新型复合净水剂ZY-1用于印染污水的脱色性能研究
【摘 要】以硫酸铝、食盐电解含镁废渣、盐酸、和三氯化铁为主要原料，研制了一种用于印染污水处理的新型复合净水剂ZY-1。试验了pH值、投加浓度、染料种类等相关因子对其混凝脱色效果的影响，并与常用的絮凝剂：PAC、PFS、FeSO4进行了对比，探讨了其混凝脱色极的作用机理。实验结果表明：ZY-1较常用的絮凝剂具有更好的脱色能力和絮凝沉降性能，能够适用于多种染料污水的处理，尤其是用于以小分子为主的活性染料的污水去除，在pH值>9范围内，ZY-1能够实现95%以上的脱色率，出水经过滤后能够回用于生产。
【关键词】净水剂ZY-1；脱色；印染污水
1前言
随着染料和染色工业的迅速发展，活性染料由于其色泽鲜艳、色谱齐全而正被越来越广泛地应用[1]。然而，活性染料结构中硝基和胺基化合物及铜、铬、锌等重金属元素具有较大的生物毒性，不仅具有严重的环境危害性，且难以被常规的生物方法所处理。加上PVA浆料、新型助剂的采用，致使传统的用于印染污水处理的生化工艺的处理效率从70%下降到50%，甚至更低，无法满足日益严格的排放要求。而吸附法、氧化法、电解法等新近推出的处理工艺虽然能不同程度上取得一定的效果，但因其运行费用高、设备投资高、能耗大、技术不成熟等诸多原因限制了它们的应用。因此，混凝法是处理印染工业污水的主要方法之一[2-6]。但由于染料发展的多样性和水溶性及印染污水组成的复杂性，使得常规混凝剂（如铁盐、铝盐及其聚合物等）很难取得到理想的脱色效果。因此，研制低成本、广谱、高效、无二次污染的混凝剂成为混凝研究中的一个热点。以硫酸铝、食盐电解含镁废渣、盐酸、和三氯化铁为主要原料，研制了一种用于印染污水处理的新型复合净水剂ZY-1。试验了pH值、投加浓度、染料种类等相关因子对其混凝脱色效果的影响，并与常用的絮凝剂：PAC、PFS、FeSO4进行了对比，探讨了其混凝脱色极的作用机理。结果表明ZY-1是一种高效、优良的印染污水处理剂。
2试验方法
2.1试验材料
及食盐电解含镁废渣取自广东某盐厂。
所用染料均为工业级：氯化镁（MaCl2•7H2O，工业级）；氢氧化钙（Ca(OH)2，工业级）；聚合氯化铝（PAC，工业级，河南巩义市）；聚丙烯酰胺（PAM，工业级，1600万分子量，SNF）；聚合硫酸铁（PFS，工业级，河南巩义）；三氯化铁（FeCl3，工业级，山东青岛）。
其它药剂均为AR级
实际工业印染污水：取自广州某印染厂调节池污水，其中以3BS、BE-3RN、3RS、GR、M-4G型小分子活性染料为主，直接和发散染料为辅。呈红、蓝、棕、绿、黑等多种颜色，以红色和深褐色为主，25-48℃，pH值为7-9，色度400-1000倍，COD为350-700mg/l。
2.2试验仪器
分析天平：德国 SARTORIOUS 型号：BS210S 读数精度0.1mg，称量范围210g
分光光度计：多功能水质测试仪，德国 WTW 型号：PhotolabS6
COD消解器：德国 WTW 型号：Thermoreactors CR2200
pH计：PHSJ-4A型实验室pH计 上海雷磁仪器厂
搅拌器：MY3000-6D型六联定时变速搅拌器，湖北省潜江市梅宇仪器有限公司
2.3试验方法
取污水水样200ml，加入250ml的烧杯内，放置于六联定时、变速搅拌器上，先充分搅拌3min，调节pH值至既定值，设定搅拌器的搅拌速度和时间，开始搅拌、反应，搅拌停止后，静置、沉淀，测量相应的数据。对于沉淀的污泥界面和沉淀时间测量的数据，则将搅拌后均匀的反应体系转入带有精确均匀刻度的深烧杯内测量，液面高度选择为200mm。
污水的色度分析采用稀释倍数法，采用分光光度法进行校准；COD分析采用德国WTW公司生产的Thermoreactors CR2200和PhotolabS6，进行快速COD消解和测量，采用标准的重铬酸钾法进行校准。
3试验结果与讨论
3.1 pH值对ZY-1脱色效果的影响
为清楚了解ZY-1对不同染料的脱色性能。试验水样采用单一染料配制的模拟染色废水，配制浓度为100mg/l，并依照实际染色工艺，煮沸或加热染液。
根据前期的对ZY-1的脱色性能研究，对于一般印染污水在投加浓度为150－300mg/l的投加浓度时，可以完全实现最佳脱色效果和COD、SS去除率。因此，试验选择的ZY-1的投加浓度为300mg/l，确保不因ZY-1的浓度不足而影响试验结果。试验结果表明：（1）ZY-1对活性染料具有非常理想的脱色率，经其处理后的污水清澈透明，几乎没有色度，且污泥体积少、沉降快；（2）pH值对ZY-1的脱色性能具有非常明显的影响，当pH>8以后均能够取得较为理想的脱色率（>80%）；（3）ZY-1对于阳离子染料没有脱色作用，可能由于ZY-1的主要成分为Mg、Fe、Al、Ca等金属盐，其作用机理是通过与染料反应、形成难容氢氧化物或压缩双电层实现胶体的脱稳而凝聚、去除，阳离子染料因其带正电性而难以与其反应。
3.2 ZY-1投加浓度对脱色效果的影响
选择pH值为9.0时，通过改变ZY-1的投加量试验了ZY-1投加量对其脱色效果的影响。试验结果表明：对于试验浓度的各种活性染料污水，ZY-1的投加浓度小于200mg/l时，脱色率随ZY-1的投加浓度的增大而增大；ZY-1的投加浓度为200mg/l时，能够取得较高的脱色率，（>70%）；ZY-1的投加浓度为250mg/l时，实现最佳脱色效果，且不再随ZY-1的投加浓度增加而增大。因此，ZY-1的最佳投加浓度为200－300mg/l。
3.3 ZY-1处理工业印染污水
以广州某印染厂调节池污水为研究对象，分别试验了pH值、ZY-1投加浓度等各影响因子对ZY-1用于实际印染污水处理的影响。同时，对比了PAC、PFS、FeSO4等常规采用的混凝剂的脱色性能。
3.3.1 pH值的影响
在ZY-1为300mg/l的条件下，采用盐酸和石灰水调节污水的pH值，研究pH对ZY-1用于实际印染污水脱色率关系。试验结果与单一染料污水的试验结果一致，pH值>8以后均能够取得理想的脱色效果，pH值为10时实现最佳的脱色率。因此，ZY-1具有较宽的脱色pH范围，只要在碱性条件下就能够取得理想的脱色效果。
3.3.2 ZY-1投加量的影响
维持污水的pH为10，通过改变ZY-1的投加浓度，研究ZY-1投加浓度对其脱色效果的影响。试验结果表明，对于实际的污水处理，ZY-1的投加浓度大于225mg/l时，能够取得90%以上的脱色率；当投加浓度达到300mg/l时，脱色率达98%，出水没有色度。
3.3.3 不同絮凝剂脱色性能对比
选择FeSO4、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）3种最常用于印染污水处理的无机絮凝剂与ZY-1进行了脱色率和COD去除率的对比。ZY-1的浓度按上述实验结果的最佳投加浓度，即300mg/l，FeSO4、PAC和PFS的投加浓度在初步的浓度实验和常规使用浓度基础上，选择如下：FeSO4=1000mg/l、PAC=400mg/l和PFS=400mg/l。试验结果表明：以ZY-1为絮凝剂用于活性染料的处理相对于常规采用的FeSO4、PAC、PFS而言具有明显的优势。ZY-1的最大脱色率可以达到98%，而PAC和PFS的最大脱色率仅为64%和72%，FeSO4虽然能够实现85%以上的脱色率，但出水种含有一定浓度的Fe2+，容易返色，表现除黄褐色。
另外，选择有代表性的不同印染工业污水，采用几种典型的混凝剂进行处理效果的对比，总结出如表1所示的性能对比表。从表中可能看出采用ZY-1用于以活性染料为主的印染工业污水处理具有明显的优势。
表1 不同絮凝剂的性能对比表
2.4 ZY-1脱色机理探讨
从以上试验结果可以看出，ZY-1用于印染污水处理较常规采用混凝剂具有脱色效率高、用量少、污泥量少、出水水质稳定、pH值适用范围广等优点。分析其原因，主要因为常规的无机混凝剂主要采用单一的金属盐成份，其作用机理单一，对pH存在相对较严格的要求；而ZY-1是将多种无机盐复配在一起，形成复合物，不仅能够发挥众多组分的不同净化和混凝机理，且能够适应较广的pH变化。ZY-1中的主要成分是聚合的Mg、Al、Fe、Ca等，针对于溶解性染料而言，尤其实阴离子型染料，其中的Mg和Ca与染料上的磺酸基发生反应，以金属离子为核心形成螯合物，改变染料的溶解性，形成不溶物，而Fe和Al通过水合与压缩双电层作用，形成絮体，将不溶的螯合物凝聚在一起，通过沉淀作用从污水中分离。因各种组分相互配合，形成较单一组分更好的脱色效果，
2.5 污水处理后回用的可行性分析
印染行业因生产产生大量的污水，随着水资源的匮乏和自来水费用的不断上升，污水经处理后回用对于印染企业而言是势在必行的事情。印染污水中的主要污染物质是染料和化学浆料，只要能够将这些成份，尤其是染料成份有效去除，然后在回用于对给水水质要求相对较低的工艺段是可行的。主要原因如下：
（1）印染工业的用水，真正对水质要求较高的是染色工艺，但其用水量不足17%。绝大部分工艺对水质要求都是很低的。
（2）印染污水中的浆料不会对漂洗、煮炼等工艺构成影响，只要能够有效去除污水中的SS、色度，使水质变得清澈透明即可。
（3）污水处理过程中不引入影响回用水质的药剂。ZY-1主要以Al、Mg为主，且在碱性条件下的溶度积都非常低，处理过程中不会引入影响回用的污染物质，且脱色率高。
采用ZY-I净水剂处理印染污水，药剂费用与采用常规絮凝剂基本相同，若处理后的水可用作回用水源，每吨水含排污费实际可节约1.5-2.0元。具有可观的经济效益和良好的社会、环境效益。
4 结论
（1）ZY-1是一种含有铝、镁、铁、钙等多种金属离子的新型复合混凝剂。pH值大于8的范围内，ZY-1具有良好的脱色性能。
（2）ZY-1自身的协同混凝作用，使其对实验选用的各种活性染料水样具有优良的脱色效果。能够有效处理溶解性阴离子小分子染料，但对于阳离子染料的脱色效果很低。
（3）用于活性染料污水处理时，ZY-1的最佳投加量为300－500mg/l。
（4）对于印染工业污水的处理，ZY-1的絮凝效果、脱色率、沉降性能及对污染因子的去除率均优于其它三种絮凝剂。
（5）ZY-1用于印染工业污水处理，能够实现80%的COD去除率和97%以上的脱色率，出水清澈、透明、无色，经简单处理后有望用作回用水源。
参考文献
[1]李峻雷,陈曙光,朱辰燕等.活性染料废水絮凝脱色性能研究.浙江师大学报（自然科学版）,2001,24（3）:268-271.
[2]李玉江,徐桂英,吴涛.用于印染污水脱色的镁铝复合活性硅.山东工业大学学报,1996,26（4）:484-488.
[3]秦蓁,乌锡康.镁盐对水溶性阴离子染料废水的脱色研究.中国环境科学,1994,14（5）:356-360.
[4]罗平,邹家庆,谢玉声.镁盐在反应染料废水治理中的应用研究.江苏化工,1999,27（5）:26-28.
[5]Liao M. Y. and Randtke M. Predicting the removal of soluble organic contaminants by lime softening. Wat. Res. 1986, 20(1): 27.
[6]Folkman Y. and Wachs A. M. Removal of algae from stabilization pond effluents by lime treatment. Wat. Res. 1973, 7(2):419.
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