改性雙氰胺縮甲醛絮凝劑的性能研究

關家彬

摘 要：考察了改性雙氰胺縮甲醛絮凝劑（mDF）對活性染料、酸性染料和分散染料廢水的脫色和CODCr去除效能，找出了mDF在上述染料廢水處理中的使用特性，并與當前常用脫色絮凝劑進行了對比實驗。結果表明，mDF對含活性、酸性、分散染料的染料廢水均有很好的脫色效果，其綜合性能比其他脫色絮凝劑優(yōu)越得多。

關鍵詞：雙氰胺-甲醛縮聚物；脫色絮凝劑；陽離子絮凝劑

中圖分類號：TQ314.24 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0275-02

1 前 言

利用改性劑Y-2A對雙氰胺縮甲醛（DF）進行改性，本研究室合成出了一種新型的脫色絮凝劑-改性雙氰胺縮甲醛（mDF）。本文主要探討這種新型脫色絮凝劑mDF樣的脫色性能。

2 實驗部分

2.1 主要實驗材料

聚合氯化鋁（PAC，Al2O3含量為28%，鹽基度為60%）；聚合硫酸鐵（PFS，鐵含量為11%，鹽基度為12%，密度為1.46g/mL）；陽離子聚丙烯酰胺（cPAM，用作助凝劑，分子量為1000萬）；高效脫色劑（DC-491，固含率55～60%）；石灰，活性艷紅，X-3B酸性大紅，分散大紅2GFL，氫氧化鈉，硫酸等，均為市售工業(yè)產(chǎn)品。普通雙氰胺縮甲醛（DF，固含率55%）、改性雙氰胺縮甲醛（mDF，固含率55%）均為研究室自制。

2.2 主要實驗儀器

磁力攪拌器（美國IKA works亞洲公司）；美國哈希分光光度計，型號：DR2010；美國哈希COD反應儀；MD8100微量進樣器（連續(xù)可調，0～50.001mL，日本NICHIRYO公司）；酸度（pH）計（0～140.01，上海偉業(yè)儀器廠）；電子分析天平（METTLER TOLEDO，0～2100.01g）。

2.3 水質指標測定方法

2.3.1 色度的測定

在本實驗中，色度的測定是使用分光光度計進行。具體操作為：①將分光光度計DR2010打開預熱，將波長調整到455nm；②挑選一致性較好的一對比色管，其中一個注入20mL蒸餾水做空白樣，將分光光度計調零；③另一支比色管注入20mL待測水樣，于光度計中進行測定，讀出吸光值[1]。

2.3.2 脫色率的測定

脫色率的測定如下[1]：①在1000mL燒杯中倒入900mL的廢水，打開磁力攪拌器，將轉速恒定在130rpm，用移液槍移入一定量預先配置好的絮凝劑，攪拌180s，然后降低攪拌速度到40rpm，繼續(xù)攪拌600s；②視需要而定，辺攪拌邊加入小量的氫氧化鈣，到氫氧化鈣完全溶解；③靜置12h，取上清液按2.3.1測出溶液色度，各試驗重復四次，取算術平均值。脫色率按下計算：？啄=■×100%。

式中，？啄為脫色率，%；A0為廢水處理前的色度；A為廢水處理后的色度。

2.3.3 CODCr測定方法

CODCr的測定通過先進的COD反應儀和分光光度計進行。具體操作如下：①在消化管內放入2mL水樣、微量HgSO4、0.5ml的0.75N K2Cr2O7、2.5ml Ag2SO4的濃硫酸飽和溶液溶液；②將消化管搖勻并置于COD反應儀中，消化2h，溫度為150℃；③消化完成后將消化管置于分光光度計DR2010中，波長調到620nm，讀取CODCr值。

3 絮凝脫色性能研究

為減小試驗誤差，PAC和PFS均配制成15%的水溶液；DF、mDF和DC-491均配制成5%的水溶液；cPAM則配制成1.5%的水溶液。所有藥劑均在混凝實驗前現(xiàn)場配制。

試驗廢水采用自行配制的模擬廢水，主要通過活性艷紅X-3B、酸性大紅、分散大紅2GFL配制而成，染料濃度均為500mg/L。

3.1 mDF與DF的脫色性能比較

為考察DF與mDF的絮凝脫色性能，采用完全水溶性的活性艷紅X-3B溶液作為模擬廢水，pH=7.0，溫度為24℃。取模擬廢水各500mL于800mL燒杯中，分別加入一定量DF與mDF，攪拌、反應、混凝、沉淀，靜置分層后取上清液進行脫色率分析。分析結果表明，達到同樣的脫色效果，mDF的用量約為DF的2/3；在達到最佳投藥量前，DF的投藥量與脫色率之間幾乎呈直線關系，可以認為是由于脫色劑的分子量比較低，吸附、架橋作用不明顯，其脫色作用主要靠壓縮雙電層、電性中和及與染料分子發(fā)生化學反應。在實驗中還觀察到，加入mDF處理印染廢水，染料分子與脫色劑反應形成的絮凝體更大，沉降速度更快。因此，與DF相比，mDF的脫色效果有較大的提高，其最佳投藥量也明顯降低[3，4]。

3.2 mDF對不同染料廢水的脫色、脫CODCr處理效果

用三種最具代表性的染料活性艷紅X-3B、酸性大紅和分散大紅2GFL直接配制成模擬廢水，進行混凝脫色試驗：取500ml模擬廢水分別置于800ml燒杯中，依次加入不同量的mDF，經(jīng)混凝、反應、沉淀，取上清液測定其殘余色度和CODCr值，并計算脫色率和CODCr去除率。實驗結果見圖1和圖2。

由圖1可以看出，三種不同性質染料廢水在mDF的作用下，均達到很好的脫色效果，X-3B脫色率為98.9%，酸性大紅脫色率為99.2%，分散大紅2GFL脫色率為99.5%。而且，各染料廢水的脫色率與mDF的投藥量之間的變化曲線都極為相似。具體表現(xiàn)在，當mDF的投藥量從少變大時，各廢水的脫色率都在快速上升，最終達到一個最大的脫色率；當mDF繼續(xù)增加時，脫色率在一個區(qū)間內保持不變；當mDF繼續(xù)增加到一個比較大的值得時候，脫色率反而急劇降低。

產(chǎn)品對染料廢水有很好脫色效果的同時，也有較好的CODCr脫除效果，由圖2可知，這三種染料模擬廢水的各自最高CODCr脫除率分別達到76%、83%、87%。比較以上兩圖，我們能看出無論是CODCr的脫除率還是脫色率，都存在著基本一致的變化規(guī)律，就是mDF的投藥量存在一個最佳的范圍。所不同的是，隨著投藥量的增加，各印染廢水的脫色效果都能保持在最高脫色率上不變，而CODCr去除率卻會隨著脫色劑投加量的增加而有快速下降，這是因為mDF是一種有機高分子絮凝劑（OPF），其對水樣的CODCr有一定的貢獻，因此脫色絮凝劑的過量投加對去除水樣的CODCr有負面效果。

3.3 與其他常用脫色絮凝劑進行性能比較

根據(jù)大量文獻[5，6]和本人的實踐經(jīng)驗，選用市場上常見的脫色絮凝劑PAC、PFS、DC-491與mDF，分別對活性艷紅X-3B模擬廢水進行混凝脫色試驗。

不同種類的絮凝劑，只有在最佳pH值范圍內，才能充分發(fā)揮其優(yōu)良的混凝效果。因此，在進行性能比較之前，需先找出各種脫色絮凝劑的最佳混凝條件，然后在各自最佳混凝條件下進行混凝脫色實驗，實驗結果如圖3所示。

由圖3可知，mDF的使用性能均優(yōu)于市面上常見的脫色絮凝劑。DC-491與mDF均屬于有機絮凝劑系列，DC-491的投藥量在800mg/L時，脫色率達到94%，而相同的脫色率，mDF的投藥量只需400mg/L，而且在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，mDF混凝產(chǎn)生的絮體更大，更容易沉淀和沉淀速度更快。PAC、PFS是無機高分子絮凝劑（IPF），而活性染料屬于水溶性染料，溶于水后以真溶液的形式存在，PAC、PFS對其達不到較好的脫色效果，所以PAC的最大脫色率只有75%，PFS的最大脫色率更是低到59.5%。為增加IPF的絮凝脫色效果，在后續(xù)試驗里，我們在PAC、PFS中加入2mg/L的cPAM助凝，結果PAC的最大脫色率上升到83%，PFS的最大脫色率上升到75%。但是，這個脫色率還是比不是mDF的效果。

對于脫除CODCr的比較結果，與脫色率的對比規(guī)律基本一致。mDF與DC-491相比，具有更優(yōu)異的脫除CODCr性能，其最大CODCr去除率為75%和71%。與OPF相比，IPF的CODCr去除率更低，PAC與PFS的最高CODCr去除率只有63.5%和51%。

4 結 論

經(jīng)改性處理后得到的mDF與未經(jīng)改性的原始DF相對比，其混凝形成的絮體更大、沉降速度更快，達到相同脫色效率的投藥量可減少1/3。mDF對不同染料的廢水，其最佳投藥量和脫色效果略有差別，但均有優(yōu)勢，其脫色率由低到高的順序為：活性染料、酸性染料、分散染料；與當前常用脫色絮凝劑比較，mDF的效果明顯占優(yōu)，且用量少，成本低，是有市場前景的高效脫色絮凝劑。

參考文獻

[1]肖瑞德.聚酰胺改性聚合硫酸鐵[D].華南理工大學，2003：46～47.

[2][日]永澤滿，淹澤章，主編，陳振興，譯.高分子水處理劑.北京：化學工業(yè)出版社，1985：81～92.

[3]蘇玉萍，奚旦立.活性染料印染廢水混凝脫色研究[J].上海環(huán)境科學，1999，18（2）：88～90.

[4]余 穎，莊源益，辛寶平，等.脫色劑與活性染料的分子間相互作用[J].南開大學學報（自然科學），1999，32（3）：142.

[5]張林生，蔣嵐嵐.染料廢水的脫色方法[J].化工環(huán)保，2000，20（1）：14～18.

[6]玉群英.工業(yè)脫色靈的合成研究玉應用[D].華南理工大學，2002：65.

收稿日期：2018-3-12