粉煤灰負(fù)載殼聚糖處理印染廢水的最佳實(shí)驗(yàn)條件

陳瑞華，王艷華，2，高嬋娟

（1. 長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054； 2. 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075）

印染廢水水量大，有機(jī)物含量高，會(huì)對(duì)水體造成嚴(yán)重污染，造成農(nóng)作物產(chǎn)量減少[1]。對(duì)印染廢水進(jìn)行處理，不但可以減輕和避免環(huán)境污染，還可以重復(fù)利用處理后的水，節(jié)約水資源。

同單純粉煤灰或殼聚糖比較，其復(fù)合物具有更好的吸附性能。因?yàn)?，?dāng)粉煤灰負(fù)載殼聚糖后，增大了粉煤灰的層間距，使負(fù)荷吸附劑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，更有利于吸附[2]。用這種復(fù)合吸附劑來(lái)處理廢水，不但有粉煤灰和殼聚糖兩者的優(yōu)點(diǎn)，而且能相互彌補(bǔ)不足[3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和藥品

1.1.1 儀器

FA2104分析天平（上海電子天平儀器廠），78-1磁力攪拌器（金壇市華峰儀器有限公司），722分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)有限公司），101-型烘箱（北京科維永興儀器有限公司），PHB-1 pH計(jì)（上海世諾物理光學(xué)儀器有限公司），DF-101S集熱式恒溫磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司），TDL-40B離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）。

1.1.2 藥品

本實(shí)驗(yàn)中所用的粉煤灰來(lái)自西安西郊電廠，呈灰黑色粉末狀。

實(shí)驗(yàn)中用到的其他實(shí)驗(yàn)藥品：殼聚糖（脫乙酰度達(dá)80%～95%），氫氧化鈉，硫酸，冰乙酸，均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 印染廢水的配制

在 1 000 mL的自來(lái)水中投加酸性粉紅染料0.122 7 g，直接草黃染料0.152 5 g，直接染料0.128 g，并攪拌均勻。每次在使用廢水前需進(jìn)行攪拌以防止沉淀，從而減小脫色誤差。

1.2.2 粉煤灰負(fù)載殼聚糖的制備

根據(jù)查詢的粉煤灰負(fù)載殼聚糖的制備方案進(jìn)行制備[4]。

1.2.3 粉煤灰負(fù)載殼聚糖處理印染廢水的條件的確定

（1）粉煤灰負(fù)載殼聚糖投加量的確定

（2）反應(yīng)廢水pH的確定

（3）反應(yīng)溫度的確定

（4）攪拌時(shí)間的確定

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 投加量對(duì)印染廢水脫色的影響

當(dāng)pH為4，攪拌時(shí)間為20 min，反應(yīng)溫度是35 ℃，沉淀5 h條件下，反應(yīng)吸附劑投加量對(duì)廢水脫色率的影響曲線如圖1所示。

圖1 吸附劑投加量與脫色率的關(guān)系Fig.1 The relationship between adsorbent dosage and decolorization rate

由圖1可以看出，整體趨勢(shì)是脫色率隨著投加量的增加而增加，最后曲線趨于平緩，其中當(dāng)投加量為4 g/L時(shí)脫色率最大，可達(dá)97%，而大于4 g/L后脫色率變化就不是很大了。考慮到經(jīng)濟(jì)效益和處理后期污泥的產(chǎn)量，復(fù)合吸附劑的投加量為 4 g/L時(shí)最宜。

2.2 pH對(duì)印染廢水脫色的影響

在投加量為4 g/L，反應(yīng)溫度為35 ℃，攪拌時(shí)間20 min，沉淀5 h的條件下，用氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液調(diào)節(jié)配制的印染廢水的pH，可得到脫色率這是由于粉煤灰負(fù)載殼聚糖是陽(yáng)離子絮凝劑，所以呈正電性，當(dāng)pH過(guò)低時(shí)，復(fù)合吸附劑中的殼聚糖在強(qiáng)酸溶液中容易溶解、流失，從而不利于對(duì)染料的吸附；當(dāng)pH過(guò)高，呈堿性時(shí)，溶液中含有大量的氫氧根離子，而染料中大部分是陰離子型染料，所以廢水中的染料和氫氧根離子會(huì)在復(fù)合吸附劑的表面形成競(jìng)爭(zhēng)，且導(dǎo)致吸附劑表面帶有大量的負(fù)電荷，從而與廢水中的染料形成靜電相斥，所以吸附脫色效果也隨之降低[5]。最終實(shí)驗(yàn)中選取最適宜的pH為3.5，此時(shí)的脫色率可高達(dá)94%。

隨著pH的變化趨勢(shì)，如圖2所示。

由圖2可以看到，配制的印染廢水在pH為3～3.5范圍內(nèi)被脫色的效果最好，且較穩(wěn)定，當(dāng)pH過(guò)低時(shí)或堿性時(shí)脫色效果都比較差。

圖2 pH與脫色率的關(guān)系Fig.2 The relationship between pH and decolorization rate

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)印染廢水脫色的影響

在復(fù)合吸附劑投加量為4 g/L，pH為3.5，攪拌時(shí)間20 min，沉淀5 h的條件下，可得到反應(yīng)溫度對(duì)印染廢水脫色率的影響趨勢(shì)曲線，如圖3所示。

圖3 反應(yīng)溫度與脫色率的關(guān)系Fig.3 The relationship between reaction temperature and decolorization rate

由圖3可以看到，在溫度變化范圍內(nèi)脫色率的變化不是很大，均在 90%以上，雖然當(dāng)溫度為 30℃時(shí)結(jié)果中脫色率最大，但考慮到處理工藝的方便和運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性，所以選擇該復(fù)合吸附劑處理印染廢水的適宜反應(yīng)溫度為常溫即可。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)印染廢水脫色的影響

在粉煤灰負(fù)載殼聚糖復(fù)合吸附劑投加量為 4 g/L，pH為3.5，反應(yīng)溫度為常溫下，沉淀5 h的條件下得到對(duì)應(yīng)的影響曲線，如圖4所示。

由圖4可看到，印染廢水的脫色率隨著反應(yīng)時(shí)間先增大，接著減小，在反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí)脫色率達(dá)到最大。

這是因?yàn)槲絼?duì)燃料分鐘的吸附剛開始是低能量，吸附速率快的物理吸附，在開始一段時(shí)間后達(dá)到最大吸附量。但物理吸附不穩(wěn)定，隨著吸附量的增加，其解吸速率增大，脫色效果呈下降趨勢(shì)，吸附速率和解吸速率逐漸接近，最后兩者相等達(dá)到吸附平衡，與此同時(shí)，高能量，吸附速率慢的化學(xué)吸附已逐漸完成。

當(dāng)反應(yīng)時(shí)間再增大時(shí)，吸附量又降低趨勢(shì)，可能是因?yàn)樨?fù)載的殼聚糖有部分溶解、流失了，或者先前形成的絮凝體經(jīng)劇烈攪拌又疏散開了，所以實(shí)驗(yàn)攪拌過(guò)程中，前期是較劇烈攪拌，后期要相應(yīng)的減小攪拌的速度[6,7]。因此，20 min的攪拌時(shí)間是適宜的反應(yīng)時(shí)間了。

圖4 反應(yīng)時(shí)間與脫色率的關(guān)系Fig.4 The relationship between reaction time and decolorization rate

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)印染廢水的脫色處理研究。根據(jù)查詢的粉煤灰負(fù)載殼聚糖的制備方案制得復(fù)合吸附劑，用得到的復(fù)合吸附劑對(duì)自行配制的印染廢水進(jìn)行脫色吸附處理，經(jīng)實(shí)驗(yàn)知其最佳處理?xiàng)l件是：廢水pH為3.5，投加量是4 g/L,反應(yīng)溫度為常溫，反應(yīng)時(shí)間20 min，處理效果良好。

［1］輕工業(yè)部國(guó)外輕工業(yè)污染資料編譯組.輕工業(yè)污染及其防治[M].北京:石油化學(xué)工業(yè)出版社，1975.

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［5］Quina，Margarida M.J. ，Quinta-Ferreira. Properties of recent hazardous waste in Portugal[J]. Key Engineering Materials 230-232(Advanced Materials Forum I)，2002：400-403.

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