聚合氯化鋁(PAC)是一種廣泛使用的無機(jī)絮凝劑,印染廢水經(jīng)生化處理后色度往往難以達(dá)標(biāo),采用PAC 進(jìn)行深度脫色處理效果較好, 但其存在用量大,水中殘留鋁對環(huán)境有害,形成的絮體結(jié)構(gòu)松散,沉降性能欠佳,水力沖擊下容易返渾等缺點(diǎn)〔1〕?目前改性硅藻土也常用于染料廢水的脫色〔2〕,硅藻土廉價無毒,適應(yīng)性強(qiáng),但吸附性能與活性炭相比還有差距,且多呈粉體難以固液分離?采用改性硅藻土復(fù)配聚合氯化鋁絮凝劑處理染料溶液, 可以獲得結(jié)構(gòu)密實(shí)的絮體,提高脫色效率,改善沉降性能,減少PAC用量從而減輕Al3+溶出對環(huán)境造成的危害, 由于硅藻土價格低廉,同時也可降低水處理成本?

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 材料與儀器

　　材料:硅藻土,化學(xué)純,質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以Si 計)為88%;聚合氯化鋁,質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以Al2O3計)為10%?以上材料均來自常州友邦凈水材料有限公司?商品活性艷紅?

　　儀器:721 分光光度計,上海精密科學(xué)儀器有限公司;MY3000-6 智能型混凝試驗(yàn)攪拌儀,潛江梅宇儀器有限公司;pHS-3C 型酸度計,上海虹益儀器儀表有限公司?

　　1.2 硅藻土改性方法

　　將硅藻原土用0.1 mol/L 的稀HCl 溶液浸泡24 h,然后用去離子水沖洗?烘干,在450 ℃下焙燒1 h 至微呈粉紅色,備用?

　　1.3 絮凝劑復(fù)配方法

　　將聚合氯化鋁在85 ℃下烘0.5 h, 然后與改性硅藻土按照一定的質(zhì)量比混合后反復(fù)研磨,即得復(fù)合絮凝劑?

　　1.4 脫色率測定

　　活性艷紅濃度采用分光光度法在540 nm 波長處測定?

　　脫色率=(C0-C1)/C0×100%

　　式中:

　　C0———活性艷紅初始質(zhì)量濃度,mg/L;

　　C1———處理后活性艷紅質(zhì)量濃度,mg/L?

　　1.5 沉降性能測定

　　用沉降時間表征沉降快慢?沉降時間是指攪拌停止后,污泥和液面之間形成明顯的分界面所需時間?絮體的緊密程度用污泥沉降比表征?將反應(yīng)懸濁液倒入250 mL 量筒中靜置1 h,測得污泥體積與原渾濁液體積之比即為沉降比?

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 不同藥劑的脫色效果將改性硅藻土?PAC 及PAC+改性硅藻土復(fù)合絮凝劑(PAC 與改性硅藻土質(zhì)量比為5∶1)各0.5 g 分別投加到200 mL 質(zhì)量濃度為70 mg/L?pH 為9.7 的活性艷紅溶液中, 以250 r/min 的速度攪拌45 min,靜置1 h 后取上清液測其濃度?不同藥劑的脫色效果見表1?

　　由表1 可知,在相同條件下,復(fù)合絮凝劑的處理效果最好,PAC 次之,改性硅藻土最差,沉降效果也依此順序下降?由于改性硅藻土吸附容量有限,加之呈粉體狀,不易固液分離,導(dǎo)致其脫色率較小?

　　硅藻土和PAC 復(fù)配使用,由于硅藻土具有較大的比表面積,可吸附活性艷紅分子,也可作為PAC 絮凝的“核”進(jìn)而發(fā)生架橋吸附,同時硅藻土結(jié)構(gòu)中的硅醇基水解致使表面帶負(fù)電荷〔3〕,對PAC 具有電中和脫穩(wěn)作用,因此處理后上清液清亮透明,沒有硅藻土懸浮微粒,生成的絮體較大,沉降性能大大改善?

　　2.2 PAC 與改性硅藻土配比的影響

　　將PAC 與改性硅藻土以不同質(zhì)量比混合研磨制得的復(fù)合絮凝劑0.5 g 投加到200 mL 質(zhì)量濃度為100 mg/L?pH 為9.7 的活性艷紅溶液中,以50 r/min的速度攪拌15 min,靜置1 h 后取上清液測其濃度?PAC 與改性硅藻土配比對處理效果的影響見圖1?

　　由圖1 可知,隨著m(PAC)∶m(改性硅藻土)的增大,脫色率隨之增加,當(dāng)比值超過5 時,脫色率增幅并不明顯,比值達(dá)到10 左右時,脫色率有下降的趨勢?這是因?yàn)楦男怨柙逋林饕鹬齽┑淖饔?當(dāng)其在復(fù)合絮凝劑中所占比例較大時, 發(fā)揮絮凝作用的PAC 的量不足,且硅藻土吸附容量較小,導(dǎo)致絮凝和吸附作用均不充分,脫色率不高,實(shí)驗(yàn)中觀察到硅藻土顆粒單獨(dú)于絮體先行沉降下來,污泥體積較小?隨著m(PAC)∶m(改性硅藻土)的提高,混凝?助凝以及吸附聯(lián)合作用效果得到提高?進(jìn)一步增加PAC 的比例時,硅藻土的吸附助凝作用被削弱,脫色效果和污泥沉降性能都有下降趨勢?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,m(PAC)∶m(改性硅藻土)在5∶1 附近對活性艷紅脫色效果最好,下述實(shí)驗(yàn)中復(fù)合絮凝劑均采用該配比?

　　2.3 復(fù)合絮凝劑投加量的影響

　　將不同質(zhì)量的復(fù)合絮凝劑分別投加到200 mL質(zhì)量濃度為100 mg/L?pH 約為9.7 的活性艷紅溶液中,以50 r/min 的速度攪拌15 min,靜置1 h 后取上清液測其濃度?復(fù)合絮凝劑投加量對處理效果的影響見圖2?

　　由圖2 可知,隨著復(fù)合絮凝劑投加量的增加,脫色率隨之上升?當(dāng)復(fù)合絮凝劑投加質(zhì)量達(dá)到0.5 g時,脫色率接近100%,進(jìn)一步增大投加量,脫色率沒有明顯變化,當(dāng)投加質(zhì)量增加到1 g 以上時,脫色率明顯下降?這是因?yàn)榫酆下然X水解產(chǎn)物主要為Al(Ⅲ)多羥基絡(luò)合物,可通過電中和使污染物顆粒或膠體雙電層壓縮?ζ 電位降低從而迅速脫穩(wěn),最終發(fā)生凝聚并沉降下來?如果加入過量的聚合氯化鋁,則污染物顆粒吸附過多的反離子,使所帶電荷變號,相互排斥,產(chǎn)生再穩(wěn)現(xiàn)象〔4〕?綜合考慮,合適的復(fù)合絮凝劑投加質(zhì)量濃度為2.5 g/L,下述實(shí)驗(yàn)均采用該投加量?

　　2.4 pH 的影響

　　將0.5 g 復(fù)合絮凝劑投加到200 mL 質(zhì)量濃度為100 mg/L?不同pH 的活性艷紅溶液中,以50 r/min的速度攪拌15 min,靜置1 h 后取上清液測其濃度?pH 對處理效果的影響見圖3?

　　由圖3 可知,pH<8 時絮凝過程非常緩慢,隨pH的增大,絮凝過程加快,絮體增大,脫色率隨之增大,當(dāng)pH 在10 左右時, 脫色效果最好, 進(jìn)一步增大pH,脫色率呈下降趨勢?聚合氯化鋁水解產(chǎn)物有單體〔Al3+?Al(OH)2+?Al(OH)2+〕?二聚體〔Al2(OH)22+〕?聚十三鋁〔AlO4Al12(OH)24 (H2O)127 +〕和高聚鋁, 而Al13是最佳絮凝凝聚形態(tài)〔5〕?水解產(chǎn)物存在形式和表面所帶電荷受pH 影響較大?在酸性條件下,Al(Ⅲ)多羥基絡(luò)合物向單體Al3+形式轉(zhuǎn)變,表面帶正電荷,而在較強(qiáng)堿性條件下,其向Al(OH)4-形式轉(zhuǎn)變,表面帶負(fù)電荷, 因此絮凝形態(tài)分布及表面荷電性質(zhì)有一個最佳pH 平衡點(diǎn)?本實(shí)驗(yàn)條件下,較適宜的pH范圍為9~11?

　　2.5 初始濃度的影響

　　分別將0.5 g 和1.0 g 復(fù)合絮凝劑投加到200 mL?pH 為10 的不同濃度的活性艷紅溶液中, 以50r/min 的速度攪拌15 min,靜置1 h 后取上清液測其濃度?溶液初始濃度對處理效果的影響見圖4?

　　由圖4 可知, 復(fù)合絮凝劑投加質(zhì)量為0.5 g 時,隨溶液初始濃度的增加,脫色率呈下降趨勢;當(dāng)投加質(zhì)量為1.0 g 時,在溶液初始質(zhì)量濃度﹤300 mg/L 的范圍內(nèi)均有95%以上的脫色率,溶液初始質(zhì)量濃度超過300 mg/L 以后,脫色率顯著下降?這說明單位質(zhì)量絮凝劑存在一最大絮凝量, 超過此范圍處理效果下降?

　　2.6 反應(yīng)時間的影響

　　將0.5 g 復(fù)合絮凝劑投加到200 mL 質(zhì)量濃度為100 mg/L?pH 為10 的活性艷紅溶液中, 以50 r/min的速度攪拌,經(jīng)歷不同的反應(yīng)時間,靜置1 h 后取上清液測其濃度?反應(yīng)時間對處理效果的影響見圖5?

　　由圖5 可知,反應(yīng)時間在20 min 左右時,脫色率達(dá)到最大,反應(yīng)時間超過20 min 后脫色率略有下降,增加反應(yīng)時間對處理效果幾乎沒有幫助?實(shí)驗(yàn)表明,該復(fù)合絮凝劑對活性艷紅的吸附?絮凝和凝聚過程較迅速,這在實(shí)際水處理中是十分便利的?

　　2.7 攪拌強(qiáng)度的影響

　　將0.5 g 復(fù)合絮凝劑投加到200 mL 質(zhì)量濃度為100 mg/L?pH 為10 的活性艷紅溶液中,以不同的轉(zhuǎn)速攪拌20 min,靜置1 h 后取上清液測其濃度?攪拌強(qiáng)度對處理效果的影響見圖6?

　　由圖6 可知,攪拌強(qiáng)度較小時,脫色率較高,攪拌強(qiáng)度在50 r/min 左右時,脫色效果最好,攪拌強(qiáng)度超過150 r/min,脫色率明顯下降?實(shí)驗(yàn)中亦觀察到在慢攪情況下,形成的絮體較大,沉降較快;快攪情況下,形成的絮體較小,沉降較慢,這是因?yàn)樗l件對絮凝與凝聚行為影響很大?但攪拌速度太小,復(fù)合絮凝劑未能與污染物充分接觸, 自然會影響脫色效果;攪拌速度過大,絮體易被打碎,影響絮團(tuán)對污染物的架橋吸附及網(wǎng)捕作用,造成脫色率下降?具體參見 污水處理技術(shù)資料或污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　改性硅藻土作為聚合氯化鋁的助凝劑可明顯提高對染料溶液的脫色率,大大提高污泥的沉降性能,在難生化降解印染廢水的預(yù)處理中具有重要意義?當(dāng)聚合氯化鋁與改性硅藻土的質(zhì)量比在5~10 的范圍內(nèi),廢水的pH 在9~11 范圍內(nèi)時,復(fù)合絮凝劑對染料廢水具有很好的脫色效果, 十分適合堿性印染廢水的預(yù)處理?另外,15~20 min 的混凝時間在實(shí)際廢水處理中是很容易接受的, 同時由于廉價無毒硅藻土的替代,減少了聚合氯化鋁的用量,有助于降低混凝后出水殘留鋁的濃度, 減輕對環(huán)境的危害以及降低處理成本?