采用高效脫色劑處理染料廢水的研究
近些年來隨著化纖織物的發展，仿真絲的興起和印染整理技術的進步，染料品種在日益增多的同時，在功能上亦朝著抗光解、抗氧化、抗生物氧化的方向發展，從而使染料廢水處理難度加大。含水溶性染料，如活性染料、酸性染料等的廢水很難使用目前成熟的廢水處理工藝去除。因此，研究對這類染料有特效脫色功能的脫色劑是含染料廢水處理的一個重要研究方向。為此，我們以雙氰胺和甲醛為主要原料，以硫酸鋁為催化劑并引入添加劑合成了高效脫色陽離子有機絮凝劑雙氰胺甲醛樹脂（以下簡稱脫色劑），并與聚合鋁（PAC）和助凝劑聚丙烯酸胺（PAM）復配使用，處理模擬染料廢水，通過正交試驗尋求出最佳試驗條件。
1 試驗部分
1.1 試劑與儀器
試劑：雙氰胺（CP），甲醛（CP），氯化鋁（CP），硫酸鋁（CP），硫酸亞鐵（CP），重鉻酸鉀（AR）；20％聚合鋁（PAC）水溶液，0.1％聚丙烯酸胺（PAM）水溶液等。
染料：活性藍KR，活性橙KGN，活性草綠GN，酸性蒽酮蘭，弱酸藏青，分散藍HGL，分散黃 SE－6GFL，紅玉 S－2GFR，分散黃棕 S－2RFL，由常熟市雙鷹集團公司提供。
儀器：721型分光光度計，S－212恒速攪拌器，pHS－3C型酸度計，HH－2型數顯恒溫水浴。
1.2 脫色劑的制備與性能指標
在裝有電動攪拌器、溫度計。回流冷凝管的四口燒杯中，依次加入雙氰胺，硫酸鋁，添加劑，甲醛，攪拌溶解后，控制反應溫度為70±1℃，恒溫反應3h，冷卻至室溫即可制得脫色劑雙氰胺-甲醛樹脂，產品主要性能指標見表1。制得的產品稀釋20倍后使用。
表1 脫色劑雙氰胺-甲醛樹脂的主要性能指標
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1.3 染料廢水試樣的處理與測定
①分別將500 mL模擬印染廢水置于燒杯中，攪拌速度為 120 r/min，加入一定量的脫色劑和PAC，攪拌2 min后加入適量助凝劑PAM，再攪拌3 min，靜置分層，取上層清液進行測定。反應在室溫下進行。
②分別將染料配成質量濃度為 100 mg/L的水溶液，在721型分光光度計上測定各染料的最大吸收波長，分別作為光電比色時的工作波長。
③色度測定：單一染料的測定采用分光光度法，混合染料的測定采用稀釋倍數法。
④脫色率的計算
脫色率 R％＝（1－A/A。）×100％
式中：A——處理后的吸光度；
A。——處理前的吸光度。
⑤化學需氧量測定采用重鉻酸鉀法。
2 結果與討論
所做的4類8種染料的模擬廢水的絮凝試驗表明，在不加脫色劑的情況下，采用無機絮凝劑如氯化鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵等的脫色絮凝效果皆不理想，聚合氯化鋁對染料廢水的脫色絮凝效果明顯優于其它無機絮凝劑，但對于部分活性染料、酸性染料的脫色絮凝效果較差 若將脫色劑與PAC配合使用，不僅可有效降低絮凝劑的用量，而且絮體形成速度與沉降速度大大加快，污泥量少，表現出良好的脫色絮凝效果。為此，進一步研究了脫色劑的加入量、PAC的投加量、pH值等因素對脫色絮凝效果的影響，并通過正交試驗確定影響脫色率的主要因素及染料廢水處理的最佳條件。
2.1 絮凝劑的加入順序對脫色率的影響
經反復試驗證明，絮凝劑的加人順序對染料廢水的脫色率有影響。在其它條件相同的情況下，先加人脫色劑再加入 PAC對染料廢水的脫色率明顯高于兩種絮凝劑同時加入或先加 PAC的情況，特別是對于活性染料的影響尤為顯著，結果見表2。產生這一現象的原因與所合成的脫色劑具有較高的陽離子電荷密度有關，能使廢水中的染料顆粒迅速脫穩，加之脫色劑分子鏈上帶有的多種高活性基團能通過范德華引力、氫鍵、配位鍵等物理化學作用吸附染料分子，此后與PAC協同作用而形成較大顆粒絮體并迅速沉降，故表現出較好的絮凝脫色效果。
表2 高效脫色劑和聚合鋁加入順序對脫色率的影響
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2.2 脫色劑用量對脫色率的影響
脫色劑的用量是影響染料溶液脫色的重要參數之一。試驗表明，染料的種類不同，對脫色劑用量的要求有所不同。本試驗考察了脫色劑用量對幾種染料脫色率的影響，結果見圖1。
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由圖1可知，當脫色劑的用量在0.2－2.4mL幾范圍內變化時，脫色劑用量越大，染料溶液的脫色率越高。但再增加脫色劑的用量，染料的脫色率又有所降低。這是因為在較低濃度范圍內，作為有機聚合電解質的高效脫色劑在水體中電性中和。吸附架橋作用占主導，當濃度較高時，由于染料膠體微粒過多的吸附脫色劑，反而使粒子帶正電荷而再趨穩，阻礙絮凝過程的進行，造成脫色率的降低。
2.3 PAC用量對脫色率的影響
為考察PAC用量的影響，分別取 500 mL不同染料的模擬廢水，加入一定量的脫色劑，攪拌30s，再加入聚合鋁，攪拌 30s，加入適量 0.1％的PAM以促進絮體沉降，靜置0.5 h，取其上層清液測吸光度，計算脫色率。改變聚合鋁用量進行平行試驗，試驗結果見圖2。由圖2可知，當PAC濃度在一定范圍內，染料溶液的脫色率隨PAC用量的增加而迅速增大，但濃度達到一定值后，脫色率趨于穩定，因此，過量地加入PAC并不能提高脫色率，只會造成浪費。
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2.4 酸度對脫色率的影響
染料溶液的pH值是影響脫色絮凝效果的一個重要影響因素。試驗了脫色劑用量為 1.0 ml/L，PAC用量為60mg/L時pH值對染料脫色的影響，結果見圖3。由圖3可知，溶液的酸度對脫色絮凝的影響較大，在中性至弱堿性范圍內，脫色絮凝效果明顯高于酸性范圍。產生這種現象主要原因是絮凝劑的型態分布和染料的存在形式與溶液的pH值密切相關。
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2.5 正交試驗與結果分析
為了綜合考察各因素水平的變化對染料脫色絮凝效果的影響，更經濟有效地處理染料廢水，我們采用正交試驗法進行了條件優化試驗。選擇高效脫色劑用量、聚合鋁用量。pH值作為3個因素，根據前期試驗的結果和實際經驗，作3因素4水平試驗，重點考察各因素之間的協同作用對染料廢水脫色絮凝效果的影響，結果表明，對于大多數染料而言，影響脫色效果的主次因素依次為：脫色劑用量，pH值，聚合鋁用量。對所試驗的8種染料，在各自的最佳試驗條件下其脫色率均可達96％以上，而CODcr的去除率因染料種類不同而存在一定差異，結果見表3。
表3 不同染料的正交試驗優化結果
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2.6 廢水處理試驗
分別取常熟市振新印染廠、森泉國聯印染廠、常熟市雙鷹印染有限公司的印染廢水進行試驗，其間原水水質的色度在80－200倍之間變化，ρ（CODcr）在300－800 mg/L之間變化，經處理印染廢水的色度去除率達97％以上，CODcr的去除率達80％左右，結果見表4。
表4 印染廢水處理試驗結果
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3 結論
①雙氰胺甲醛縮聚物是一類性能優良的高分子陽離子絮凝劑，它能提供大量陽離子使染料分子上所帶的負電荷被中和而失穩，同時該脫色劑因水解生成大量的絮狀物而具有網捕、架橋和卷掃作用以及絡合沉降作用，從而大大提高對染料廢水的脫色效果。
②絮凝劑的加入順序、用量、配比以及廢水的pH值是影響染料廢水脫色絮凝效果的主要因素。在優化的混凝條件下，對活性染料、酸性染料、分散染料的脫色率均可達96％以上，CODcr的去除率與染料的分子結構以及在水中的存在狀態有關。
③高效脫色劑的原料易得，便宜，制備容易，其產品用于處理染料廢水具有絮凝沉降速度快，污泥量少，操作簡便，處理成本低等優點。在常熟市數家印染廠試驗使用，處理后染料廢水的色度＜5，ρ（CODcr）為70－85 mg/L，符合國家排放標準。
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