【污水處理廠工藝】磁流體在印染廢水處理中的應(yīng)用研究
摘要:隨著工業(yè)的迅速發(fā)展,大量工業(yè)廢水的排放給人類生存造成了嚴(yán)重的威脅,尤其是印染廢水,因此尋求 有效的處理方法是亟待解決的問題。一種新的印染廢水處理技術(shù)———應(yīng)用磁流體來處理印染廢水,分別研究 了Fe3O4磁流體在不同條件(如pH值、表面活性劑的投加量、攪拌時(shí)間、溫度等)下,對(duì)降低印染廢水的COD和 色度兩個(gè)方面的影響。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)pH=11,表面活性劑量是亞鐵量的0·16倍,磁流體與廢水的比大于1: 10時(shí) COD降低最多,脫色效果最好。
關(guān)鍵詞:Fe3O4磁流體;印染廢水;COD;色度
前言
水污染是當(dāng)前中國面臨的主要環(huán)境問題之一。預(yù)測,工業(yè)廢水占總污水量的70%以上[1-2]。其中 紡織印染行業(yè)在中國工業(yè)生產(chǎn)中占有較大的比重, 是出口創(chuàng)匯的重要產(chǎn)業(yè),也是吸納勞動(dòng)力的主要?jiǎng)趧?dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。印染廢水主要含各種染料、整理劑、后處理劑等[3],具有以下特點(diǎn)[4]:水量大、有機(jī)污染 物含量高、堿度和pH值變化大、水質(zhì)變化大;色度 高,有時(shí)可達(dá)4 000倍以上;可生化性差,廢水m (BOD) /m(COD)值一般在20%左右;近年來的化 纖織物的發(fā)展和印染業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,使難生化降解的有機(jī)物在廢水中的含量大大增加[5]。單一處理工 藝均很難達(dá)到要求,需對(duì)不同處理工藝進(jìn)行優(yōu)化組 合。因此,系統(tǒng)開發(fā)不同工藝的有效組合,研究高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的印染廢水處理反應(yīng)器將是印染廢水 處理工藝研究的主要內(nèi)容和發(fā)展方向。盡管目前國內(nèi)外在這方面研究較多,提出多種處理技術(shù),但在實(shí) 際應(yīng)用中有的處理效率不高,有的工藝過于復(fù)雜,甚至有的產(chǎn)生二次污染,達(dá)不到全面凈化污水的目的。目前傳統(tǒng)的處理方法處理工序繁多且效果一般,為此我們應(yīng)用新型功能性材料———磁流體來對(duì)這種廢水進(jìn)行處理研究。
磁流體又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液,它是由磁性粒子、基液以及表面活性劑三者混合而成的一種 穩(wěn)定的膠狀溶液[6]。該流體在靜態(tài)時(shí)無磁吸引力,當(dāng) 有外加磁場作用時(shí),才表現(xiàn)出有磁性[7]。用磁流體處理印染廢水作為一種無二次污染的新型技術(shù)即將被開發(fā)出實(shí)用的研究方案并付諸于實(shí)踐,用來大批量地處理廢水。本文主要研究了磁流體處理高濃度印染 廢水在降低色度和COD兩個(gè)方面的影響因素。
1 磁流體的制備
采用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體。稱量 48 gFe2(SO4)3, 44·48 gFeSO4(即Fe2+:Fe3+=2: 3 溶于盛有5: 1的醇———水溶液的三口燒瓶中制成稀 溶液,將三口燒瓶置于65℃±1℃的恒溫水浴鍋中, 攪拌使鹽溶液混和均勻,攪拌的同時(shí)滴加稀的氨水, 促使水解反應(yīng)完全。在pH=5·6左右出現(xiàn)黑色的 沉淀,繼續(xù)滴加氨水至pH>10,陳化30 min,調(diào)節(jié) pH至5左右,將溫度升高至80℃攪拌的同時(shí)慢速 加入不同比例的表面活性劑對(duì)磁性顆粒進(jìn)行表面改 性,靜置可觀察到亮黑色的磁基體生成。室溫下過 濾,先用無水乙醇后用去離子水多次洗滌,干燥煅燒就可制得Fe3O4黑色磁性粉沫。將所得粉沫按不同 比例溶于載液中,就可制得具有不同磁性、粘度穩(wěn)定的磁流體[8]。
2 磁流體處理印染廢水脫色效果及降低 COD的實(shí)驗(yàn)方法
2. 1 實(shí)驗(yàn)用水和水質(zhì)
實(shí)驗(yàn)用水取自吳江市盛澤水處理發(fā)展有限公司的印染廢水,廢水中含有印染行業(yè)中常用的酸性染料、分散性染料及直接染料。廢水水質(zhì)指標(biāo): pH: 8~10、色度:500~600倍,CODcr:1 300mg/L~1 500mg/L。
2. 2 實(shí)驗(yàn)過程
小燒杯置于磁座(磁座是JB-3型定時(shí)恒溫磁 力攪拌器)上,取一定量的磁流體于小燒杯中,再取 一定量的廢水與之混合,打開磁座,使混合液在燒杯 中旋轉(zhuǎn),若干秒后關(guān)掉磁座,使之變成永恒磁場, 分鐘內(nèi),能見到磁性顆粒向下沉淀,清楚見到分層, 取出上層清液10 m,l進(jìn)行色度及CODcr檢測。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
3. 1 脫色效果與討論
3. 1. 1 磁流體與廢水的比對(duì)脫色效果的影響
固定廢水用量為100 ml分別用不同量的磁流 體處理后測出的色度值見表1。
表 1 磁流體與廢水的比對(duì)處理效果的影響
磁流體(ml) 2 5 8 9 10 12 15 20
色度(倍) 80 50 40 30 20 20 20 20
由表1可知當(dāng)磁流體與廢水比?1: 10時(shí),處理 廢水效果較好,色度有明顯降低。分析原因是如果磁流體太少,所含磁性顆粒就少,磁性不夠強(qiáng),就不 能使磁流體發(fā)揮它的功效。
3. 1. 2 攪拌時(shí)間對(duì)脫色效果的影響
改變攪拌時(shí)間,固定磁流體與廢水比為1: 10 ,可知使色度降低到20倍,攪拌20 s已經(jīng) 足夠。攪拌的目的是為了使磁性顆粒與廢水充分的接觸,在磁性顆粒分散性能良好的情況下,攪拌的時(shí)間不需要太長。
3. 1. 3 溫度對(duì)廢水脫色效果的影響
改變溫度,固定磁流體與廢水比為1: 10,攪拌 20 s,測出的色度值見表3。
由表3可知,升高溫度,磁流體對(duì)廢水的處理效果有所降低。從微觀學(xué)上分析是磁性顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的作用,當(dāng)溫度升高時(shí),磁性顆粒運(yùn)動(dòng)加劇不利于微粒的吸附、聚集長大和沉降[10-11]。
3. 2 COD的降低與討論
3. 2. 1 表面活性劑投加量及pH值對(duì)降低COD的 影響
(1)用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=10,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數(shù)據(jù)如圖1:
(2)用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=11,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數(shù)據(jù)如下圖:
(3)用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=12,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數(shù)據(jù)如下圖:
(4)用醇-水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=13,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數(shù)據(jù)如下圖:
綜合上述數(shù)據(jù)可以得知用1. 0 g表面活性劑包 裹(此時(shí)表面活性劑量是亞鐵量的0. 16倍), pH值 為11時(shí)處理印染廢水時(shí)效果較好。此時(shí)磁性顆粒 的粒徑小,均勻,磁性高, COD下降最多,處理廢水 效果好。分析原因是表面活性劑的用量如果太少 就不足以形成完整的包裹層;如果太多,就會(huì)形成多 層吸附,反而導(dǎo)致磁性能下降[8]。
3. 2. 2 攪拌時(shí)間對(duì)降低COD的影響
固定磁流體與廢水比為1: 10,攪拌使其充分接 觸反應(yīng),隨著攪拌時(shí)間的變化廢水COD的去除率隨之變化的曲線見圖5。
由圖5可知開始時(shí)隨攪拌時(shí)間的增加COD去 除率也逐漸增大,當(dāng)攪拌時(shí)間為5 min左右時(shí), CO 的去除率達(dá)到最大值。之后隨攪拌時(shí)間的增加 COD的去除率反而有所下降。分析原因是磁流體 與廢水中有機(jī)物的作用中存在一種微弱非極性的范 德華力[9],如果攪拌時(shí)間過長,分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能則會(huì) 克服分子間范德華力的吸引,使得一部分可溶性有機(jī)分子重新分散到水中,因此導(dǎo)致水中的COD值有 所回升。
4 結(jié)論
(1)表面活性劑量是亞鐵量的0. 16倍, pH=11 時(shí)COD降低最多,處理效果最好。
(2)在固定磁場的情況下,采用室溫,充分混 合,在磁流體與廢水的比大于1: 10時(shí),處理廢水的 能力最好。
(3)一般只要攪拌20 s左右,就使可磁性顆粒 與廢水充分的接觸從而達(dá)到較好的脫色效果;但是 要達(dá)到較高的COD去除率則需要攪拌5 min左右。
(4)升高溫度會(huì)降低廢水處理效果,一般應(yīng)在 較低溫度(10℃~20℃左右)下進(jìn)行。
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