粉煤灰強化混凝法處理單一染料廢水的實驗研究

摘 要：混凝-氧化復(fù)合處理印染廢水，以適宜的混凝劑、氧化劑和粉煤灰助凝劑對模擬印染廢水進行處理。采用正交實驗，分析研究pH值、混凝劑投加量、助凝劑投加量對混凝處理效果的影響，得出最佳混凝條件；采用單因素實驗研究pH值、氧化劑投加量對氧化處理效果的影響，并確定最佳氧化實驗條件。

關(guān)鍵詞：強化混凝；粉煤灰；染料廢水

1 概述

印染廢水是工業(yè)廢水排放大戶，是對環(huán)境污染嚴重的工業(yè)污染源之一。如何選擇一個技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的方法將印染、染料廢水進行脫色，一直是廢水處理上的一個重要課題[1]。近年來國內(nèi)外對含染料廢水的脫色方法進行了大量研究，但由于含染料廢水類別復(fù)雜，使治理技術(shù)很難實現(xiàn)工業(yè)化，所以如何脫色成為含染料廢水處理的一個難題。

吸附法是利用多孔性的固體物質(zhì)，使廢水中的一種或多種物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。染料廢水處理中，吸附法主要應(yīng)用于預(yù)處理和深度處理。吸附法主要有活性炭吸附、粉煤灰吸附等。吸附劑種類繁多，工程中需要考慮吸附劑對染料的選擇性，并根據(jù)廢水水質(zhì)來選擇吸附劑。

活性炭吸附面積大，有很強的吸附能力和選擇性，但是易流失，需不斷補充，運行費用大，常用作廢水的深度處理。粉煤灰由于來源廣泛，價格低廉，因而在印染廢水方面有較大的潛力。其主要的吸附性物質(zhì)為Al2O3，CaO，MgO和C。

考慮到優(yōu)化混凝脫色工藝不會過多地增加其運行投資成本，因此采用以廢治廢，即采用適宜的廢棄物作為助凝助沉劑與化學混凝劑聯(lián)用處理印染廢水，提高廢水處理效果，被認為是實現(xiàn)優(yōu)化工藝的有效途徑[2]。

在眾多可作為助凝劑使用的廢棄物中，粉煤灰具有優(yōu)越的助凝性能。

粉煤灰在絮凝過程中有協(xié)同效應(yīng)。作為助凝劑，粉煤灰為絮凝提供了凝聚晶核，為絮體的迅速長大創(chuàng)造了條件。又因為粉煤灰本身密度大，當粉煤灰顆粒卷入礬花后，能增加絮體的比重，加速礬花的沉降速度。利用粉煤灰處理廢水不但能夠解決粉煤灰環(huán)境污染的問題，而且具有顯著的經(jīng)濟效益。這不僅可以為粉煤灰的利用提供一種新的方向，還可為廢水的處理提供廉價的原料。

2 實驗部分

2.1 實驗材料

（1）粉煤灰改性

將粉煤灰和0.5mol/L的H2O2按固液質(zhì)量比為1∶10的比例混合，常溫條件下攪拌反應(yīng)一定時間，然后進行抽濾，將所得固體洗凈后烘干，備用。

（2）配制模擬染料廢水

分別稱取固體染料直接深藍、酸性橙、堿性桃紅0.0500g，定容至500ml，配成100mg/L的廢水，測出原廢水pH值分別為8.06，7.85，7.81。

（3）實驗過程

在500ml的燒杯中加入500ml印染廢水，定位在加熱攪拌機上，邊攪拌邊加入混凝劑PFS，調(diào)節(jié)pH值，混凝一段時間后，加入PAM，快速攪拌1min，加入助凝劑粉煤灰，快速攪拌2min，再慢速攪拌10min，靜置20min后取其上清液，測定吸光度。

2.2 實驗方法

文章先用正交實驗分別對三種單色染料廢水進行混凝處理，作正交分析后得出三種單色染料的最佳混凝條件?；炷饕绊懸蛩貫椋簆H值（A）、PFS投加量（B）、PAM投加量（C）、粉煤灰投加量（D），采用L9（43）正交表加以研究，其中各因素水平取值鑒于文獻資料中經(jīng)驗值而定[3-5]。

3 結(jié)果與討論

3.1 直接深藍染料廢水實驗結(jié)果

以脫色率為指標，表5知，方差分析結(jié)果表明四個因素的影響均不顯著。由表4知，表中極差值表示該因素對實驗結(jié)果的影響大小，極差越大，該因素對反應(yīng)的影響越大[6]。從表4中可以看出pH值是主要因素。從不同水平的脫色率均值來看，A采用水平1較好；B采用水平2較好；C采用水平1較好；D采用水平1較好。又因B水平1、2在誤差范圍內(nèi)，由此我們可判斷正交表中混凝的最佳組合是A1B1C1D1，即直接深藍混凝最佳混凝條件是：pH值6，PFS量500mg/L，PAM量4mg/L，粉煤灰量0.5g/L。在此條件下，做三次重復(fù)實驗，得平均脫色率為97.2%。

3.2 酸性橙廢水實驗結(jié)果

結(jié)果表明，A為極顯著，B、D都為顯著，由于沒有交互作用，故為加性模型，即A、B、D的好水平組合表現(xiàn)一定好。影響脫色率的最主要因素為：pH值；從平均值上看，A以水平1最好，B以水平1最好，C以水平2最好，D以水平3最好。又因為C水平1、2相差很小，可忽略，由此可判斷正交表中混凝的最佳組合是A1B1C1D3，即酸性橙廢水混凝最佳條件為：pH值5，PFS量500mg/L，PAM量4mg/L，粉煤灰量3g/L。以此最佳條件做三次重復(fù)實驗，所得平均脫色率是92.5%。

3.3 堿性桃紅廢水實驗結(jié)果

對脫色率的最主要影響因素為：PFS用量。從平均值上看，A以水平3最好，B以水平2最好，C以水平3最好，D以水平2最好，由此可判斷正交表中混凝的最佳組合是A3B2C3D2，即堿性桃紅廢水混凝最佳條件為：pH值8，PFS投加量1000mg/L，PAM投加量12mg/L，粉煤灰投加量2g/L。以此最佳條件做三次重復(fù)實驗，所得平均脫色率是79.9%。

3.4 pH值對脫色率的影響

脫色率隨著pH值的增加而增加，因此對pH值繼續(xù)研究。在PFS投加量1000mg/L，PAM投加量8mg/L，粉煤灰投加量2g/L條件下，調(diào)節(jié)pH值為8，做三次重復(fù)實驗，得平均脫色率為79.8%，而由上述可知，pH值為7（其它條件相同）時的平均脫色率為83.9%。

這說明：pH值太小，聚鐵的高價多核絡(luò)離子會轉(zhuǎn)變成鐵離子而失去凝集作用；pH值太高，水解形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成低電荷氫氧化物凝膠，絮凝作用降低。當混凝pH值控制在最佳范圍內(nèi)時，所投加的藥劑均能使其水解成多核羥基配合物達到最佳組合，充分發(fā)揮其混凝作用。因此，最佳混凝pH值取7。

3.5 PFS投加量對脫色率的影響

當PFS投加量在1000mg/L時，色度去除率最佳。分析其原因如下：若投藥量不足，水中雜質(zhì)得不到充分的逆反電荷脫穩(wěn)，不能凝聚成大顆粒而被絮凝；投加量太大，雖然增加了多核聚合羥基離子的數(shù)量，但架橋作用所必須的粒子表面吸附活性點少了，架橋變得困難，同時，投加量過大，膠體表面會帶上相反的電荷，使剛脫穩(wěn)的膠體又重新獲得穩(wěn)定。

3.6 PAM投加量對脫色率的影響

隨著PAM投加量增加，脫色率呈上升趨勢，當PAM投加量為8mg/L時就起到足夠好的架橋作用，使礬花結(jié)大而快速沉降；當投加量過大，PAM能產(chǎn)生膠體保護作用而使膠體剛脫穩(wěn)而又轉(zhuǎn)向再懸浮，導(dǎo)致色度去除率下降。

3.7 粉煤灰投加量對脫色率的影響

粉煤灰的投加量過少不但未能起到應(yīng)有的作用，反而可能由于其帶入的粉體造成水體略顯混濁；過量又會導(dǎo)致水體混濁更加明顯，當粉煤灰投加量適當時，粉煤灰與混凝劑的協(xié)同作用會達到一個最大值，但由圖4可見粉煤灰投加量增加對脫色率影響不大，因此，粉煤灰的最佳投加量為2g/L。

綜上所述，混凝最佳條件為：pH值7，PFS投加量1000mg/L，PAM投加量8mg/L，粉煤灰量2g/L。以此最佳條件做三次重復(fù)實驗，所得平均脫色率是83.9%。

4 結(jié)束語

所選三種染料廢水混凝的適宜pH值范圍為5～8，PFS投加量為500mg/L～1000mg/L，最佳混凝條件中，直接深藍廢水粉煤灰投加量最少，為0.5g/L，酸性橙廢水粉煤灰投加量最多，為3g/L；堿性桃紅廢水PAM投加量最多，為12mg/L，直接深藍廢水和酸性橙廢水PAM投加量最少，為4mg/L。三種染料廢水中脫色效果最好的為直接深藍廢水，其次是酸性橙廢水，最后是堿性桃紅廢水。

參考文獻

[1]杜愛國.印染廢水的脫色處理[J].印染，1997，23（5）：34-38.

[2]閆慶松.厭氧+好氧+煤渣吸附處理偶氮染料廢水的研究[J].工業(yè)水處理，2000（5）：22-26.

[3]湯鴻霄.無機高分子復(fù)合絮凝劑的研究趨向[J].中國給水排水，1999，15（12）：1-4.

[4]賀啟環(huán)，張勇，方華.處理印染廢水的復(fù)合混凝劑的研究進展[J].工業(yè)水處理2002，22（4）：1-4.

[5]李方文，魏先勛，馬淞江，等.粉煤灰改性吸附材料的研究[J].重慶環(huán)境科學，2003（6）：4-8.

[6]袁志發(fā)，周靜芋.實驗設(shè)計與分析[M].北京：高等教育出版社，2000.