污水处理

选用脱色絮凝剂对酸性红1、活性黑5、 Van金黄RK和分散蓝60染料的模拟废水进行混凝脱色实验,其脱色率均可达到99%以上。但由于各种染料结构的不同,混凝脱色效果有一定差别。

除活性染料外,所有的酸性和分散性染料都具有良好的水溶性,这是因为在这些染料分子结构中都含有磺酸基团的原因。由于染料分子的骨架是憎水性的,如果没有段革或磺酸基的存在,染料分子溶解性非常差。弱酸性染料一般为单偶氮或双偶氮类,结构较为复杂,分子中含一SO,H、一OH等亲水基团,常温下在水溶液中以接近胶体的状态存在。

还原性染料分子结构的基本骨架是分子量较大的多环芳香族化合物,上面含多个-c-0及一NH-基团,疏水芳香环多而亲水基团少,主要以疏水性的悬浮微粒存在,稳定性较差,加入一般的混凝剂,例如硫酸铝等,容易发生凝聚而被除去。

活性染料、直接染料、分散染料一般属双偶氮、三偶氮结构,分子中-so,H,-OH等亲水性基团含量较高,水溶性好,溶解度大,多以接近真溶液的状态存在,采用一般混凝剂,即使投量较大,脱色率也很低。

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二、染料溶液pH值的影响

图5-4是pH值为6.0时活性红2溶液与双氰胺甲醛脱色絮凝剂混合的UV-可见光谱图。试验中发现,当pH值为6.0时,活性红2染料溶液加入脱色剂混合后仍为溶液,被处理后的染料溶液中不出现沉淀。但是在混合过程中(染料/脱色剂-200mg/L/200mg/L),可以观察到混合液的颜色从朱红色逐渐变为粉红色。由图5-4可知,原染料溶液与加入脱色剂后的混合溶液相比其最大吸收波长从525mm变化到了535nm,在试验中还发现,该pH值条件下,增加脱色剂的投加量对染料溶液和脱色剂之间的反应没有影响。当其他染料溶液与脱色剂混合后也可观察到最大吸收波长的变化。若在加入脱色剂之前将染料溶液的pH值调至8.0,再加入脱色剂搅拌后会产生小的矾花。

用双氰胺甲醛脱色絮凝剂处理其他含磺酸基团的染料如活性黑5、酸性红1的水溶液时,也可得到同样的结果。

染料液体

由上述试验可知, pH值对该阳离子脱色絮凝剂

混合液

的脱色效果有较大的影响。这可能与聚合物的分子结构受pH值影响有关。聚合物在弱碱性条件下比较稳定,而在强酸性和强碱性条件下聚合物中的某些基团有可能发生离解而不稳定,导致了染料溶液色度去率不够理想, pH值不仅对阳离子絮凝剂有影响,而-Os L活性黑5和酸性红1染料,分子结构中都含有-0H图5-4活性红与脱色剂 或一NH2基团,与染料分子作用时还有分子氢键作混合液可见光谱图400 500 600700 80 且对染料间的氢键也有影响。试验中用到的活性红2波长/nm用。由于分子间的氢键受pH值的影响,在酸性介质中分子间氢键作用减弱,反应生成的小分子难于聚集沉降,使得染料溶液的脱色率不如在中性及偏碱性介质中高。但是若碱度过高(pH>11),脱色率会有所下降。其原因很可能是pH值过高使得絮凝剂中的一NH,+减少,影响其与磺酸基团的结合。

研究表明,在弱碱性的条件下,脱色剂分子以较稳定的阳离子形式存在,与染料分子中所含的羧基或磺酸基团发生反应,使可溶性染料分子脱稳,并进一步絮凝沉淀。图5-5所示为当pH值为8时活性红2染料溶液的剩余浓度与脱色絮凝剂投量的关系。由表中数据及图中的曲线可知;该脱色剂可有效地去除活性红2溶液的色度,脱色率可达99%以上。

污水处理

在试验中发现,活性红2溶液经处理后的残余色度很难通过光谱仪测得。在试验中很容易用肉眼和光谱仪分辨浓度为0.5mg/L的活性红2的溶液和去离子水,但是却很难区别经和脱色剂处理后的染料溶液与去离子水的色度差别。

曲线B和C分别为活性红2染料浓度为

0. 5mg/L和1.0mg/L的溶液,曲线D为脱色 200剂处理后的溶液。图中处理后的样品虽然其峰 1000150

底高于标准的0.5mg/L的活性红2溶液,但在税50

试验中实际可观察到前者已接近无色,而器。

0.5mg/L的标准溶液有颜色。曲线D的峰底离

的原因可能是由残余的盐类和氯化钠引起的。

50100

脱色投加量/(mg/L)

200 - 250

当pH值为8时,双氰胺甲醛脱色架凝剂对活

图5-5 pH值为8时活性红2染料溶液的

性红2溶液色度的去除率可达到98%以上。使

剩余浓度与脱色絮凝剂投量的关系

用该脱色剂处理其他活性和酸性染料溶液也可达到同样的效果。

三、搅拌速度的影响

混凝过程分混合和絮凝两个阶段。混合的目的是使药剂迅速而均匀地扩散于水中,与染料分子发生反应并创造好的絮凝条件。与此同时,胶体开始脱稳,并借助颗粒布朗运动和素流作用进行混凝,但并不要求形成大的絮体。絮凝的目的是使凝聚的微粒通过粒间架桥、网捕等作用,能与水分离,形成良好絮体。目的不同对搅拌的要求也不一样。

混合阶段要求搅拌剧烈快速,完成时间较短,絮凝则要求随絮体的成长,搅拌速度逐降低且具有较长的反应时间。由于双氰胺甲醛脱色剂兼备混凝和絮凝的作用,因此其使用方法与普通混凝剂相同,即反应前期要求快速搅拌,使胶体脱稳;后期要求慢速混合,以便絮体长大,产生良好的沉淀效果。一般选择快速(250r/min)搅拌1min,慢速(50r/min)搅拌5min.

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四、脱色絮凝剂投量的影响

根据前面所述脱色絮凝剂投加量与活性艳红X-3B染料废水去除率的关系得出,当脱色絮凝剂的投量为染料浓度的0.6~0.9倍,脱色率可达到95%以上, COD去除率大于70%.

当脱色剂的投加量约为染料浓度的1倍时,脱色率可达到99%~100%,因此推测脱色素凝剂与染料溶液发生等当量络合反应。但是由于该脱色剂含有大量双键和氨基,如果投加量超过絮凝染料所需的量往往会造成溶液COD升高的现象,因此使用过程中必须适当控制投加量。

测定脱色剂、活性红2染料和两者反应后生成的沉淀物的拉曼光谱,发现沉淀物和染和的谱线基本相似,表明染料分子脱色前后结构没有发生变化。处理后的溶液中不再存在染料分子,并且在反应过程中没有产生被化学降解的物质。这表明染料是被絮凝,生成不溶性大分子除去的,而并不是发生还原反应将偶氯基(生色基团)还原成苯胺。由于活性红2等染料分子中含有亲水性基团磺酸基,具有极好的水溶性。因为极性基团吸附了大量的极性分子后会在胶粒表面形成水膜,通常很稳定,这类染料仅有静电中和及压缩双电层作用并不能使染料脱稳除去,这一点可以从高阳离子度聚丙烯酰胺和二烯丙基二甲基氯化铵均聚物对于活性染料没有脱色效果得到反证。另外混凝过程形成的沉淀物是不溶于强酸和强碱的,这进一步证明了这种混凝是一种化学反应。如果上述提到的活性黑5、酸性红1、分散蓝60和活性染料的脱色机理完全是相同的,但是由于不同染料的亲水性不同或亲水基团的数目的差异,脱稳脱色需要的混凝剂的量有一定差别。对于还原性染料,例如Van金黄RK,由于其亲水性较差,采用一般铝盐混凝剂就可以达到非常好的效果,采用脱色剂当然可以达到非常好的效果,但是处理成本要高五、脱色剂的结构与絮凝机理初探

由于脱色剂合成过程中加入了丙烯酰胺形成了连接阳离子单元的聚丙烯酰胺分子链,将分子量较小的阳离子铵盐缩聚物连接在一起,从而使脱色剂能发挥更好的架桥作用。正是由于脱色剂的这种特殊结构赋予它良好的沉淀和絮凝效果,因此它即可以单独使用,又可以配合铝盐混凝。本章由恒信达环保发布聚合氯化铝 www.hxdhb.com