納米Fe3O4強(qiáng)化PAC混凝沉淀處理印染廢水

　　印染廢水存在有機(jī)污染物含量高、成分復(fù)雜、污水色度嚴(yán)重超標(biāo)等問題。目前，針對印染廢水的處理方法主要有生化處理、膜處理、電化學(xué)、高級氧化等，而隨著技術(shù)革新與行業(yè)發(fā)展，用于印染行業(yè)的各種染料的成分變得更加復(fù)雜，相應(yīng)地，生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生印染廢水的處理難度急劇增加，常規(guī)處理難以使其達(dá)標(biāo)排放，且存在運(yùn)行成本高、管理難度大等問題。

　　納米Fe3O4是一種功能性材料，有著比表面積大、吸附性能強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。通過對印染廢水的研究，探討納米Fe3O4磁性顆粒對其處理效果的影響程度，從而為印染廢水的工業(yè)化處理提供一定的實(shí)驗(yàn)及理論基礎(chǔ)。

　　1、實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 實(shí)驗(yàn)用水

　　實(shí)驗(yàn)用水取自河南省某危險(xiǎn)廢物處置中心物化污水車間印染廢水原料池，其主要水質(zhì)指標(biāo)為：pH值為7.8，COD為4216.18mg/L，色度為813。

　　1.2 主要試劑及儀器

　　設(shè)備：UJ33a型直流電位差計(jì)、JB90-S電動攪拌機(jī)、PHS-3E型pH計(jì)、YZF-6210型臺式真空干燥箱、FA2004電子天平、KL05R離心機(jī)等。

　　試劑：FeCl3?6H2O、硫酸亞鐵銨、氨水、聚合氯化鋁(PAC)、氫氧化鈉、硫酸等，各化學(xué)試劑均為市售分析純。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方法

　　1.3.1 納米Fe3O4的制備

　　利用FeCl3?6H2O、硫酸亞鐵銨分別配置c(Fe3+)為1.0mol/L及0.5mol/L的溶液，取一定量濃度為0.5mol/L的Fe2+溶液置于燒杯中，逐滴滴入濃度為1.0mol/L的Fe3+溶液，以飽和甘汞作為參比電極，鉑電極作為指示電極，設(shè)定體系原電池電動勢為0.4475V(若有變化補(bǔ)充Fe2+及Fe3+溶液)，將此混合溶液緩慢加入劇烈攪拌的濃度為3.0mol/L的氨水溶液中，充分反應(yīng)后離心沉降并利用蒸餾水清洗數(shù)次，將所得黑色沉淀于120℃下真空干燥，即得納米Fe3O4。

　　1.3.2 復(fù)合混凝劑制備

　　根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)，稱取一定量的納米Fe3O4磁性顆粒，置于250mL的錐形瓶中，向其中加入50mL蒸餾水，利用電動攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢?，直至其在水中分布均勻，隨后向其中加入一定量的PAC，繼續(xù)攪拌直至混合均勻，所得溶液即為摻雜有納米Fe3O4磁性顆粒的復(fù)合混凝劑。

　　1.3.3 混凝沉淀實(shí)驗(yàn)

　　量取50mL印染廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)廢水的初始pH值，隨后向其中加入一定量的復(fù)合混凝劑，設(shè)定攪拌速率為300r/min，設(shè)定不同反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后過濾，取上層清液進(jìn)行各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)檢測。

　　1.4 分析方法

　　pH值利用PHS-3E型pH計(jì)測定，色度檢測采用稀釋倍數(shù)法(GB/T11903)進(jìn)行測定，COD的檢測按HJ828的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

　　2、結(jié)果及分析

　　2.1 單一PAC對印染廢水的處理效果

　　量取50mL印染廢水于燒杯中，調(diào)節(jié)廢水的初始pH值為6.5，向其中加入不同質(zhì)量的PAC，反應(yīng)過程中充分?jǐn)嚢瑁浞址磻?yīng)后過濾，取上層清液進(jìn)行各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)檢測，檢測結(jié)果如表1所示。

　　從表1可以看出，在印染廢水中投加PAC，隨著投加量的增大，廢水COD及色度的去除率不斷增大，當(dāng)PAC投加量為2.5g/L時(shí)，對應(yīng)COD及色度的去除率分別為33.15%及66.49%。從綜合處理效果可以看出，當(dāng)PAC投加量>2.5g/L時(shí)，廢水的COD去除率增幅變小。

　　2.2 復(fù)合混凝劑中納米Fe3O4的投加量對處理效果的影響

　　設(shè)定PAC的質(zhì)量濃度為2.5g/L，加入不同量的納米Fe3O4，依照1.3.2的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行復(fù)合混凝劑制備，隨后利用1.3.3的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行混凝沉淀實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如表2所示。

　　從表2可以看出，隨著納米Fe3O4投加量的不斷增大，廢水COD及色度的去除率不斷增大，當(dāng)納米Fe3O4的投加量為2.0g/L時(shí)，廢水COD及色度的去除率分別為53.56%和90.23%，形成該現(xiàn)象的原因可能為：PAC的加入能夠在反應(yīng)體系內(nèi)水解為多種具有強(qiáng)吸附和電中和能力的正電多核羥基絡(luò)合物，從而與印染廢水中呈負(fù)電的膠體懸浮物發(fā)生反應(yīng)，使其發(fā)生脫穩(wěn)、凝聚及沉淀而被去除。另外，由于納米Fe3O4有著較大的比表面積與強(qiáng)吸附能力，在與PAC共同處理印染廢水的過程中，能夠以礬花核心的形式存在，產(chǎn)生異相成核的作用，從而強(qiáng)化絮凝體的密實(shí)度，縮短礬花形成、聚集及沉淀的時(shí)間，增強(qiáng)了PAC對印染廢水的處理效果。此外，印染廢水色度的去除率遠(yuǎn)高于COD的去除率，原因可能為廢水中產(chǎn)生色度的官能團(tuán)(如―SO3、―NH2、―OH等)容易與反應(yīng)體系內(nèi)的Al3+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而性質(zhì)改變，從而易于被吸附去除[10]。

　　對比表1、表2可以看出，納米Fe3O4的引入能夠顯著增強(qiáng)PAC對廢水的處理效果，當(dāng)納米Fe3O4的投加量為2.0g/L時(shí)，較之單一PAC的處理效果其COD及色度去除率增幅分別可達(dá)20.41%和23.74%。當(dāng)納米Fe3O4的投加量進(jìn)一步增大時(shí)，廢水綜合處理效果增幅變小，故選擇納米Fe3O4的投加量為2.0g/L。

　　2.3 pH值對復(fù)合混凝劑處理效果的影響

　　以PAC投加量為2.5g/L，納米Fe3O4的投加量為2.0g/L，依照1.3.2進(jìn)行復(fù)合混凝劑制備，調(diào)節(jié)印染廢水初始pH值，依照1.3.3進(jìn)行混凝沉淀實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如表3所示。

　　從表3可以看出，當(dāng)印染廢水的初始pH值為4～6.5時(shí)，復(fù)合混凝劑對COD及色度的去除效果明顯，當(dāng)pH值為6.5時(shí)，廢水COD及色度去除率分別為54.27%及90.89%。而隨著pH值的進(jìn)一步提升，水質(zhì)處理效果急劇變差。

　　造成該現(xiàn)象的原因可能為：在弱酸性環(huán)境下，PAC水解產(chǎn)物主要是以帶正電荷形式存在的絡(luò)合物，如Al(OH)2+、Al(OH)2+、Al(OH)24+等，當(dāng)廢水體系的pH值過高時(shí)，PAC的水解產(chǎn)物形式發(fā)生轉(zhuǎn)化，如AlO-2、Al(OH)4-等，電荷形式的轉(zhuǎn)變使其自身的電吸附、中和能力降低，溶液中帶負(fù)電荷的膠體得以穩(wěn)定存在，故而造成廢水的混凝處理效果變差。

　　2.4 反應(yīng)時(shí)間對復(fù)合混凝劑處理效果的影響

　　PAC投加量為2.5g/L，納米Fe3O4的投加量為2.0g/L，依照1.3.2進(jìn)行復(fù)合混凝劑制備，調(diào)節(jié)印染廢水初始pH值為6.5，設(shè)定不同反應(yīng)時(shí)間，依照1.3.3進(jìn)行混凝沉淀實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如表4所示。

　　從表4可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，經(jīng)復(fù)合混凝劑處理后廢水的COD去除率表現(xiàn)出先增加后輕微降低的態(tài)勢，色度的去除率基本不變。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí)，廢水COD及色度去除率分別為54.09%及90.72%。

　　原因可能為：經(jīng)PAC及納米Fe3O4處理后的絡(luò)合、沉淀產(chǎn)物附著于印染廢水中膠體的外表面，不利于后續(xù)混凝沉淀處理，故表現(xiàn)為一定程度的降低。

　　3、結(jié)論

　?、偌{米Fe3O4的引入能夠顯著增強(qiáng)PAC對印染廢水的處理效果;

　?、诋?dāng)PAC投加量為2.5g/L，納米Fe3O4的投加量為2.0g/L，廢水的初始pH值為6.5，反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí)，印染廢水的COD及色度去除率可達(dá)54.09%及90.72%。(來源：中環(huán)信環(huán)保有限公司，河南中環(huán)信環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?