攪拌條件對兩種染料混凝氣浮去除效果的影響研究

夏紅云,陳 蓉,年耀萍

(1.西南林學院環境科學與工程系,云南昆明 650224;2.云南大學生命科學學院,云南昆明 650091;3.華東師范大學資源與環境科學學院,上海 200062)

攪拌條件對兩種染料混凝氣浮去除效果的影響研究

夏紅云1,陳 蓉2,年耀萍3

(1.西南林學院環境科學與工程系,云南昆明 650224;2.云南大學生命科學學院,云南昆明 650091;3.華東師范大學資源與環境科學學院,上海 200062)

實驗以七水硫酸鎂及硫酸鋁鉀為混凝劑,十二烷基硫酸鈉為浮選劑,研究了攪拌條件對酸性大紅 3R、還原深藍 BO混凝氣浮去除效果的影響。結果表明,當攪拌轉速為 100r/min、攪拌時間為 10min時,混凝氣浮對酸性大紅 3R的去除效果較好,吸光度去除率為 67.33%,色度去除率為 69.23%;當攪拌轉速為 50r/min、攪拌時間為 10min時,混凝氣浮對還原深藍 BO的去除效果較好,吸光度去除率為84.33%,色度去除率為 99.70%。

攪拌條件;染料;混凝氣浮;去除率;影響

我國是印染大國,印染行業水資源消耗大,致使印染廢水成為我國重要的污染源[1～3]。物化法(混凝沉淀或氣浮)是目前國內工程實踐中主要采用的一種技術成熟、操作管理簡便、運用費用較低的印染廢水處理方法[4]。在混凝沉淀或混凝氣浮的處理中,鋁鹽混凝劑是我國使用最廣泛的混凝劑[5],鎂鹽以其“綠色安全廢水處理劑”的優點在印染廢水處理方面得到廣泛關注[6]。十二烷基硫酸鈉是陰離子硫酸酯類表面活性劑的典型代表,它具有良好的起泡性、水溶性及在較寬的 pH值的水溶液中具穩定性的特點[7],非常適合在混凝氣浮處理中做為浮選劑。在進行物化法處理時需考慮攪拌轉速與攪拌時間,目的是使混凝劑溶解,迅速均勻地擴散到水中,溶解并形成膠體,并與水中的懸浮微粒接觸,生成礬花?；炷恋砑盎炷龤飧∷璧牡\花大小因為工藝的不同而要求不同,而攪拌轉速與攪拌時間決定了礬花的大小。本文以可溶性染料 -酸性大紅 3R和不溶性染料 -還原深藍 BO為處理對象,七水硫酸鎂及硫酸鋁鉀為混凝劑,十二烷基硫酸鈉為浮選劑,研究攪拌轉速和攪拌時間影響下混凝氣浮對這兩種染料的去除效果。

1 實驗試劑、儀器及方法

1.1 試劑與儀器

試劑:酸性大紅 3R(工業品);還原深藍 BO(工業品);七水硫酸鎂 (AR,天津市瑞金特化學品有限公司);硫酸鋁鉀 (AR,天津市化學試劑六廠三分廠);十二烷基硫酸鈉 (CP,洛陽市化學試劑廠);氫氧化鈉 (AR,汕頭市達毫區精細化學品有限公司);濃硫酸 (AR,汕頭市達毫區精細化學品有限公司)。

主要儀器:加壓溶氣氣浮實驗裝置 (上海封浜模型廠,自制);PHS-3C型精密 pH計 (上海雷磁儀器廠);752紫外可見分光光度計 (上海精密科學儀器有限公司);ESJ120-4電子天平 (沈陽龍騰電子有限公司);DF-Ⅱ數顯集熱式磁力攪拌器 (金壇市杰瑞爾電器有限公司)。

1.2 模擬廢水配制

酸性大紅 3R模擬廢水:稱取 0.050g酸性大紅3R,用蒸餾水溶解稀釋定容至 1L。

還原深藍 BO模擬廢水:稱取 0.050g還原深藍BO,用蒸餾水溶解稀釋定容至 1L。

1.3 待氣浮廢水的制備

酸性大紅 3R待氣浮廢水:在一系列 1L酸性大紅 3R模擬廢水中分別投加 615mg/L的混凝劑硫酸鎂,2mg/L的浮選劑十二烷基硫酸鈉,用 NaOH和 H2SO4溶液分別調節廢水 pH值為 12.00,控制轉速分別為 50、100、200、300r/min,攪拌時間分別為 10min、10min、30s、30s進行攪拌,靜置沉降 10min后,上清液即待氣浮廢水。

還原深藍BO待氣浮廢水:在一系列 1L還原深藍 BO模擬廢水中分別投加 556mg/L的混凝劑硫酸鋁鉀,20mg/L的浮選劑十二烷基硫酸鈉,用NaOH和 H2SO4溶液分別調節廢水 pH值為 12.00,控制轉速分別為 50、100、200、300r/min,攪拌時間分別為 10min、10min、30s、30s進行攪拌,靜置沉降 10min后,上清液即待氣浮廢水。

1.4 氣浮實驗方法

如圖 1所示,空氣由空氣壓縮機通過進氣閥入放有定量清水的溶氣罐中,控制溶氣罐壓力為0.3MPa,溶氣平衡 15min,每次固定將 1L待氣浮廢水倒入氣浮柱中,打開減壓閥使占待氣浮廢水體積分數為 30%的溶氣水以 1cm/s的上浮速度通過釋放頭進入氣浮柱中,待溶氣水進入氣浮柱后,控制一定的接觸反應時間從出水口取樣分析。

1.5 水樣分析方法

酸性大紅 3R水樣的吸光度采用 752紫外可見分光光度計于 510nm處測得,色度采用稀釋倍數法測得。還原深藍BO水樣的吸光度采用 752紫外可見分光光度計于 232nm處測得,色度采用稀釋倍數法測得。

1.6去除率計算

去除率的計算按下式進行:

式中:R—去除率;

A0—原水吸光度或色度;

Ai—出水吸光度或色度。

2 結果分析

2.1 攪拌條件影響下的酸性大紅 3R模擬廢水去除效果

在混凝過程中,由于憎水膠體或親水膠體的穩定性被破壞,易通過化學或物理吸附黏附在具網絡結構的憎水基團上,從而橋連成疏松、含水率高的絮粒。攪拌過程使絮粒受力,而且網絡結構的絮粒是柔性的膠凝物質,在受力情況下,除被吸附的剛性雜質不能變形外,其整體結構會明顯變形。在氣浮過程中,由于氣泡和絮粒都具有憎水性,它們的比表面很大,且有剩余的自由界面能,使得它們需相互吸附而降低各自的界面能。由于混凝過程中絮粒受力變形而利于其與其他物質吸附,吸附時又會增加相互之間的接觸點或面。針對相同絮粒,粘附的脫穩膠粒的多少將影響氣浮時要求粘附的微氣泡數量,最終影響氣浮效果。

將酸性大紅 3R模擬廢水按 1.3和 1.4處理,將原水和出水吸光度及色度按 1.6計算去除率,得出轉速和混凝氣浮去除率之間的關系如圖 2所示。

由圖 2可見,隨著攪拌轉速的增加,色度去除率逐漸增加,而吸光度去除率先增加后降低。當轉速較小時吸光度和色度去除率均較低,是因為此時轉速帶來的水力條件改變較不明顯,使得帶正電荷的氫氧化鎂沉淀吸附帶負電荷的酸性大紅 3R所形成的絮體顆粒不易發生變形,最終絮體顆粒不易與更多脫穩膠粒粘附,絮體顆粒主要靠沉降去除,而氣浮對其去除效果不明顯。隨攪拌轉速增加,絮體顆粒開始受力并發生變形,從而吸附了脫穩膠粒,則其密實性和容重增大,易與氣浮產生的更多微氣泡粘附,同時其具有一定的剩余憎水基團,與微氣泡的粘附力有一定強度,因此在氣浮過程中帶氣絮粒的上浮性較好。故當轉速為 100、200r/min時絮粒去除中氣浮起了較大作用,所以此時吸光度和色度去除率均較好。當攪拌轉速達到 300r/min時,轉速太快使絮體顆粒受力太大,此時絮粒不是發生變形而是被打碎,使得絮粒的尺寸太小,粘附的脫穩膠粒占太多位置,使絮粒剩余的憎水基團太少,在上浮過程中不易與太多微氣泡粘附,同時氣泡與絮粒粘附力不強,絮粒易與氣泡分離,從而影響上浮效果。故在此轉速條件下吸光度去除率下降。而色度去除率上升是因為色度測定時易受光線、人為因素的影響,有一定誤差存在,在此以吸光度去除率為主要分析依據。

2.2 攪拌條件影響下的還原深藍 BO模擬廢水去除效果

將還原深藍 BO模擬廢水按 1.3和 1.4處理,將原水和出水吸光度及色度按 1.6計算去除率,得出轉速和混凝氣浮去除率之間的關系如圖 3所示。

由圖 3可見,隨攪拌轉速的增加,吸光度和色度去除率均呈下降趨勢,但下降的幅度較小。因為還原深藍BO是一種不溶性染料,混凝過程中即可產生大量容重較大的絮體顆粒,在轉速較小時絮體顆粒不變形,雖然靠氣浮去除的少,但因其容重較大可迅速靠沉降除去,故吸光度和色度去除率均較大。隨轉速增加,雖絮體顆粒發生變形而吸附脫穩膠粒,有利于氣浮,但也使得大量本可以靠沉降去除的絮粒需要靠氣浮去除,而氣浮對其的去除效果不如沉降,故使得吸光度和色度去除率均有所下降。隨轉速繼續增加,氣浮效果也開始下降,故吸光度和色度去除率均繼續下降。

3 結論

攪拌條件對酸性大紅 3R和還原深藍 BO模擬廢水的混凝氣浮處理均有影響,當攪拌轉速為100r/min、攪拌時間為 10min時,混凝氣浮對酸性大紅 3R的去除效果較好,吸光度去除率為67.33%,色度去除率為 69.23%;當攪拌轉速為50r/min、攪拌時間為 10min時,混凝氣浮對還原深藍 BO的去除效果較好,吸光度去除率為84.33%,色度去除率為 99.70%?？煽闯?有利于氣浮的攪拌條件適宜于酸性大紅 3R的混凝氣浮去除,而不利于還原深藍BO的混凝氣浮去除。

[1]黃華山,常向真,劉博文,等.印染廢水的回用處理 [J].印染,2008,(5).

[2]晏再生,王世和,吳慧芳,等.缺氧污泥顆粒對印染廢水的脫色機理分析 [J].安全與環境工程,2008,15(1).

[3]羅昊進,譚立國.印染廢水處理新技術 [J].工業水處理,2008,28(3).

[4]鄭廣宏,夏邦天,許璟.光化學氧化技術處理印染廢水研究進展 [J].水處理技術,2008,34(2).

[5]王敏,童芳華.鋁鹽混凝劑的研究進展 [J].江西化工,2005,(2).

[6]姚曉亮,林金清,周峰,等.鎂鹽復合混凝劑應用于活性染料印染廢水脫色的實驗研究 [J].環境污泥治理技術與設備,2006,7(2).

[7]鞏育軍,薛元英,王升文.泡沫分離法純化十二烷基硫酸鈉的研究 [J].化學世界,2000,(12).

Study on Influence of Stirring Condition on Removal Results of Two Kinds of Dye in Coagulation Floatation Treatment

XIA Hong-yun1,CHEN Rong2,NIAN Yao-ping3
(1.Department of Environmental Science and Engineering of Southwest Forestry College,Kunming Yunnan 650224 China)

The effects of stirring condition on removal efficiency of acid red 3R and vat dark BO in coagulation floatation treatment are studied by using magnesium sulfate heptahydrate and sluminum sulfate as coagulant agent and sodium dodecyl sulfate as floatation agent.The results show that removal efficiency of acid red 3R is good in coagulation floatation treatment when agitation speed is 100r/min and stirring time is 10min with removal rate of absorbance and color attain 67.33%and 69.23%respectively.The removal efficiency of vat dark blue BO is good in the same condition when agitation speed is 50r/min and stirring time is 10min with removal rate of absorbance and color attain 84.33%and 99.70%respectively.

stirring condition;dyes;coagulation floatation;removal rate;effect

X703

A

1673-9655(2010)01-0008-03

2009-07-13

云南省教育廳科學研究基金項目 (08Y0201);西南林學院面上基金 (200520M)。

夏紅云 (1974-),女,云南麗江人,講師,碩士,研究方向為水污染控制。