季铵型阳离子脱色剂与PAC 混凝深度处理印染废水

摘要：选用季铵型阳离子脱色剂与聚合氯化铝（PAC）复配对印染废水进行深度处理。研究结果表明，复合絮凝剂处理印染废水效果较好，在pH 值为8 的条件下，当季铵型阳离子脱色剂投加量为4 mg/L，PAC 投加量为10 mg/L 时，印染废水的脱色率可达91.2%，COD 去除率达58.6%。季铵型阳离子脱色剂和PAC 复配使用能降低投药量、提高处理效果，应用于印染废水深度处理的前景良好。

关键词：印染废水；复合絮凝剂；季铵型阳离子脱色剂；聚合氯化铝

0 前言

印染行业用水量大、废水回用率低、水资源浪费严重，在节能减排的大背景下，印染废水回用已被越来越多的企业所关注。深度处理印染废水并进行回用，不仅可节约大量新鲜水，还能直接减少废水排放量，对促进印染行业可持续发展有重要意义[1-2]。膜处理技术虽然可以达到较高的废水回用要求，但其投入以及维护处理费用较高[3-4]。在现阶段节能减排的压力下，企业迫切希望在原有处理工艺的基础上，经过适当地改进或增加一些设备，以最少的投入，实现废水回用。福建某印染有限公司在改扩建方案上，要求对印染废水在达标处理的基础上进行深度处理，达到回用水水质标准，并降低处理成本。

季铵型阳离子脱色剂是一种新型高效的有机高分子絮凝剂，在吸附架桥和吸附电中和作用下，使染料分子失稳并与水分离。聚合氯化铝（PAC）由形态多变的多元羧基络合物组成，在水解过程中，伴随发生凝聚、吸附和沉淀等物理化学过程，絮凝沉淀速度快。选用季铵型阳离子脱色剂与PAC复配深度处理印染废水，可以提高絮体沉降性能，弥补有机高分子脱色剂单独使用时絮体沉降性能欠佳的不足[5-8]，为印染废水深度处理后回用提供切实可行的方案。

1 试验部分

1.1 废水、仪器与试剂

废水取自晋江某印染废水处理站气浮池出水，COD 75 mg/L，色度42倍，pH值6.56

仪器FA2004N 电子天平，7230 型分光光度计，PHS-3C 型精密酸度计，JJ-4 六联电动搅拌器，JHR-2型节能COD恒温加热器

试剂季铵型阳离子脱色剂（自制，主要由双氰胺、甲醛、氯化铵按一定比例缩聚反应制得），聚合氯化铝（PAC，工业品），硫酸、硫酸银、重铬酸钾、硫酸亚铁铵（均为分析纯）

1.2 废水处理

取200 mL 水样置于烧杯中，用0.10 mol/LNaOH，0.05 mol/L H2SO4 调节pH 值，投加脱色剂，并以200 r/min 的转速快速搅拌2 min，然后以60 r/min慢速搅拌10 min，静置沉淀30 min后取其上清液，测定其色度和COD。

1.3 性能测试

色度采用GB 11903—1989《水质色度的测定稀释倍数法》测定；

pH值采用GB 6920—1986《水质pH值的测定玻璃电极法》测定；

化学需氧量COD 采用GB 11914—1989《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》测定。

2 结果与讨论

2.1 季铵型阳离子脱色剂对废水处理效果的影响

2.1.1 季铵型阳离子脱色剂的质量浓度

单独使用季铵型阳离子脱色剂对废水进行处理时，脱色剂质量浓度对色度和COD去除率的影响见图1。

由图1可以看出，脱色率随着季铵型阳离子脱色剂质量浓度的增大而增大，后趋于平稳，质量浓度为12 mg/L时，脱色率达到最大值为82.8%。COD去除率随着脱色剂质量浓度的增加先增大后下降。这是因为季铵型阳离子脱色剂是一种有机絮凝剂，主要通过吸附架桥和吸附电中和机理起作用。脱色剂在脱色过程中，其分子中的阳电荷对染料阴离子有吸附中和作用，而且其大分子呈线性结构，能对染料分子及细小分散絮体起架桥吸附作用，形成较大絮体，从水体中分离，脱色和去除COD的效果较好。继续投加脱色剂，废水中的微粒被过多的脱色剂包围，失去同其他微粒结合的机会，达到另一种稳定状态，不易凝聚，因而絮凝效果变差。

2.1.2 溶液pH 值

季铵型阳离子脱色剂在不同pH值条件下会表现出不同的形态，染料分子在不同pH值下结构也会发生变化。pH值对季铵型阳离子脱色剂废水处理效果的影响如图2所示。

由图2可知，溶液pH值为3~8时，随着pH值的增大，混凝效果略有上升，但变化不大。当pH值大于9时，混凝效果变差。这是因为pH值较高时，季铵型阳离子脱色剂分子中所带的正电荷会被溶液中的OH-中和而减少，使得脱色剂与染料分子的结合能力减弱，吸附架桥作用减弱，絮凝作用降低，降低了脱色、去除COD的效果。

2.2 PAC 对废水处理效果的影响

2.2.1 PAC 的质量浓度

单独使用PAC对废水进行处理时，PAC质量浓度对色度和COD去除率的影响见图3。

由图3可见，随着PAC质量浓度的增加，色度和COD的去除率逐渐增大；当PAC质量浓度达到10 mg/L时，废水色度和COD的去除率达到最佳效果；继续增加PAC质量浓度，废水处理效果逐渐变差。这是因为随着PAC质量浓度的增加，水中的多核聚合羟基络离子与污染物胶体发生电中和、吸附、卷扫作用，促进胶体和悬浮物等快速脱稳、凝聚和沉淀，表现出良好的混凝效果，色度和COD去除率上升。但PAC过量添加，这些多核聚合羟基络离子表面活性中心被占据，反而影响其电中和作用，同时这些过量的多核聚合羟基络离子会使污染物颗粒形成带正电荷的胶体，重新分散在水中，产生胶体保护作用，甚至重新稳定，即“再稳”[9]，从而降低絮凝效果，色度和COD的去除率变差。

2.2.2 溶液pH 值

pH值对PAC的混凝效果如图4所示。

由图4可见，pH值在4~9范围内，有较好的色度和COD去除率，最佳pH值为8。这是因为不同的pH 值下，PAC 会形成不同的水解聚合形态，当pH值<3时，铝的形态主要以[Al（H2O6）]3+的形式存在；当pH值>4时，铝的形态主要以碱铝离子的形式存在，并有氢氧化铝形成；当pH值>9时，会生成偏铝酸盐，从而影响混凝效果[10]。

2.3 季铵型阳离子脱色剂和PAC 复配对废水处理效果的影响

调节水样pH 值为8，固定PAC 为10 mg/L，改变季铵型阳离子脱色剂的质量浓度（1、2、3、4、5、6 mg/L），研究季铵型阳离子脱色剂和PAC复配对废水处理效果的影响，结果见图5。

由图5可见，当季铵型阳离子脱色剂和PAC的投加质量浓度分别为4 mg/L和10 mg/L时，色度和COD的去除率分别为91.2%和58.6%。采用季铵型阳离子脱色剂与PAC复配处理印染废水可明显提高脱色絮凝效果，其主要原因是季铵型阳离子脱色剂通过其链状分子的吸附架桥作用能有效增加絮体颗粒尺寸，两者复配使用会产生协同效应，使絮凝体聚集较快，结构紧密，易沉降，明显提高色度和COD去除率，并减少了季铵型阳离子脱色剂的投加量，降低经济成本。

2.4 工程应用

将季铵型阳离子脱色剂与PAC按2∶5的比例复配，应用于晋江某集团污水处理站尾水的深度处理，经混凝沉淀再经离子交换树脂软化处理后，出水水质达到回用水要求，详见表1。

3 结论

（1）用季铵型阳离子脱色剂与PAC复合絮凝剂深度处理印染废水，具有良好的混凝效果。在废水pH值为8，复配絮凝剂季铵型阳离子脱色剂和PAC质量分数分别为4 mg/L和10 mg/L时，色度去除率达91.2%，COD去除率为58.6%。

（2）季铵型阳离子脱色剂是一种性能优良的脱色絮凝剂，具有较高的脱色能力，能有效地应用于印染废水的深度脱色治理。季铵型阳离子脱色剂和PAC复配使用产生协同效应，使絮凝体聚集较快且密实性，沉降性得到改善，明显提高脱色絮凝效果，并大大减少有机絮凝剂用量，节降经济成本。

（3）采用脱色絮凝剂对废水进行深度处理，可以在原有工艺的基础上，结合余浊、硬度及铁离子的控制，可以实现同膜处理相同或接近的效果（除盐外）。该工艺能以最少的投入，实现污水回用，因而更容易被染厂接受，从而达到减少自来水消耗、减少污水排放、节能的目的。

本文转自“乾来环保”