粉煤灰負載殼聚糖處理印染廢水的最佳實驗條件

陳瑞華，王艷華，2，高嬋娟

（1. 長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710054； 2. 中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075）

印染廢水水量大，有機物含量高，會對水體造成嚴重污染，造成農作物產量減少[1]。對印染廢水進行處理，不但可以減輕和避免環境污染，還可以重復利用處理后的水，節約水資源。

同單純粉煤灰或殼聚糖比較，其復合物具有更好的吸附性能。因為，當粉煤灰負載殼聚糖后，增大了粉煤灰的層間距，使負荷吸附劑的結構優化，更有利于吸附[2]。用這種復合吸附劑來處理廢水，不但有粉煤灰和殼聚糖兩者的優點，而且能相互彌補不足[3]。

1 實驗部分

1.1 儀器和藥品

1.1.1 儀器

FA2104分析天平（上海電子天平儀器廠），78-1磁力攪拌器（金壇市華峰儀器有限公司），722分光光度計（上海精密科學有限公司），101-型烘箱（北京科維永興儀器有限公司），PHB-1 pH計（上海世諾物理光學儀器有限公司），DF-101S集熱式恒溫磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責任公司），TDL-40B離心機（上海安亭科學儀器廠）。

1.1.2 藥品

本實驗中所用的粉煤灰來自西安西郊電廠，呈灰黑色粉末狀。

實驗中用到的其他實驗藥品：殼聚糖（脫乙酰度達80%～95%），氫氧化鈉，硫酸，冰乙酸，均為分析純。

1.2 實驗步驟

1.2.1 印染廢水的配制

在 1 000 mL的自來水中投加酸性粉紅染料0.122 7 g，直接草黃染料0.152 5 g，直接染料0.128 g，并攪拌均勻。每次在使用廢水前需進行攪拌以防止沉淀，從而減小脫色誤差。

1.2.2 粉煤灰負載殼聚糖的制備

根據查詢的粉煤灰負載殼聚糖的制備方案進行制備[4]。

1.2.3 粉煤灰負載殼聚糖處理印染廢水的條件的確定

（1）粉煤灰負載殼聚糖投加量的確定

（2）反應廢水pH的確定

（3）反應溫度的確定

（4）攪拌時間的確定

2 實驗結果與討論

2.1 投加量對印染廢水脫色的影響

當pH為4，攪拌時間為20 min，反應溫度是35 ℃，沉淀5 h條件下，反應吸附劑投加量對廢水脫色率的影響曲線如圖1所示。

圖1 吸附劑投加量與脫色率的關系Fig.1 The relationship between adsorbent dosage and decolorization rate

由圖1可以看出，整體趨勢是脫色率隨著投加量的增加而增加，最后曲線趨于平緩，其中當投加量為4 g/L時脫色率最大，可達97%，而大于4 g/L后脫色率變化就不是很大了。考慮到經濟效益和處理后期污泥的產量，復合吸附劑的投加量為 4 g/L時最宜。

2.2 pH對印染廢水脫色的影響

在投加量為4 g/L，反應溫度為35 ℃，攪拌時間20 min，沉淀5 h的條件下，用氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液調節配制的印染廢水的pH，可得到脫色率這是由于粉煤灰負載殼聚糖是陽離子絮凝劑，所以呈正電性，當pH過低時，復合吸附劑中的殼聚糖在強酸溶液中容易溶解、流失，從而不利于對染料的吸附；當pH過高，呈堿性時，溶液中含有大量的氫氧根離子，而染料中大部分是陰離子型染料，所以廢水中的染料和氫氧根離子會在復合吸附劑的表面形成競爭，且導致吸附劑表面帶有大量的負電荷，從而與廢水中的染料形成靜電相斥，所以吸附脫色效果也隨之降低[5]。最終實驗中選取最適宜的pH為3.5，此時的脫色率可高達94%。

隨著pH的變化趨勢，如圖2所示。

由圖2可以看到，配制的印染廢水在pH為3～3.5范圍內被脫色的效果最好，且較穩定，當pH過低時或堿性時脫色效果都比較差。

圖2 pH與脫色率的關系Fig.2 The relationship between pH and decolorization rate

2.3 反應溫度對印染廢水脫色的影響

在復合吸附劑投加量為4 g/L，pH為3.5，攪拌時間20 min，沉淀5 h的條件下，可得到反應溫度對印染廢水脫色率的影響趨勢曲線，如圖3所示。

圖3 反應溫度與脫色率的關系Fig.3 The relationship between reaction temperature and decolorization rate

由圖3可以看到，在溫度變化范圍內脫色率的變化不是很大，均在 90%以上，雖然當溫度為 30℃時結果中脫色率最大，但考慮到處理工藝的方便和運行費用的經濟性，所以選擇該復合吸附劑處理印染廢水的適宜反應溫度為常溫即可。

2.4 反應時間對印染廢水脫色的影響

在粉煤灰負載殼聚糖復合吸附劑投加量為 4 g/L，pH為3.5，反應溫度為常溫下，沉淀5 h的條件下得到對應的影響曲線，如圖4所示。

由圖4可看到，印染廢水的脫色率隨著反應時間先增大，接著減小，在反應時間為20min時脫色率達到最大。

這是因為吸附劑對燃料分鐘的吸附剛開始是低能量，吸附速率快的物理吸附，在開始一段時間后達到最大吸附量。但物理吸附不穩定，隨著吸附量的增加，其解吸速率增大，脫色效果呈下降趨勢，吸附速率和解吸速率逐漸接近，最后兩者相等達到吸附平衡，與此同時，高能量，吸附速率慢的化學吸附已逐漸完成。

當反應時間再增大時，吸附量又降低趨勢，可能是因為負載的殼聚糖有部分溶解、流失了，或者先前形成的絮凝體經劇烈攪拌又疏散開了，所以實驗攪拌過程中，前期是較劇烈攪拌，后期要相應的減小攪拌的速度[6,7]。因此，20 min的攪拌時間是適宜的反應時間了。

圖4 反應時間與脫色率的關系Fig.4 The relationship between reaction time and decolorization rate

3 結 論

本實驗主要是針對印染廢水的脫色處理研究。根據查詢的粉煤灰負載殼聚糖的制備方案制得復合吸附劑，用得到的復合吸附劑對自行配制的印染廢水進行脫色吸附處理，經實驗知其最佳處理條件是：廢水pH為3.5，投加量是4 g/L,反應溫度為常溫，反應時間20 min，處理效果良好。

［1］輕工業部國外輕工業污染資料編譯組.輕工業污染及其防治[M].北京:石油化學工業出版社，1975.

［2］鄭賓國，李見云，牛俊玲.粉煤灰負載殼聚糖吸附劑處理水中Cr(VI)的研究[J]. 材料導報，2009(12)：65-67.

［3］陳純馨，陳忻，李宇彬,等.粉煤灰-殼聚糖復合物處理生活廢水的研究[J]. 環境科學與技術，2010，33（12F）：285-292.

［4］Seames，Wayne S. An initial study of the fine fragmentation fly ash particle mode generated during pulverized coal combustion [J]. Fuel Processing Technology，2003，81（2）：109-125.

［5］Quina，Margarida M.J. ，Quinta-Ferreira. Properties of recent hazardous waste in Portugal[J]. Key Engineering Materials 230-232(Advanced Materials Forum I)，2002：400-403.

［6］楊文瀾.殼聚糖聯合堿改性粉煤灰對重金屬離子的吸附特性[J].環境工程學報，2009，3(12)：2281-2284.

［7］馬勇，王恩德，邵紅.膨潤土負載殼聚糖制備吸附劑[J]. 應用化學，2004，21(6)：508-511.