
    1·2仪器
    酸度计(H-HJ90B,北京海淀航天计算机公司); COD快速测定仪(5B-3C,兰州连华环保仪器研究所);电动搅拌器(WH8101-50型,天津市威华实验仪器厂)。
    1·3实验方法
    取一定量的MD,稀释10倍待用。
    在若干个烧杯中倒入实验用废水1 000 mL,用盐酸调pH至一定数值(pH=7),改变絮凝剂的投加量,快速搅拌2分钟后转入慢速搅拌30分钟,静置沉降过夜后,用滴管取一定上清液测定各水样色度和COD。
    在若干个烧杯中倒入实验用废水各1 000 mL,然后固定絮凝剂的投加量,分别用盐酸或氢氧化钠调pH。快速搅拌2分钟后转入慢速搅拌30分钟,静置沉降过夜后,用滴管取一定上清液测定各水样色度和COD。
    1·4分析方法
    色度测定方法:稀释倍数法。
    COD测定方法: COD快速测定仪测定
    COD去除率: (COD0-COD1) /COD0×100%式中, COD0为染料废水混凝前测定的化学需氧量, COD1为染料废水混凝沉淀后测定的化学需氧量。
    色度去除率: (S0-S1) /S0×100%
    式中, S0为染料废水混凝前的色度, S1为染料废水混凝沉淀后的色度。
    2·结果与讨论
    2·1絮凝剂投加量对COD及色度去除率的影响
        
    表1至表3,图1至图3是MD的投加量对三种废水处理效果的影响,由图可知, MD对废水的脱色效果很好,出水颜色很浅或基本无色,且浓度对色度去除率影响不大,色度去除率均在90%以上;活性红6G原水色度较高(160, 000倍),因而去除率更高,均在99%以上。
         
         
    染料的分子结构直接影响其在水中的带电状况、聚集状态,而这些正是影响混凝脱色效果的最重要因素[2]。活性染料大多数以阴离子形式存在,阳离子聚合物MD分子链上含有大量正电荷,与染料分子中的磺酸基、羟基等阴离子基团产生电性中和,生成不溶性物质,从而达到很好的脱色目的。
    染料废水中除了有色物质之外,还有未反应的原料以及合成中生成的副产物、异构体等,这些物质体现很大一部分COD。经MD脱色后的废水上清液,基本无色,但COD仍很高。以COD去除率最高(48% )的活性红6G为例(表5中最佳条件),经絮凝处理后其COD仍高达16 764 mg/L。由于实验用三种废水水质不同,所以絮凝剂的最佳投加量不尽相同,活性蓝3G最佳投加量为1%;活性红6G最高,最佳投加量为1·5%。活性黄3R原水浓度、色度最低,最佳投加量为0·03% ~0·05%。絮凝对COD的去除率随MD浓度的增加而增加,但增加至一定程度后, COD去除率反而下降,说明MD的投加量存在一个最佳的范围。
    关于高分子絮凝剂的作用机理,一般认为是“吸附—电中和—桥连”机理。在絮凝过程中,絮凝剂可通过静电、氢键、范德华力等作用与有机物相互结合[3-4]。随着阳离子型絮凝剂量增加,开始中和胶粒的负电荷,压缩胶粒双电层,水溶性的分子相互靠近脱稳而凝聚。但随着絮凝剂投加量的继续增多,过量的絮凝剂所带阳离子电荷吸附于胶粒的表面,使微粒的表面带相反电荷,ξ电位增大[5],另外,因为投料量继续增加,因架桥作用所必须的离子表面吸附活性点被絮凝剂所包裹,使得架桥也变得困难,处理效率降低[6]。
    2·2pH对COD及色度去除率的影响
    按照实验结果,确定三种废水絮凝剂的投加量分别为(活性蓝3G: 1%;黄3R: 0·05%;红6G1·5% )。
    虽然有机高分子絮凝剂受pH影响较无机絮凝剂小,但同一种絮凝剂在不同pH条件下,絮凝效果也不一样,这主要取决于絮凝剂水解生成物在不同pH条件下的形态转化规律[7]。不同pH值也影响染料的存在形态。因而在一般情况下,絮凝剂存在一最佳混凝pH值范围。表4至表6,图4~图6是不同pH值条件下絮凝实验结果。由实验结果知MD在pH值较宽的范围内均可使用,对实验用三种废水最佳pH值均为10,脱色率及COD去除率都达到最高。
        
        
        
    2·3反应时间对絮凝效果的影响
    MD絮凝速度较慢,而且絮体细小,对高浓度的废水往往需要隔夜放置才明显分层。为提高沉降速度,可以加少量聚丙烯酰胺PAM或PAC作为助凝剂。
    许多经絮凝剂絮凝后的处理液会发生上清液返色或变混浊等解凝现象[8]。而本文经过MD沉降得到的絮体在处理后的清液中静置数日未出现解凝现象,表明这种絮凝剂对污染物的分子间引力及桥连网捕作用的牢固程度非常强,使其一旦形成较大的絮体以后,就不易重新发生解凝。
    3·结论
    (1) MD絮凝剂对三种废水的脱色性能优异,同时能去除部分CODCr,在最佳实验条件下,色度去除率达到99%, COD去除率达48%。作为该类染料的预处理方法,操作简单,效果好。
    (2)由于实验用三种废水水质不同,所以絮凝剂的最佳投加量不尽相同,活性黄3R原水浓度、色度最低,最佳投加量为0·03% ~0·05%;活性红6G最高,最佳投加量约为1·5%;活性蓝3G最佳投加量约为1%。
    (3)由实验结果知, MD在pH值较宽的范围内均可使用,对实验用三种废水最佳pH值均为10。
    (4) MD絮凝速度较慢,而且絮体细小,可加少量聚丙烯酰胺PAM或PAC作为助凝剂同时复配使用。另外, MD价格偏高,因此有必要继续寻找同类价格更低或性能更好的絮凝剂,以期降低废水处理的成本。
活性染料废水预处理