粉煤灰复配物处理印染废水

第３１卷第６期２００９年１１月南　京　工　业　大　学　学　报　（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．６Ｎｏｖ．２００９ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７６２７．２００９．０６．０２１粉煤灰复配物处理印染废水邢新正，朱炳龙，冯　晖（南京工业大学化学化工学院，江苏南京２１０００９）收稿日期：２００９－０５－２６作者简介：邢新正（１９８６—），男，河南驻马店人，硕士，主要研究方向为废水处理；冯　晖（联系人），教授，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]．摘　要：为了降低印染废水中化学耗氧量（ＣＯＤＣｒ），选用２种常见絮凝剂与粉煤灰进行复配处理印染废水．考察不同复配方案对ＣＯＤＣｒ去除率的影响，确定最佳的配比．实验结果表明：粉煤灰与聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）和ＭｇＣｌ２的复配物处理印染废水时具有较高的ＣＯＤＣｒ去除率．在粉煤灰、ＭｇＣｌ２和ＰＡＭ的质量浓度分别为１２ｇ／Ｌ、１４ｍｇ／Ｌ和４０ｍｇ／Ｌ时ＣＯＤＣｒ去除率达８５％．关键词：粉煤灰；ＭｇＣｌ２；ＰＡＭ；印染废水中图分类号：Ｏ６４７．３２　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１６７１－７６２７（２００９）０６－００９５－０５ＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｉｎｔｅｘｔｉｌｅｗｉｔｈｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｍｉｘｅｄｂｙｆｌｙａｓｈＸＩＮＧＸｉｎｚｈｅｎｇ，ＺＨＵＢｉｎｇｌｏｎｇ，ＦＥＮＧＨｕｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｅｘｔｉｌｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｗｉｔｈｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓｍｉｘｅｄｂｙｆｌｙａｓｈ．Ｔｈｅｒｅｍｏｖｉｎｇｒａｔｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐｏｕｎｄｓｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｗｉｔｈｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｙｇｅｎｄｅｍａｎｄ（ＣＯＤＣｒ）ｗａｓｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｒａｔｉｏｓｏｆｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｂｙｔｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄｓｍｉｘｅｄｂｙｆｌｙａｓｈ，ＰＡＭａｎｄＭｇＣｌ２ｗｅｒｅｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｌｙａｓｈ，ＭｇＣｌ２ｏｒＰＡＭ．Ｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｄｏｓａｇｅｏｆｆｌｙａｓｈ１２ｇ／Ｌ，ＭｇＣｌ２１４ｍｇ／Ｌ，ａｎｄＰＡＭ４０ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓｂｙＣＯＤＣｒｃｏｕｌｄｒｅａｃｈ８５％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｙａｓｈ；ＭｇＣｌ２；ＰＡＭ；ｔｅｘｔｉｌｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　　印染废水在我国工业废水中所占比例较大，而含水溶性有机染料的废水具有污染物浓度高、色度深、可生化性差和废水量大等特点，成为极难处理的工业废水之一［１－２］．这类废水含有大量难降解物质，如：硝基、胺基、偶氮化合物等多种有害物质．如果未达到纺织染整行业Ⅲ级排放标准［３］排放不仅破坏水体、土壤及其生态系统，而且直接影响人们的身体健康．传统的废水处理方法成本较高，且不能有效地去除水中化学需氧量（ＣＯＤＣｒ，以Ｃｒ为标准测定化学需氧量），因此经济有效地处理印染废水就显得尤为重要．粉煤灰是热发电厂和工业用煤燃烧后产生的废弃物，早在１９９５年我国粉煤灰累计库存量就达６６×１０８ｔ，占地２２７×１０４ｈｍ２［３］．１９９５年后粉煤灰年排放量都在１０×１０８ｔ，居世界首位［４］，只有少部分用于建筑、交通以及土壤改良等方面，其余大部分堆积废弃，不仅占用大量土地，而且严重污染环境［５］．不仅如此还由于粉煤灰的渗滤和飞扬等原因而污染地下水、大气、土壤等［６－７］．　　粉煤灰主要成分为ＳｉＯ２和Ａｌ２Ｏ３，具有不规则的多孔微粒，比表面积大，对大分子具有一定的吸附能力．牟淑杰［８］采用改性粉煤灰处理含氟废水中氟，当改性粉煤灰质量浓度为２５ｇ／Ｌ、吸附时间为４５ｍｉｎ、ｐＨ＝４、反应温度为２５℃时，废水中氟的去除率在９８％以上．兰善红等［９］采用粉煤灰固定絮凝剂和微生物协同处理印染废水，废水各项指标的去除率为：悬浮物９８５％、色度９３５％，ＣＯＤＣｒ９６５％，生物需氧量（ＢＯＤ５）９７５％，出水水质达到国家纺织染整工业污水Ⅱ级排放标准．杨晓庆［１０］采用絮凝剂与粉煤灰复合的方法去除印染废水色度，实验表明脱色效果随粉煤灰和絮凝剂加入的增加而增加．由实验确定出ＭｇＳＯ４与粉煤灰复合的最佳配比为：当加灰量为１０ｇ／Ｌ，ＭｇＳＯ４的加入量为０２ｇ／Ｌ，脱色率为９７６２％．许可等［１１］采用改性粉煤灰处理含磷废水，对于含磷５０ｍｇ／Ｌ的废液，粉煤灰为１５％，磷的吸附效率可达９９６６％，吸附过程符合Ｆｒｅｕｄｌｉｃｈ方程．孟文清等［１２］将处理印染废水后的改性粉煤饱和灰作为制砖材料，应用于粉煤灰双免砖制备中，该砖抗压强度超过２０ＭＰａ，抗折强度超过６ＭＰａ可以作为制砖材料应用于建筑工业．可见粉煤灰不但可以用来作吸附剂处理各类废水，且吸附饱和粉煤灰还可以用作建筑材料等．　　本文选用电厂废弃物粉煤灰与常见絮凝剂复配，处理印染废水意义重大，可以实现以废治废，变废为宝，具有重大的环境和经济效益．１　实验部分１１　材料及仪器　　粉煤灰取自苏州某火力发电厂，印染废水取自苏州某印染厂，其外观为黑褐色，ｐＨ８９，ρ（ＣＯＤＣｒ）１１００ｍｇ／Ｌ，色度８００倍．１２　实验内容　　分别选择粉煤灰、聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）、ＭｇＣｌ２、粉煤灰与ＰＡＭ复配物、粉煤灰与ＭｇＣｌ２复配物及粉煤灰与ＰＡＭ和ＭｇＣｌ２复配物作为处理剂，考察其对印染废水的处理效果．　　取１００ｍＬ印染废水，分别投加不同的处理剂，于室温下以２００ｒ／ｍｉｎ的转速搅拌３０ｍｉｎ，静置沉淀，取上层清液测其ＣＯＤＣｒ考察其处理效果．１３　分析方法　　密封消解光度法测ＣＯＤＣｒ［１２］．在波长５９０ｎｍ处印染废水中ＣＯＤＣｒ和吸光度之间存在很好的线性相关性：ρ（ＣＯＤＣｒ）＝２３５１８Ａ－２９９９４，式中Ａ为吸光度，线性相关系数Ｒ２＝０９９８６，结果见图１．本文以ＣＯＤＣｒ去除　　　　率来表征改性粉煤灰处理效果．图１　５９０ｎｍ波长处标准曲线Ｆｉｇ．１　Ｓｔａｎｄａｒｄｃｕｒｖｅｏｆ５９０ｎｍｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　　本文采用ＣＯＤＣｒ去除率计算公式ＣＯＤＣｒ去除率＝ρ（ＣＯＤＣｒ）０－ρ（ＣＯＤＣｒ）１ρ（ＣＯＤＣｒ）０×１００％式中：ρ（ＣＯＤＣｒ）０为原水化学需氧量；ρ（ＣＯＤＣｒ）１为处理后污水化学需氧量．２　结果与讨论２１　粉煤灰、２种絮凝剂及其复配物处理废水效果对比　　分别考察粉煤灰以及ＰＡＭ、ＭｇＣｌ２、粉煤灰与ＰＡＭ和ＭｇＣｌ２复配物对印染废水的处理效果，结果见表１、２．　　由表１可以看出：单独采用粉煤灰、ＭｇＣｌ２和ＰＡＭ处理印染废水效果不佳，ＣＯＤＣｒ去除率最高分别为５４２％、５５０％和６２１％．其中粉煤灰与ＭｇＣｌ２处理效果相近，可能是同为无机絮凝剂的缘故，虽然ＰＡＭ处理效果稍好，但用量大处理成本高，因此考虑粉煤灰与２种絮凝剂复配使用．由表２可以看出，粉煤灰与ＭｇＣｌ２或ＰＡＭ复配物处理印染废水效果明显提高．粉煤灰与ＰＡＭ或ＭｇＣｌ２复配物随着絮凝剂配比由小变大，对印染废水处理效果先上升，达到最大值后下降．且粉煤灰与ＰＡＭ、ＭｇＣｌ２配比存在最佳值，此时ＣＯＤＣｒ去除率最高分别可达６３７％和６８２％，原因是粉煤灰主要依靠物理吸附去除水中ＣＯＤＣｒ，投加ＰＡＭ、ＭｇＣｌ２后，水中阳离子浓度增加，具有较高正电荷，中和了溶液表面的负电性，压缩了电子层，这样利于高分子絮凝剂大分子的吸附和发生絮凝沉降作用，更容易去除水中悬浮物．６９南　京　工　业　大　学　学　报　（自然科学版）第３１卷　表１　粉煤灰与２种絮凝剂处理废水效果Ｔａｂｌｅ１　Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｗｉｔｈｆｌｙａｓｈａｎｄｔｗｏｔｙｐｅｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓρ（粉煤灰）／（ｇ·Ｌ－１）ＣＯＤＣｒ去除率／％ρ（ＭｇＣｌ２）／（ｇ·Ｌ－１）ＣＯＤＣｒ去除率／％ρ（ＰＡＭ）／（ｇ·Ｌ－１）ＣＯＤＣｒ去除率／％５３６４００１３８１００１３５６１０４１２００２４５２００３３８９１５４８４００４５０１００５４２３２０５１５００６５２４００８４８６２５５３７０１０５４４０１０５６２３０５４２０１５５５００１５６２１表２　２种复配方案处理废水效果Ｔａｂｌｅ２　Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｗｉｔｈｔｗｏｔｙｐｅｃｏｍｐｏｕｎｄｓρ（粉煤灰）／（ｇ·Ｌ－１）ρ（ＭｇＣｌ２）／（ｇ·Ｌ－１）ＣＯＤＣｒ去除率／％ρ（粉煤灰）／（ｇ·Ｌ－１）ρ（ＰＡＭ）／（ｇ·Ｌ－１）ＣＯＤＣｒ去除率／％５００５５６４５００５６０３１００２０５７３１００２０６１６１５０４５６３７１５０４５６３２２０１００６１２２０１００６８２２５１５０５８４２５１５０５５４３０３００５６４３０３００３３４２２　粉煤灰复配方案及配比的确定　　实验中选择了粉煤灰、ＭｇＣｌ２和ＰＡＭ的质量浓度作为影响废水处理效果的影响因子进行正交试验，正交设计见表３，正交分析见表４．表３　影响废水ＣＯＤＣｒ去除效果的正交设计表Ｔａｂｌｅ３　ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌｔａｂｌｅｏｆｆａｃｔｏｒｏｆＣＯＤＣｒｒｅｍｏｖｉｎｇ组号ρ（粉煤灰）／（ｇ·Ｌ－１）ρ（ＭｇＣｌ２）／（ｍｇ·Ｌ－１）ρ（ＰＡＭ）／（ｍｇ·Ｌ－１）ＣＯＤＣｒ去除率／％１４１６２０５２２２４２４４０４３２３４３２６０３５７４８２４２０５２５５８３２４０５５８６８１６６０６７０７１２３２２０５８１８１２１６４０７４９９１２２４６０６７３　　由表４可以看出：３种影响废水处理效果的因素中，粉煤灰的质量浓度对废水处理效果影响最大，为主因素，其次为ＭｇＣｌ２的质量浓度，最后是ＰＡＭ的质量浓度，最佳方案是粉煤灰、ＭｇＣｌ２和ＰＡＭ的质量浓度分别为１２ｇ／Ｌ、１６和４０ｍｇ／Ｌ．但从极差来看，各因素对处理效果影响相差不大，因此通过统计分析寻求最佳配比．表４　影响废水ＣＯＤＣｒ去除效果的正交分析表Ｔａｂｌｅ４　ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌｔａｂｌｅｏｆｆａｃｔｏｒｏｆＣＯＤＣｒｒｅｍｏｖｉｎｇ分析ρ（粉煤灰）／（ｇ·Ｌ－１）ρ（ＭｇＣｌ２）／（ｍｇ·Ｌ－１）ρ（ＰＡＭ）／（ｍｇ·Ｌ－１）Ⅰ１３１１１９４４１６２８Ⅱ１７５６１６３０１７３９Ⅲ２００３１４９６１７００Ⅰ／３４３７６４８５４３Ⅱ／３５８５５４３５８０Ⅲ／３６６７４９８５６７Ｒ２３０１５０３７７９　第６期邢新正等：粉煤灰复配物处理印染废水２３　粉煤灰复配比例的选择优化　　试验选用响应曲面的实验分析进一步考察粉煤灰与ＭｇＣｌ２及ＰＡＭ的复配情况，进行进一步的优化．分别以粉煤灰、ＭｇＣｌ２和ＰＡＭ的投放量为变量考查其对废水ＣＯＤｃｒ去除的影响作用，并作出参考模型选择最优配比．实验方案见表３，正交试验结果及分析见表４．表５　ＡＮＯＶＡ分析表Ｔａｂｌｅ５　ＲｅｓｕｌｔｓｏｆＡＮＯＶＡ因素偏差平方和自由度均方差Ｆ检验值Ｐ粉煤灰（Ｌ）７９８１０７１７９８１０７６４１３９３０００１５２３６粉煤灰（Ｑ）２１７８０１２１７８０１７５０３３０３１６８３５ＰＡＭ（Ｌ）９３７５１９３７５０７５３４２０４７６９０４ＰＡＭ（Ｑ）１２００５１１２００５０６９４７７０４２９５５１ＭｇＣｌ２（Ｌ）３３４５０７１３３４５０７２６８８２４０００３５２４４ＭｇＣｌ２