廢棄聚酯制季銨鹽對印染廢水的絮凝性能研究

紀漢鋒，馬馳，高天旭，李艷，何偉，潘崇祥，劉長偉

（1.沈陽化工大學材料科學與工程學院，沈陽 110142；2.沈陽東學碧水環境工程有限公司，沈陽 110003； 3.漣水新源生物科技有限公司，江蘇 淮安 223001）

1 前言

目前我國的水體污染主要來自工業廢水的排放。據統計，全國工業廢水排放總量的35%來自印染行業，印染廢水每天的排放量就達約4×106m3[1]，并且隨著我國印染工業的飛速發展，日排放量還將逐年增長，這將給環境污染的治理帶來巨大壓力。印染廢水的有機組分大多以芳烴及雜環化合物為主，通常具有水質色度高、成分復雜、毒性大等特點[2]。在印染廢水中加入絮凝劑是目前國內外普遍采用的一種處理方法。目前被廣泛使用的絮凝劑有兩種，一種是無機類絮凝劑如復合氯化鋁、聚合氯化鐵等，該類絮凝劑由于自身帶有電荷，因此具有良好的電中和效果，且價格低廉，是目前使用最廣的一類絮凝劑，但其絮凝速度較慢、投放量大，且隨著時間延長易發生膠體再穩現象而失去絮凝效果；另一種是以聚丙烯酰胺（PAM）為代表的有機類絮凝劑，雖然其絮凝效果較好，但由于PAM的分子量較大，投放量過大時會使體系黏度迅速增加，堵塞排污管道[3～5]。本研究利用一種由廢棄聚酯制備的季銨鹽表面活性劑（QAS-PET）對含有印染廢水進行脫色處理，考察此種新型季銨鹽表面活性劑用量、溶液pH值和絮凝時間對COD去除效果的影響。

2 實驗部分

2.1 試劑及儀器

廢棄聚酯制備的季銨鹽表面活性劑（QAS-PET），參照文獻[6]的方法實驗室自制；復合氯化鋁絮凝劑（工業品），陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑（工業品），BWD-01型季銨鹽絮凝劑（工業品），木質素改性絮凝劑（工業品），氫氧化鈉、鹽酸、重鉻酸鉀、鄰菲啰啉、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、濃硫酸、硫酸銀、硫酸汞均為分析純；印染廢水樣品（棕黑色、有臭味），COD：853mg/L；恒溫磁力攪拌器，DF-101S；真空干燥箱，DZF-6090；電子分析天平，BSA124S型；pH酸度計，PHSJ-4F型；六聯磁力攪拌器，HJ6型。

2.2 實驗方法

2.2.1 樣品pH值的調節

取400mL印染廢水樣品置入500mL燒杯中，在持續攪拌的條件下，向燒杯中緩慢滴加0.10mol/L的HCl或NaOH溶液來調節樣品的pH值。

2.2.2 化學需氧量（COD）的測定

首先向已調節好pH值的廢水樣品中緩慢滴加計量的絮凝劑水溶液，然后放入攪拌器中，先快速（200r/min）攪拌5min，再慢速（60r/min）攪拌20min，再靜置20min吸上清液。分別取印染廢水原液、蒸餾水及已靜置好樣品的上清液各10mL置入錐形瓶中，然后用10mL蒸餾水進行稀釋，參照《水質化學需氧量的測定》（GB1/T1914-1989）方法測定COD的值，并按照下式計算其COD去除率。

COD去除率=（CO-CT）/CO×100%

式中：CO為處理前廢水的COD值（mg/L）；CT為處理后廢水的COD值（mg/L）。

3 結果與討論

3.1 不同絮凝劑對印染廢水COD去除率的影響

在用量相同的條件下，分別選取目前市售不同種類的絮凝劑：復配聚合氯化鋁絮凝劑、聚丙烯酰胺絮凝劑、木質素改性絮凝劑、BWD-01型季銨鹽絮凝劑與自制QAS-PET的絮凝效果進行對比，結果見表1。

表1 不同絮凝劑的廢水COD去除率

由表1可知，傳統的BWD-01型季銨鹽絮凝劑和自制的QAS-PET型表面活性劑對該類印染廢水的絮凝效果均明顯優于復配聚合氯化鋁類、木質素類和聚丙烯酰胺類絮凝劑，這主要是由于取樣的印染廢水中主要含有可溶性靛藍隱色體鈉鹽（靛藍）、甲基藍、硫化黑等電負性染料，季銨鹽類絮凝劑分子中的正電荷可以與印染廢水中的負電荷發生強烈的電中和作用，且由于季銨鹽類絮凝劑自身的吸附架橋作用[7]，使其對該類廢水的絮凝效果明顯好于其他類絮凝劑。此外，由于廢棄聚酯制季銨鹽絮凝劑的分子結構（見圖1）與傳統季銨鹽表面活性劑不同，在其分子結構中兩個季銨鹽基團被中間的聯接鏈基團連接在一起，而使兩季銨鹽之間連接得更加緊密，更易形成膠束，在與印染廢水作用時更有利于形成絮凝體沉降下來，所以廢棄聚酯制季銨鹽的絮凝效果要好于傳統季銨鹽絮凝劑。

圖1 廢棄聚酯制季銨鹽的分子結構式

3.2 廢棄聚酯制季銨鹽投放量對印染廢水COD去除率的影響

在其他條件不變的條件下，改變QAS-PET的投放量測試印染廢水的COD去除率，結果見表2。

表2 季銨鹽絮凝劑投放量對印染廢水COD的影響

由表2可看出，起初隨著QAS-PET的加入量增加，廢水樣品COD去除率也隨之迅速增加，當投放量達到20mg/L時，COD去除率達到了81.9%，但當投放量超過該值后，隨著QAS-PET投放量的增加，反而會使COD去除率下降，當投放量達到45mg/L時，COD去除率基本穩定在49.3%。這主要因為在低濃度時QAS-PET與染料廢水中的有機物在分子力的相互作用下形成絮狀體，在靜置過程中，絮狀體相互碰撞，尺寸和質量不斷變大，形成絮凝體，大幅降低了廢水上清液中有機物的含量，從而使有機耗氧量迅速下降。當QAS-PET的投放量增大到一定程度，QAS-PET除了與染料中的有機物形成絮凝體外，多余的QAS-PET分散于被處理的水體中，導致COD再次增加，而COD除去率下降。

3.3 pH對廢棄聚酯制季銨鹽印染廢水COD去除率的影響

印染廢水pH對QAS-PET 的COD去除率的影響見圖2。

圖2 pH值對COD去除率的影響

如圖2所示，在酸性條件下，COD去除率略低，而隨著pH值的逐漸升高COD去除率也隨之升高，由圖2還可看出，在pH值為7時，COD去除率達到最高，且在pH值7～11之間去除率均較高。這主要是由于在不同pH條件下季銨鹽與印染廢水中的有機物表現出不同的結合能力，對于季銨鹽表面活性劑本身帶有正電荷，在pH值較低的條件下水中存在大量H+離子，使其與有機物的結合能力下降，而隨著pH的升高，H+離子逐漸減少，當pH值大于或等于7時，溶液呈電中性或堿性，更有利于季銨鹽粒子與印染廢水中具有電負性的有機物結合，因此COD去除率較高，這也說明此種季銨鹽絮凝劑對中性及堿性印染廢水具有較好的普適性。

4 結論

與傳統聚合氯化鋁及聚丙烯酰胺類等絮凝劑相比，由廢棄聚酯所制備的季銨鹽絮凝劑對印染廢水COD的去除具有更好的效果。而此種絮凝劑的使用效果受廢水pH值和投放量的影響較大，對本研究所提取的廢水染料而言，此種新型季銨鹽絮凝劑在pH值為7，投放量為20mg/L的條件下，其對印染廢水的COD去除率可達81.9%，具有良好的絮凝效果，且對中性及堿性印染廢水具有較好的普適性。