粉煤灰強化混凝法處理單一染料廢水的實驗研究

摘 要：混凝-氧化復合處理印染廢水，以適宜的混凝劑、氧化劑和粉煤灰助凝劑對模擬印染廢水進行處理。采用正交實驗，分析研究pH值、混凝劑投加量、助凝劑投加量對混凝處理效果的影響，得出最佳混凝條件；采用單因素實驗研究pH值、氧化劑投加量對氧化處理效果的影響，并確定最佳氧化實驗條件。

關鍵詞：強化混凝；粉煤灰；染料廢水

1 概述

印染廢水是工業廢水排放大戶，是對環境污染嚴重的工業污染源之一。如何選擇一個技術可行、經濟合理的方法將印染、染料廢水進行脫色，一直是廢水處理上的一個重要課題[1]。近年來國內外對含染料廢水的脫色方法進行了大量研究，但由于含染料廢水類別復雜，使治理技術很難實現工業化，所以如何脫色成為含染料廢水處理的一個難題。

吸附法是利用多孔性的固體物質，使廢水中的一種或多種物質被吸附在固體表面而去除的方法。染料廢水處理中，吸附法主要應用于預處理和深度處理。吸附法主要有活性炭吸附、粉煤灰吸附等。吸附劑種類繁多，工程中需要考慮吸附劑對染料的選擇性，并根據廢水水質來選擇吸附劑。

活性炭吸附面積大，有很強的吸附能力和選擇性，但是易流失，需不斷補充，運行費用大，常用作廢水的深度處理。粉煤灰由于來源廣泛，價格低廉，因而在印染廢水方面有較大的潛力。其主要的吸附性物質為Al2O3，CaO，MgO和C。

考慮到優化混凝脫色工藝不會過多地增加其運行投資成本，因此采用以廢治廢，即采用適宜的廢棄物作為助凝助沉劑與化學混凝劑聯用處理印染廢水，提高廢水處理效果，被認為是實現優化工藝的有效途徑[2]。

在眾多可作為助凝劑使用的廢棄物中，粉煤灰具有優越的助凝性能。

粉煤灰在絮凝過程中有協同效應。作為助凝劑，粉煤灰為絮凝提供了凝聚晶核，為絮體的迅速長大創造了條件。又因為粉煤灰本身密度大，當粉煤灰顆粒卷入礬花后，能增加絮體的比重，加速礬花的沉降速度。利用粉煤灰處理廢水不但能夠解決粉煤灰環境污染的問題，而且具有顯著的經濟效益。這不僅可以為粉煤灰的利用提供一種新的方向，還可為廢水的處理提供廉價的原料。

2 實驗部分

2.1 實驗材料

（1）粉煤灰改性

將粉煤灰和0.5mol/L的H2O2按固液質量比為1∶10的比例混合，常溫條件下攪拌反應一定時間，然后進行抽濾，將所得固體洗凈后烘干，備用。

（2）配制模擬染料廢水

分別稱取固體染料直接深藍、酸性橙、堿性桃紅0.0500g，定容至500ml，配成100mg/L的廢水，測出原廢水pH值分別為8.06，7.85，7.81。

（3）實驗過程

在500ml的燒杯中加入500ml印染廢水，定位在加熱攪拌機上，邊攪拌邊加入混凝劑PFS，調節pH值，混凝一段時間后，加入PAM，快速攪拌1min，加入助凝劑粉煤灰，快速攪拌2min，再慢速攪拌10min，靜置20min后取其上清液，測定吸光度。

2.2 實驗方法

文章先用正交實驗分別對三種單色染料廢水進行混凝處理，作正交分析后得出三種單色染料的最佳混凝條件。混凝主要影響因素為：pH值（A）、PFS投加量（B）、PAM投加量（C）、粉煤灰投加量（D），采用L9（43）正交表加以研究，其中各因素水平取值鑒于文獻資料中經驗值而定[3-5]。

3 結果與討論

3.1 直接深藍染料廢水實驗結果

以脫色率為指標，表5知，方差分析結果表明四個因素的影響均不顯著。由表4知，表中極差值表示該因素對實驗結果的影響大小，極差越大，該因素對反應的影響越大[6]。從表4中可以看出pH值是主要因素。從不同水平的脫色率均值來看，A采用水平1較好；B采用水平2較好；C采用水平1較好；D采用水平1較好。又因B水平1、2在誤差范圍內，由此我們可判斷正交表中混凝的最佳組合是A1B1C1D1，即直接深藍混凝最佳混凝條件是：pH值6，PFS量500mg/L，PAM量4mg/L，粉煤灰量0.5g/L。在此條件下，做三次重復實驗，得平均脫色率為97.2%。

3.2 酸性橙廢水實驗結果

結果表明，A為極顯著，B、D都為顯著，由于沒有交互作用，故為加性模型，即A、B、D的好水平組合表現一定好。影響脫色率的最主要因素為：pH值；從平均值上看，A以水平1最好，B以水平1最好，C以水平2最好，D以水平3最好。又因為C水平1、2相差很小，可忽略，由此可判斷正交表中混凝的最佳組合是A1B1C1D3，即酸性橙廢水混凝最佳條件為：pH值5，PFS量500mg/L，PAM量4mg/L，粉煤灰量3g/L。以此最佳條件做三次重復實驗，所得平均脫色率是92.5%。

3.3 堿性桃紅廢水實驗結果

對脫色率的最主要影響因素為：PFS用量。從平均值上看，A以水平3最好，B以水平2最好，C以水平3最好，D以水平2最好，由此可判斷正交表中混凝的最佳組合是A3B2C3D2，即堿性桃紅廢水混凝最佳條件為：pH值8，PFS投加量1000mg/L，PAM投加量12mg/L，粉煤灰投加量2g/L。以此最佳條件做三次重復實驗，所得平均脫色率是79.9%。

3.4 pH值對脫色率的影響

脫色率隨著pH值的增加而增加，因此對pH值繼續研究。在PFS投加量1000mg/L，PAM投加量8mg/L，粉煤灰投加量2g/L條件下，調節pH值為8，做三次重復實驗，得平均脫色率為79.8%，而由上述可知，pH值為7（其它條件相同）時的平均脫色率為83.9%。

這說明：pH值太小，聚鐵的高價多核絡離子會轉變成鐵離子而失去凝集作用；pH值太高，水解形態逐漸轉變成低電荷氫氧化物凝膠，絮凝作用降低。當混凝pH值控制在最佳范圍內時，所投加的藥劑均能使其水解成多核羥基配合物達到最佳組合，充分發揮其混凝作用。因此，最佳混凝pH值取7。

3.5 PFS投加量對脫色率的影響

當PFS投加量在1000mg/L時，色度去除率最佳。分析其原因如下：若投藥量不足，水中雜質得不到充分的逆反電荷脫穩，不能凝聚成大顆粒而被絮凝；投加量太大，雖然增加了多核聚合羥基離子的數量，但架橋作用所必須的粒子表面吸附活性點少了，架橋變得困難，同時，投加量過大，膠體表面會帶上相反的電荷，使剛脫穩的膠體又重新獲得穩定。

3.6 PAM投加量對脫色率的影響

隨著PAM投加量增加，脫色率呈上升趨勢，當PAM投加量為8mg/L時就起到足夠好的架橋作用，使礬花結大而快速沉降；當投加量過大，PAM能產生膠體保護作用而使膠體剛脫穩而又轉向再懸浮，導致色度去除率下降。

3.7 粉煤灰投加量對脫色率的影響

粉煤灰的投加量過少不但未能起到應有的作用，反而可能由于其帶入的粉體造成水體略顯混濁；過量又會導致水體混濁更加明顯，當粉煤灰投加量適當時，粉煤灰與混凝劑的協同作用會達到一個最大值，但由圖4可見粉煤灰投加量增加對脫色率影響不大，因此，粉煤灰的最佳投加量為2g/L。

綜上所述，混凝最佳條件為：pH值7，PFS投加量1000mg/L，PAM投加量8mg/L，粉煤灰量2g/L。以此最佳條件做三次重復實驗，所得平均脫色率是83.9%。

4 結束語

所選三種染料廢水混凝的適宜pH值范圍為5～8，PFS投加量為500mg/L～1000mg/L，最佳混凝條件中，直接深藍廢水粉煤灰投加量最少，為0.5g/L，酸性橙廢水粉煤灰投加量最多，為3g/L；堿性桃紅廢水PAM投加量最多，為12mg/L，直接深藍廢水和酸性橙廢水PAM投加量最少，為4mg/L。三種染料廢水中脫色效果最好的為直接深藍廢水，其次是酸性橙廢水，最后是堿性桃紅廢水。

參考文獻

[1]杜愛國.印染廢水的脫色處理[J].印染，1997，23（5）：34-38.

[2]閆慶松.厭氧+好氧+煤渣吸附處理偶氮染料廢水的研究[J].工業水處理，2000（5）：22-26.

[3]湯鴻霄.無機高分子復合絮凝劑的研究趨向[J].中國給水排水，1999，15（12）：1-4.

[4]賀啟環，張勇，方華.處理印染廢水的復合混凝劑的研究進展[J].工業水處理2002，22（4）：1-4.

[5]李方文，魏先勛，馬淞江，等.粉煤灰改性吸附材料的研究[J].重慶環境科學，2003（6）：4-8.

[6]袁志發，周靜芋.實驗設計與分析[M].北京：高等教育出版社，2000.