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聚合氯化铝对活性染料废水的絮凝脱色

发布时间:2020-07-13     浏览次数:

摘要:以聚合氯化铝为絮凝剂,研究其对活性蓝19配制的染料废水样品的脱色效果。研究通过改变聚合氯化铝的投加量、pH值、转速以及碱度等因素,结合Al-Ferron逐时络合比色法测定聚合氯化铝中Alb含量,确定较佳实验条件。实验结果表明,聚合氯化铝的投加量及pH值的改变对实验结果影响较大,当聚合氯化铝投加量≥500mg/l,pH值为7时,脱色率可达95%以上,而转速及碱度则对脱色影响较小。

随着印染工艺的发展,活性染料作为一种新型染料所占比重大幅度增加,遍及纺织工业中的各个方面。印染废水的主要污染物有染料、浆料、助剂、油剂、酸、碱、纤维杂质、砂类、无机盐等,并且具有高浓度、高色度、高pH值、难降解和多变化等特点,属于难处理的工业废水之一。该类染料与纤维分子之间以范德化力和氢键相结合,分子中含有磺酸基、羧基而溶于水,在水中以阴离子形式存在,可使纤维直接染色。应用广泛的该类染料生产中会产生大量有色污水,其色度可以超过几千倍。

目前工业上常用的脱色方法有吸附、电解、絮凝、离子交换、臭氧氧化、膜分离法等,而印染废水中着色成分大多数为胶体,故本实验主要研究絮凝对染料废水的脱色作用。絮凝即通过压缩双电层实现电性中和、吸附架桥和网捕卷扫这3种作用中的某种起主要作用或协同作用,来破坏胶体原有的稳态。

聚合氯化铝属于阳离子无机高分子絮凝剂,其结构由形态多变的多元羧基络合物组成,分子结构大、絮凝沉降速度快、适用pH值范围宽、无腐蚀性、净水效果明显,广泛用于水处理各领域。波涛聚合氯化铝厂家以聚合氯化铝为絮凝剂,研究其对活性蓝19配制的染料废水样品的脱色效果。通过改变聚合氯化铝的投加量、pH值、转速以及碱度等因素,结合Al-Ferron逐时络合比色法测定聚合氯化铝中Alb含量,确定较佳实验条件。

实验结果分析如下。

一、聚合氯化铝的投加量对脱色率的影响

为了确定聚合氯化铝的较佳用量,由于染料废水浓度较高,选择的聚合氯化铝投加浓度由100mg/L至1000mg/L递增(初步设定溶液pH值为7,碱度B为2.0,转速为120r/min,室温),搅拌后静止30min取上清液测得吸光度,并计算脱色率。聚合氯化铝对活性蓝19的脱色效果如图1所示。

图1聚合氯化铝对活性蓝19的脱色效果

由图1可以看出,脱色率随着聚合氯化铝浓度的增加先逐渐增加,然后趋于稳定。当聚合氯化铝的投加量由100mg/L增加至500mg/L脱色率迅速从19.3%增至95.7%,而当聚合氯化铝≥500mg/L时,脱色率都在95%以上且较稳定。这是由于电性中和作用导致,在染料废水中加入聚合氯化铝后,由于聚合氯化铝为阳离子絮凝剂,而活性蓝19在水中通常以阴离子的形式存在,导致胶体脱稳形成细小矾花;随着聚合氯化铝投加量的增加,可以进一步中和胶体表面的负电荷,直至胶体表面呈现正电,矾花体积无法继续增大,脱色效果趋于稳定。除此之外,投加量也是评价絮凝剂性能的重要指标,在脱色率达到95%后,虽仍有上升趋势但幅度较小,考虑到经济成本问题,选择聚合氯化铝投加量500mg/L来进行后续实验研究。

二、pH值对脱色率的影响

当聚合氯化铝的投加量为500mg/L,碱度B为2.0,转速为120r/min,静置30min时,室温的条件下考察不同的pH(pH为5、6、7、8、9、10)对脱色率的影响。pH对脱色率的影响如图2所示:

图2pH对脱色率的影响

由图2可以看出,pH对脱色率影响较大。当pH值为7时,絮凝脱色效果较好。在酸性或碱性条件下,脱色率分别低至25.7%、12.9%。表明在过酸或过碱条件下,聚合氯化铝对活性蓝19的絮凝效果较差,与聚合氯化铝在水中的水解聚合形态与水的pH值有关,在pH较低时,聚合氯化铝主要水解为单体形式,pH值较高时为Al(OH)3溶胶或Al(OH)4-,而在pH值接近中性时,聚合氯化铝主要以二维或三维的链状颗粒形式存在,并且有优异的电性中和、网捕卷扫和吸附架桥的作用。

三、转速对脱色率的影响

考虑到慢速搅拌时,转速为50r/min,所以在研究快速搅拌转速时,将较低转速设置为100r/min,其余分别取120、200、300、400r/min。

保持其他实验条件不变,转速对脱色率的影响如图3所示。

图3转速对脱色率的影响

由图3可以看出,搅拌速度对该染料脱色率影响较小,脱色率都在90%以上,但整体随着转速的增加有下降趋势。这表明活性蓝19所形成的絮体聚集速度快,形成的絮体小而密实,不容易被打破。原因是聚合氯化铝投入模拟废水后的瞬间需要快速搅拌,使其迅速且均匀地分散于水体中,较快形成絮体。但若转速过大,即使形成的絮体较密实,也会有部分被打散,悬浮于水体内不易沉降,去除率有所下降。有专家认为,颗粒较小的絮体具有电荷少、ζ电位高、含水率低、碰撞几率大和絮体强度高等特点,所以即使絮体被破碎后也会再生长,所以转速对活性蓝19絮凝效果的影响较小。

四、碱度的聚合氯化铝对脱色率的影响

投加浓度为500mg/L、不同B值(B为1.0、1.5、2.0、2.5)的聚合氯化铝,保持其他实验条件不变(转速为120r/min,pH值为7,室温下进行)。

不同碱度的聚合氯化铝对脱色率的影响如图4所示。

图4不同碱度的聚合氯化铝对脱色率的影响

由图4可以看出,脱色率随着B值的增加而增加,由此可见较高B值时,聚合氯化铝对活性蓝19的絮凝效果较好,即絮体的聚集速度和沉降性较好。这是因为高碱度的聚合氯化铝带有的电荷相对于低碱化度的聚合氯化铝来说较高,因此,能在相同的投加量条件下与活性蓝19模拟废水中带有负电荷的胶体中和,而达到较佳处理效果。

Ferron法测定的不同碱度聚合氯化铝的工作曲线如图5所示。

图5Ferron法测定的不同碱度聚合氯化铝的工作曲线

不同碱度值时Al的形态分布如图6所示。

图6不同碱度值时Al的形态分布

由图5、图6可以看出,脱色率随碱度B值的增加而增加。聚合氯化铝中Alb所占比重随碱度B值的增加而增加。有研究表明,聚合氯化铝中起絮凝作用的主要是Alb,增大Alb的浓度会极大地优化聚合氯化铝的性能和增强絮凝能力。另外,随着B值的增加,聚合氯化铝的结构单元相应增加,由低聚体向高聚体发展,并由线型结构向环状面型结构转化,逐渐向溶胶沉淀Al(OH)3生成方向转变,使得Alb的含量逐渐增加,有利于絮凝。研究发现,碱度的变化会影响形成絮体的大小,碱度越高,形成的絮体越结实,越容易沉降,与本实验结论相一致。

五、结论

通过研究不同参数条件下,自制聚合氯化铝对活性蓝19染料废水的去除效果,并结合Al-Ferron逐时络合比色法分析聚合氯化铝中铝的种类分布,为实验现象提供了更有力的依据。

1、脱色率随着聚合氯化铝投加量的增加先逐渐增加,然后趋于稳定,较佳投加量为500mg/L。

2、pH对脱色率影响较大,pH值为7时絮凝脱色效果较好,能达到90%以上,而酸性碱性条件下的脱色率仅有20%左右。

3、随着转速的增加,脱色率逐渐减小,但仍在90%以上,所以转速对脱色率的影响较小。

4、Al-Ferron逐时络合比色得到的随着碱度B值的增加,聚合氯化铝中Alb的含量逐渐增加,与脱色率随着碱度B值的增加而增加呈现一致的规律。

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