聚氯化铝、聚丙烯酰胺复合絮凝剂处理染料废水

印染废水是指棉、麻、化学纤维等纺织品加工行业排放的废水，具有排放量大、成分复杂、色度高等特点，是工业废水中较难处理的-种废水。印染废水不经处理而直接排放，会对人类健康和生态系统的稳定带来极大危害，同时也造成了水资源的浪费。因此，我国制定了极为严格的印染废水排放标准，促使人们日益重视对印染废水处理技术的开发。目前，处理印染废水的方法主要有化学法、生化法、物化法等。作为-种传统的水处理技术，混凝沉淀法具有廉价、处理效果优良等优点而依然成为水处理技术中优先考虑的方法。利用絮凝沉淀法处理印染废水需要优质、高效、廉价的絮凝剂。为此，学者们对絮凝剂的开发投人了大量的精力。-般可将絮凝剂划分为无机、有机、生物絮凝剂3类。其中，无机絮凝剂，特别是聚合氯化铝由于廉价、高效、较强的电综合能力、适用范围广等特性，成为水处理中大量使用的絮凝剂。相比无机絮凝剂，有机高分子絮凝剂-般都含有丰富的羟基、羧基、氨基等亲水基团，具有优良的吸附架桥能力。对于成分复杂的印染废水，单-使用无机或者有机絮凝剂，效果均较差。因此，将两者复合使用，就能起到协同处理作用，克服单-絮凝剂的许多不足，获得较为优良的处理效果。

Fe3O4纳米材料具有巨大的比表面积和小尺寸效应，在生物医药、模拟酶催化、环境治理等方面得到了广泛应用.考虑到纳米Fe3O4对污染物具备较为优异的吸附性能，将Fe3O4添加到絮凝剂中能发挥复合物的吸附-絮凝协同效应，促进对污染物的去除。因此，学者们尝试将纳米Fe3O4作为助凝剂添加至絮凝剂中来改善原絮凝剂的性能，提升絮凝效果。付雯等以聚合氯化铝(PAC)作为絮凝剂，纳米Fe3O4作为助凝剂来去除水体中的铜绿微囊藻，结果表明，添加助凝剂后效果明显优于PAC单独使用时的效果，并且能够显著降低絮凝剂PAC的用量，缩短沉降时间。

本研究以聚氯化铝为无机絮凝剂，聚丙烯酰胺为有机絮凝剂，纳米Fe3O4为助凝剂处理硫化黑模拟染料废水，研究了各组分配比、投加量、染料浓度、溶液pH值等因素对该复合絮凝剂处理染料废水的性能，以确定两者协同作用时处理染料废水的最佳实验条件，为该染料废水的治理提供一定的参考。

1、实验部分

1.1 仪器和试剂

PHS-3C精密pH计；KO-200KDB型高功率数控超声清洗器；DF-2集热式磁力搅拌加热器；SP-752型紫外-可见分光光度计。

聚氯化铝、聚丙烯酰胺、硫化黑染料、硫酸铁、硫酸亚铁、重铬酸钾、盐酸、氢氧化钠均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 纳米Fe3O4的制备

纳米Fe3O4的制备采用共沉淀法，具体操作参考文献。

1.2.2 复合絮凝剂的制备

根据实验要求，取一定质量的聚丙烯酰胺于250mL锥形瓶中，加入150mL的蒸馏水，于75℃的恒温条件下搅拌，待其溶解后再依次加人实验要求的一定质量的Fe3O4粉体和聚氯化铝，搅拌，超声处理30min后过滤，30℃下熟化24h即得目标复合絮凝剂。

1.2.3 絮凝性能实验

制得的复合絮凝剂的絮凝性能以硫化黑废水的COD、浊度和色度的去除率为指标来评价。根据实验要求，将300mL100mL的硫化黑模拟废水加人到烧杯中，再加入一定质量的复合絮凝剂，以100r／min的速率搅拌10min，沉降10min后取上清液测定溶液的COD(采用GB11914-89方法测定)、浊度(采用GB13200-91方法测定)和色度(采用GB11903-89方法测定)，分别考察了各组分配比、投加量、溶液pH值等因素对该复合絮凝剂去除染料废水的性能的影响。

2、结果与讨论

2.1 不同絮凝剂对染料废水絮凝效果的影响

分别使各絮凝剂投加量为20mg／L，调节硫化黑染料废水的pH值为8.0，考察不同絮凝剂对硫化黑染料的处理效果，结果见图1。

由图1可知在相同的实验条件下凝剂的组成对染料废水的处理效果存在较大差异。其中，由Fe3O4、聚氯化铝和聚丙烯酰胺三者复配成的剂处理效果最佳，COD、色度、浊度的去除率分别达到85.55%，97.67%，95.59%单独使用聚氯化铝处理效果较差，对应的3项指标的去除率分别只有55.01%，78.55%，74.21%。在絮凝过程中，染料废水中带负电荷的胶粒，与复合絮凝剂中的聚合氯化铝的金属阳离子发生电扫中和效应，促使染料胶粒团聚。同时加人的纳米Fe3O4.和聚丙烯既胺由于具备吸附和架桥能力，进-步增强絮凝剂对染料胶粒的吸附和卷扫，促使絮凝剂絮体团聚。并迅速扩大，提高沉降速度，增强对废水的处理效果。而聚氯化铝单独使用时，只有电扫中和效应，相比复合絮凝剂来说，效果较差

2.2 絮剂配比对凝效果的影响

使复合絮凝剂的投加量为20mg/L，硫化黑染料废水的pH值为8.0，考察絮凝剂中各成分配比对硫化黑染料的处理效果，结果见图2。

由图2可知复合絮凝剂对染料的处理效果与絮凝剂的成分组成有较大的关系。在絮凝剂总质量一定的条件下，当Fe3O4、聚氯化铝和聚丙烯酷胺的质量比为1:2:1时，对染料废水的处理效果最佳。说明在制备絮凝剂的过程中，如果聚氯化铝的添加量较大，此时絮凝剂电中和卷扫作用占据主要作用，再借助于Fe3O4和聚丙烯酰胺的吸附、架桥作用能进-步促进絮凝剂的处理效果。然而，继续增加絮凝剂中聚氯化铝的含量，染料废水的处理效果有所下降，可能是由于Fe3O4和聚丙烯酰胺的含量减少，降低了絮凝剂对染料胶粒的吸附和卷扫作用，减弱了絮体的形成，造成废水处理效果的下降。

2.3 絮凝剂投加量对絮凝效果的影响

使硫化黑染料废水的pH值为8.0，改变絮凝剂的投加量，考察絮凝剂投加量对硫化黑染料的处理效果，结果见图3。

由图3可知，当絮凝剂的投加量不超过20mL时，浊度、色度、COD的去除率都伴随投加量的增加而上升；当絮凝剂的投加量超过20mg／L时，浊度、色度、COD的去除率伴随投加量的增加而下降。对于一定体积的染料废水来说，适当地增大絮凝剂的投加量有利于增加单位体积中絮凝剂的分布密度，增强吸附架桥和网捕作用，促进对废水的处理；然而，如果絮凝剂投加量过多，溶液中游离的正电荷金属离子增多，造成废水中胶粒颗粒表面带有正电荷，胶粒之间发生静电排斥，造成微粒不易凝聚，去除效果下降。

2.4 溶液pH值对絮凝效果的影响

使复合絮凝剂的投加量为20mg／L，调节硫化黑染料废水的pH值分别为6.0，7.0，8.0，9.0，10.0，考察溶液pH值对硫化黑染料废水的处理效果，结果见图4。

由图4可知，溶液pH值对废水处理效果影响较为显著。在pH值为8.0时，絮凝效果最好。在酸性条件下，絮凝剂中的铝离子以离子形式存在，未形成羟基铝络合物结构，对染料胶粒的电中和和卷扫作用较弱；随着pH值的逐渐增大，金属离子与羟基络合物产生多种中间产物，这些中间产物通过卷扫和压缩双电层使絮体凝结、变大；而当pH值过大时，溶液中过多的OH-离子，可造成铝盐水解，使絮凝剂中的羟基铝结构瓦解，造成絮凝效果下降。因此，较为适宜的pH值为8.0。

3、结论

利用聚氯化铝、Fe3O4和聚丙烯酰胺制备了聚氯化铝-Fe3O4-聚丙烯酰胺复合絮凝剂，该絮凝剂对硫化黑染料废水具有较好的絮凝效果，在絮凝剂投加量为20mg／L、废水pH值为8.0的条件下，该复合絮凝剂对硫化黑染料废水的浊度、色度、COD的去除率分别为95.59％，97.67％，85.55％。该絮凝剂价格低廉，可大规模推广使用。（来源：桂西区域环境生态分析与控制重点实验室，广西高校重点学科-材料物理与化学，百色学院化学与环境工程学院）