混凝法處理印染廢水的研究

李紅燕

（陽江職業技術學院食品與環境工程系，廣東 陽江 529566）

引言

印染是紡織工業的重要組成部分，也是紡織工業的主要廢水源[1]，約占廢水總量的85%，但印染廢水的水質因纖維種類和加工工藝的不同，污染物組分差異很大[2]。一般印染廢水具有成分復雜、pH值范圍廣、色度高、COD含量高、可生化性差等特點，在目前印染廢水處理工藝中，印染廢水的色度處理是主要問題[3]。

混凝法因工藝簡單，應用廣泛，投入少，運維成本低，色度處理效果較好等優點，成為目前紡織工業廢水處理的重要工藝[4]。因此，本文研究了混凝法處理大紅染料廢水色度的效果，通過選擇鋁系混凝劑Al2（SO4）3·18H2O，考察混凝劑投加量、廢水濃度、pH值變化、攪拌速度及時間對廢水色度去除效果的影響，為大紅染料廢水治理技術提供依據和工藝方法的創新。

1 材料與方法

1.1 實驗原理

Al2（SO4）3·18H2O溶于水后，立即離解出Al3+，緊接著形成[Al（H2O）6]3+、單核羥基絡合物、多核羥基絡合物等，從而使溶液中的膠體顆粒失去穩定，產生凝聚作用，形成較大的礬花，并經沉淀去除。

1.2 實驗設備及試劑

設備：六聯攪拌器JK-CD/HN（湘潭金凱化工裝備技術有限公司）、13型紫外-可見分光光度計RE1607003（北京普析通用儀器有限責任公司）、pH計（佑科）、電子天平（島津）等。

試劑：硫酸鋁Al2（SO4）3·18H2O，AR；鹽酸，AR；氫氧化鈉，AR；大紅染料，均購自廣州化學試劑廠。

1.3 實驗步驟

（1）采用大紅染料配制模擬印染廢水1.0 g/L；通過掃描方法確定廢水樣的最大吸收波長為648 nm，然后測定原水樣的吸光度。

（2）采用1 L的量筒，分別量取6個1 L水樣至1 L燒杯中，并按指定的投藥量，用移液管分別移取不同體積的絮凝劑（Al2（SO4）3：10 g/L）至水樣中，投藥量按照1 mL、2 mL、4 mL、8 mL、10 mL、12 mL進行添加，將水樣置于六聯攪拌器上，確定最佳的投藥量。

（3）設置攪拌器的運行程序（包括轉速和攪拌時間），轉速先確定為350 r/min、時間為2 min，并且開始攪拌。

（4）當攪拌過程完成后，可以停機，將水樣靜置20 min后，取水樣上清液100 mL，并在648 nm吸光度處分別記錄實驗數據。

（5）按照前面確定的最佳投藥量及步驟確定攪拌器的最佳轉速以及最佳的溶液pH值、最佳廢水樣濃度，并且準確地記錄實驗數據。

2 結果與分析

2.1 硫酸鋁投藥量對廢水色度處理效果的影響

在室溫條件下（約25 ℃），使用Al2（SO4）3·18H2O為混凝沉淀劑應用于1.0 g/L的1 L中性（pH=7）模擬印染廢水中，混凝攪拌轉速為350 r/min、2 min，Al2（SO4）3·18H2O的投藥量對色度去除率的影響如圖1所示。

圖1 Al2(SO4)2投加量對廢水處理效果的影響

由圖1可知，在1 L的印染水樣中，當混凝劑Al2（SO4）3·18H2O的投藥量為0.01 g、0.02 g、0.04 g時，廢水的脫色率極低；而隨著投藥量的增加，脫色率也在逐漸增加，當混凝劑的用量達到一定值時，就出現了峰值；如果繼續增加投藥量，Al2（SO4）3·18H2O對印染廢水膠體顆粒的凝聚作用反而下降，因為混凝劑過量后會導致“再穩”現象產生，從而導致脫色效果下降[5]。根據本實驗結果可知，將混凝劑Al2（SO4）3·18H2O的投藥量濃度控制在0.12 g/L時，印染廢水的脫色效果最好，脫色率為93.10%。

2.2 攪拌速度及攪拌時間對印染廢水色度處理效果的影響

攪拌速度及攪拌時間對混凝效果存在著一定的影響，充分攪拌可以使混凝劑和廢水充分混合，從而與廢水中的膠體顆粒發生絮凝作用，但是過高的攪拌速度會破壞已經凝聚的沉淀物，不利于色度的去除，因此合適的攪拌速度，有利于廢水色度的去除[6]。為了研究在特定條件下，攪拌速度及時間對印染廢水色度處理效果的影響，本實驗設置了在室溫條件下（約25 ℃），在1.0 g/L的1 L中性（pH=7）模擬印染廢水中，混凝劑Al2（SO4）3·18H2O的投藥量濃度控制在0.12 g/L，在150 r/min、250 r/min、350 r/min、450 r/min、550 r/min混凝攪拌速度下，攪拌2 min，研究攪拌速度及攪拌時間對印染廢水色度的處理效果，并確定適宜的攪拌速度及攪拌時間，如圖2所示。

圖2 攪拌速度及時間對印染廢水色度處理效果的影響

由圖2可知，隨著攪拌器轉速的增加，印染廢水色度處理的脫色率先增加后下降，這是因為攪拌速度過低不能在適當的時間內將Al2（SO4）3·18H2O與廢水中的膠體及懸浮物顆粒充分接觸，發生絮凝，從而沉淀；但攪拌速度過高又會將絮凝過程中形成的礬花破壞，使廢水中的膠體和懸浮物顆粒不能形成沉淀，使廢水處理效果變差。因此，攪拌速度要適中，轉速過小或過大都會影響廢水處理效果。當攪拌速度為350 r/min時廢水脫色率效果最佳，為95.65%。

2.3 pH值對廢水色度處理效果的影響

在室溫條件下（約25 ℃），在1.0 g/L的模擬印染廢水中，混凝劑Al2（SO4）3·18H2O的投藥量濃度控制在0.12 g/L，攪拌速度為350 r/min、攪拌時間為2 min，取5個1 L的印染廢水樣，用10%的HCl溶液和10%的NaOH溶液調節pH值，用pH計測定印染廢水樣的pH值，使水樣的pH值分別為：3.0、5.0、7.0、9.0、11.0，攪拌速度為350 r/min、時間為2 min，研究pH值對印染廢水色度處理效果的影響，如圖3所示。

圖3 pH值對廢水處理效果的影響

由圖3可知，印染廢水的pH值直接關系到印染廢水色度的處理效果，因pH值對印染廢水中膠體顆粒表面電荷的絮凝作用有很大影響，pH值的變化會導致廢水中膠體顆粒電位的變化，直接影響絮凝作用[7]。pH值的變化亦會導致廢水中膠體顆粒的電荷和電泳速度發生變化。當pH值較低時，混凝劑Al2（SO4）3·18H2O會吸附大量的H+，使膠體顆粒的電荷增大和電泳速度增加；當pH值提高時，則會得到相反的結果；同時，印染廢水的pH值與混凝劑的用量具有直接關系，因此，合適的pH值條件可以節省工藝成本。實驗結果表明，硫酸鋁混凝劑適合于在pH值為6.5～7.5的環境中使用，當印染廢水的pH值為7.0時，廢水的脫色效果最好，脫色率為97.50%；當印染廢水的pH值低于5.0或者高于9.0時，硫酸鋁混凝劑對印染廢水色度的處理幾乎不起作用。

2.4 廢水濃度對印染廢水色度處理效果的影響

從混凝動力學機理分析可知，印染廢水中懸浮物的濃度也會對混凝效果產生影響，當廢水中懸浮物濃度較低時，顆粒碰撞的機率減少，因而會導致混凝效果變差[8-9]。為了有效提高印染廢水的混凝效果，相關人員需要研究不同印染廢水中懸浮物的濃度所需混凝劑的最佳投藥量，可以通過混凝試驗進行確定。在1.0 g/L的1 L中性（pH=7）模擬印染廢水中，取6個1 L的印染廢水樣，設置印染廢水懸浮物的濃度分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 g/L，Al2（SO4）3·18H2O的投藥量濃度控制在0.12 g/L，攪拌速度為350 r/min、時間2 min，研究廢水中懸浮物濃度對印染廢水色度處理效果的影響，如圖4所示。

圖4 模擬印染廢水濃度對廢水處理效果的影響

由圖4可知，當印染廢水懸浮物濃度低于0.40 g/L時，將混凝劑加入印染廢水中，由于印染廢水中的懸浮物濃度較低，顆粒碰撞機率少，導致混凝效果差；當印染廢水懸浮物濃度高于0.80 g/L時，脫色效果有所下降，僅當印染廢水濃度為0.8 g/L，脫色效果最佳，為92.73%。

3 結論

本文通過研究混凝法處理印染廢水色度的效果，在實踐中確定最佳工藝條件，創新工藝方法。在混凝法處理印染廢水色度的研究中，采用了單一的硫酸鋁混凝劑進行研究，可以得出以下結論：

（1）在室溫條件下（約25 ℃），采用硫酸鋁作為混凝劑處理大紅染料模擬印染廢水時，在1.0 g/L、1 L中性（pH=7）模擬印染廢水中，當硫酸鋁的投藥量為0.12 g時，脫色率達到最大，為93.10%，但是硫酸鋁水解后主要生成[Al（H2O）6]3+，作為兩性氫氧化物，在酸性或者堿性條件下，其水解和復合等反應產生的化合物對印染廢水的處理效果不明顯，而且生成的“礬花”不密實，不易沉降，影響色度處理效果。

（2）在室溫條件下（約25 ℃），1.0 g/L的1 L中性（pH=7）模擬印染廢水中，當硫酸鋁投藥量為0.12 g，攪拌速度為350 r/min，攪拌時間為2 min時，廢水脫色效果最佳，為95.65%。

（3）在室溫條件下（約25 ℃），1.0 g/L的1 L模擬印染廢水中，當硫酸鋁投藥量為0.12 g，攪拌速度為350 r/min-1，攪拌時間為2 min，廢水pH值為7.0時，廢水的脫色效果最好，為97.50%；當廢水為酸性或者堿性時，脫色效果較差，當印染廢水濃度為0.80 g/L，脫色效果最佳，為92.73%。

（4）從市場價格考慮，硫酸鋁的價格是最便宜的，從處理大量廢水的角度考慮，選擇硫酸鋁處理印染廢水的成本相對較低。