直接紫-N染料废水处理技术

据统计我国燃煤电厂每年排放的粉煤灰总量逐年增加，截止到2010年已达2亿多t，而约60%的粉煤灰堆放于灰场，给我国国民经济建设和生态环境造成了巨大的压力。国内外试验研究证明，粉煤灰能够广泛应用于各种工业废水的处理，对重金属离子、磷酸根离子、有机物、悬浮物、油类及色度等都有较好的去除效果。

印染废水是一类较难处理的工业废水，它色度高，无机化合物种类多。本研究从特定的直接紫-N染料废水展开研究，从粉煤灰形态结构、活性等微观机理上研究粉煤灰利用处置的资源与环境属性，为印染废水处理和粉煤灰综合利用提供新的途径。

1 实验材料与方法
 
1.1 实验材料与主要仪器
 
本研究所用粉煤灰取自内蒙古包头电厂，颜色为灰白色。实验前，先将粉煤灰经过0.125 mm的筛子，然后放入烘箱中烘干备用。取一定质量的粉煤灰和一定浓度的改性剂溶液按一定比例混合，常温条件下搅拌反应活化，活化后的粉煤灰烘干，即制得实验所用的改性粉煤灰。染料为工业用直接紫-N 染料。

主要仪器：球形冷凝管、电热板或电炉、滴定管、六联搅拌器、分析天平、烘箱、分光光度计等。

处理的废水是实验室配制的模拟直接紫-N印染废水。染料质量浓度为0.2 g/L，废水中NaCl质量浓度为0.02 g/L，COD 164 mg/L，SS 90 mg/L，色度 2 048倍。本实验中用分光光度计测量直接紫-N染料废水的吸光度，获得最大吸收波长为570 nm。

1.2 实验方法
 
本实验通过选取最佳的改性试剂和改性时间对粉煤灰进行改性，利用改性活化粉煤灰对直接紫-N废水进行处理，通过对色度的去除率选取最佳的单一变量条件，最后对处理后的废水测其COD、SS的去除率。通过试验，研究了废水的最佳pH、粉煤灰的最佳投加量、最佳搅拌时间、吸附时间和灰水比对吸附效果的影响。经过预实验，确定用φ（HCl）∶ φ（H2SO4）=1∶3的混酸对粉煤灰进行改性，改性时间为2 h，色度去除率可达99%以上。后续试验中均使用混合酸对粉煤灰改性。

2 结果与讨论
 
2.1 pH对染料废水处理效果的影响
 
取500 mL容量烧杯7只，各加入400 mL的模拟染料废水，每只烧杯中加入5 g改性后粉煤灰。用HCl和NaOH分别将废水的pH调至 2、4、6、8、10、12、14。将烧杯放到搅拌器上搅拌，搅拌过程分为三个阶段，第一阶段转速为250 r/min，搅拌时间为 1.5 min；第二阶段转速为150 r/min，搅拌时间为 5 min；第三阶段转速为100 r/min，搅拌时间为 20 min。搅拌完成后将烧杯依次放在桌面上静置10 min，最后测定废水的吸光度，计算色度去除率，确定最佳pH范围。实验结果见图 1。

 pH可影响染料在废水中的溶解，还影响粉煤灰表面带电情况，从而影响粉煤灰对染料的脱色效果。由图 1可知，在pH为6~8时，脱色率变化不大；当pH>8后，脱色率下降；当pH＜6时，脱色率增加。染料在水溶液中一般以阴离子形式存在，在碱性条件下，一方面染料阴离子在粉煤灰表面竞争吸附，另一方面由于粉煤灰表面带有大量负电荷，产生了静电斥力，妨碍了染料阴离子吸附。本研究中，当pH≤2时，色度去除率可达99％以上。

2.2 改性粉煤灰投加量对染料废水处理效果的影响
 
取500 mL容量烧杯8只，各加入400 mL的模拟染料废水，分别加入粉煤灰0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 g并调节废水的pH至2。将烧杯放到搅拌器上按2.1中的搅拌过程搅拌后静置10 min，最后测定废水的吸光度，计算色度去除率，选出效果最佳的粉煤灰的投加量。实验结果见图 2。

 由图 2可以看出，一开始随着粉煤灰用量的增加，脱色率快速增加。但当粉煤灰投加质量大于2.5 g后脱色率反而有所下降。这可以理解为此时的粉煤灰加入量正好用来吸附废水中的有机物，实现了完全的吸附，再加入更多的粉煤灰反而使得没有完全进行吸附的那部分粉煤灰影响了废水的吸光度，从而降低了脱色率。本实验中，粉煤灰投加质量从2.0 g提高到2.5 g时，色度去除率基本保持不变，而从经济的角度来看，选择2.0 g为最佳投加质量，即改性粉煤灰的最佳投加质量浓度为5 g/L。

2.3 改性粉煤灰投加量对染料废水处理效果的影响
 
取500 mL容量烧杯7只，各加入400 mL的废水，调节废水的pH至2，粉煤灰投加质量为2.0 g。根据前期实验结果，控制第一阶段转速为250 r/min，搅拌时间为1.5 min，第二阶段转速为150 r/min，搅拌时间为5 min，第三阶段转速为100 r/min，改变这一阶段搅拌时间分别为0、5、10、15、20、25、30 min。搅拌完成后静置10 min，测定废水吸光度，计算色度去除率，选出效果最佳的搅拌时间。实验结果见图 3。

 从图 3可以看出，当第三阶段的搅拌时间为 20 min时，脱色率达到了最高。如果搅拌的时间过长，会破坏已经形成的絮体，使得废水变得浑浊，悬浮物增加，从而影响废水的污染物去除。

2.4 静置时间对染料废水处理效果的影响
 
取500 mL容量烧杯6只，各加入400 mL的废水，在每只烧杯中分别加入2.0 g的粉煤灰，并将废水的pH调至2。搅拌完成后分别静置0、10、20、30、40、50 min，最后测定废水的吸光度，计算色度去除率，得出最佳静置时间。实验结果见图 4。

 随着静置时间的变长，去除率不断增加，当静止时间达到20 min后色度去除率达到稳定。

2.5 最优条件下染料废水处理效果研究
 
实验通过在单一因素的变化下，确定了每一种影响因素的最优条件。在各最优条件下，对预配制模拟废水进行了处理，为了验证处理的效果，对废水处理后的污染因子进行了测定，以评价废水的处理效果是否达到了国家规定的印染废水排放标准。

原水和改性粉煤灰处理后的废水中的COD、SS和色度的去除情况如表 1所示。

由表 1可知，用酸改性活化后的粉煤灰能较好地处理直接紫-N染料废水。改性粉煤灰对直接紫-N废水的COD的去除率达87.8%，处理后的废水中的COD达到了排放标准。改性粉煤灰对直接紫-N废水的脱色效果也十分明显，去除率达到了98.4%，处理后的废水颜色较浅，也达到了排放标准。而改性粉煤灰对废水中SS去除率却较低，只有11%，这主要是因为直接紫-N是可溶性染料，废水中本身所含SS较少，因此，处理后的废水中总的SS去除率较低，但溶液中SS的绝对量很少。

3 结论
 
对于质量浓度为0.2 g/L直接紫-N染料溶液，改性粉煤灰的最佳吸附条件是：溶液的pH=2，改性粉煤灰的最佳投加质量浓度为5 g/L；溶液的最佳搅拌时间为三个过程，第一阶段转速为250 r/min，搅拌时间为1.5 min；第二阶段转速为150 r/min，搅拌时间为5 min；第三阶段转速为100 r/min，搅拌时间为20 min；废水的最佳静置时间为20 min。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

在最佳吸附条件下测得COD为20 mg/L，去除率为87.8％；色度的去除率达到了98.4%，处理后的废水颜色较浅，改性粉煤灰对COD和色度的去除率较高。改性粉煤灰处理直接紫-N染料废水效果显著，处理后的出水达到《纺织染整工业污染排放标准》（GB 4287—1992）要求。