复合混凝方式解决阳离子染料印染脏水的分析,印染论文

发布时间：2015-02-02 16:48

第 1 章 绪论

1.1 研究背景
我国是一个气候干旱，水资源非常短缺的国家。我国淡水资源总量比较高，在世界水资源总量排名中仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，排名第四，占全球水资源总量的 6%。但是人均淡水资源占有量仅有 2200m3，而世界人均水资源占有量为9000m3，我国是全球最为缺水的 13 个国家之一。淡水资源中有很大一部分不能被利用，如散布在偏远地区的地下水资源和洪水径流，实际上能够切实被利用的淡水资源更少，人均可利用水资源量仅有 900m3。随着经济社会的不断发展，各行各业用水量也不断增加，产生大量难处理的污水，水污染问题日益严重[1-2]，2011年，全国废水排放总量约为 650 亿吨，其中工业废水排放量大约 230 亿吨。纺织印染行业作为我国工业废水排放量较大的七个部门之一，年平均排放废水量可达 9亿多吨，据不完全统计，我国印染废水排放量约为 3×l06~4×l06m3/天，印染厂平均每加工 l 米的织物就会产生 30~50kg 废水，如果没有经过任何处理直接排放到环境中，就会浪费大量水资源，同时造成环境的破坏和巨大的经济损失[3-5]。印染废水具有水量比较大、有机物比例比较高、色度比较大、碱性强、水质变化大等特点，是工业废水中比较难处理的类型。染料分为许多种，根据染料性质和用途，染料可分为直接染料、阳离子染料、还原染料、活性染料、分散染料、酸性染料。阳离子染料染色过程产生的印染废水在整个印染废水排放总量中占有很大比重。
阳离子染料由有色的正离子部分与无色的负离子部分组成，因为分子结构中有颜色的正离子部分具有碱性基团，因而又被称为碱性染料[6]。其色泽鲜艳，染色牢度优良，大量用于织物和腈纶纱的染色，还推广应用到改性涤纶和锦纶。阳离子染料印染废水不仅包含普通印染废水的特点，其成分更加复杂、pH 值比较低、色度特别高，有时可以达到几万倍甚至几十万倍，是目前印染行业较难处理的工业废水之一[7-9]。废水中含有染色剩余染料、浆料、印染助剂、纤维、砂类物质、无机盐、油类物质、酸类和碱类物质等，且色度比其他类型废水高，混合后会影响整个印染废水的水质，与此同时这些有色物质具有一定的毒性[10]。
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1.2 阳离子染料印染废水概述
1.2.1 阳离子染料的分类
根据阳离子染料的分子结构中阳离子染色基团在分子中所处的位置不同，可将染料分为隔离型阳离子染料与共轭型阳离子染料两大类。
1.2.1.1 隔离型阳离子染料
染料母体与鎓基之间通过隔离基(如-CH2-、 -CH2-CH2-)相连接，所以被称为隔离型阳离子染料。由于鎓基不与染料母体共轭，导致其正电荷集中，在染色过程中不易分散，所以纤维等染料结合能力强，上染率高，同时，其发光体系具有较强的光和热的稳定性，所以耐热和耐晒性能优良。但是摩尔消光系数较小，鲜艳度较差，其色调近似于分散染料，通常用于染中、浅色，即使染成浅色其牢固度也很高。但由于隔离型阳离子染料对聚丙炼腈纤维染色的上染速度比较慢，染色时要添加相对更多的缓染剂等染色助剂才能达到与共轭型阳离子染料相同或相似的效果[11]。偶氮型和蒽醌型染料都属于此类，其结构通式为：

偶氮型阳离子染料：此类染料含有与芳基相隔离的鎓基，鎓基可以存在于染料的偶合部分或者重氮部分。
例如：阳离子红 M-RL：其重氮组分中有鎓基

阳离子红 GTL：其偶合组分中有鎓基

蒽醌型阳离子染料：其常用 1，4—二氨基或 1-氨基-4-羟基蒽醌为母体，鎓基可和α位上氨基通过隔离基（如-CH2-CH2-CH2-）相连，也可和β位上羟基或氨基通过隔离基相连。蒽醌染料中的羰基与α位的氨基或羟基形成氢键，可获得牢固度好且色泽浓的蒽醌型阳离子染料。并且当鎓基的位置不影响所形成的氢键时，染料的耐晒度较好，该类染料在腈纶上不会出现烟气褪色现象。
例如：阳离子蓝 FGL

1.2.1.2 共轭型阳离子染料
阳离子染料分子中的共轭发色体上带有无定域正电荷，也常被称为离域型阳离子染料。这类染料耐光和耐热性差，色泽鲜艳，着色力能力强，容易匀染[12]。如三芳甲烷类、噁嗪类、多甲川类阳离子染料均属此类。
1）三芳甲烷类阳离子染料：三芳甲烷类阳离子染料是芳香环取代了甲烷分子中的氢原子，其性质依赖于芳环上如-OH、-NH2、-NR2等基团的数目以及类型。其结构通式为：

由于位阻效应的关系，，三芳甲烷染料的中心碳原子邻位引入取代基后整个分子不再具有同平面性，并且分子对称性降低， 表 1.1 取代基类型耐晒牢度提高。另外，随着取代基碱性的增强，染料的颜色会加深，其耐晒牢度会降低，如在氨基取代物中引入氰乙基会达到这样的效果。
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第 2 章 研究方案与方法

2.1 试验材料
2.1.1 试验水样
试验水样取自青岛胶州某印染厂，该印染厂主要对腈纶纱线进行染色，其使用的染料主要有阳离子黄 X-GL、阳离子红 X-GRL、阳离子蓝 X-GRRL、阳离子艳红X-5NG 等，水体为紫色。主要组分见表 2-1。

其中主要阳离子染料结构式如下：

水样指标见表 2-2

2.1.2 试验药品与仪器

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2.2 研究方案
本试验以青岛市某腈纶纱线印染厂排放的阳离子染料印染废水为研究对象。采用次氯酸钠氧化、三氯化铁和氯化亚铁混凝、硅藻土吸附及其复合混凝工艺对废水进行处理，通过测定其 CODCr、色度以及吸光度等指标来评价各种方法对废水处理的效果，确定最佳的实验条件。具体的实验方案如下：
（1）测定原水样的全波长下的吸光度曲线，找出其最大吸收峰及其对应的吸光度。
（2）研究次氯酸钠与硅藻土投加量对印染废水的处理效果。
（3）研究 FeCl3和 FeCl2单独处理废水时 pH 以及混凝剂投加量对混凝效果的影响。
（4）研究次氯酸钠氧化后加混凝法与硅藻土吸附后加混凝法两种复合混凝工艺分别对印染废水的处理效果。
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第 3 章 阳离子染料印染废水处理效果影响因素的研究...........................29
3.1 原水最大吸收波长的测定 .............................29
3.2 NaClO 投加量对处理效果影响的研究.................................30
3.3 FeCl3混凝效果影响因素的研究 .............................32
3.3.1 pH 对混凝效果的影响 ................................32
3.3.2 FeCl3投加量对混凝效果的影响 ..............................33
3.4 FeCl2混凝效果影响因素的研究 ...........................35
3.4.1 pH 对混凝效果的影响 ..............................35
3.4.2 FeCl2投加量对混凝效果的影响 .................................36
3.5 硅藻土对原水处理效果影响因素的研究 .............................38
3.5 本章小结 ...........................39

第 4 章 复合混凝工艺对原水处理效果的影响

4.1 研究方案
1）取 1000mL 水样分别置于 11 个混凝试验搅桶中，向其中分别加入 0.0mL、0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL、1.0mL配置好的 NaClO 溶液，摇匀，静置 30min，然后分别向其中加入 1.0mL 配置好的FeCl3溶液，调节 pH 到 8，在 120r/min 的转速下快速的搅拌 1min，再以 80r/min的转速慢速搅拌 20min。同时观察试验现象，在混凝搅拌结束后，水样在搅拌桶中静置 30min，取混凝后的上清液测定其 CODCr、色度、吸光度，并且观察水样颜色变化。
2）取 1000mL 水样分别置于 11 个混凝试验搅桶中，向其中分别加入 0.0mL、0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL、1.0mL配置好的 NaClO 溶液，摇匀，静置 30min，然后分别向其中加入 1.0mL 配置好的FeCl2溶液，调节 pH 到 8，在 120r/min 的转速下快速的搅拌 1min，再以 80r/min的转速慢速搅拌 20min。同时观察试验现象，在混凝搅拌结束后，水样在搅拌桶中静置 30min，取混凝后的上清液测定其 CODCr、色度以、吸光度，并且观察水样颜色变化。
3）取 1000mL 水样分别置于 11 个混凝试验搅桶中，向其中分别加入 0.0mL、0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL、1.0mL配置好的 NaClO 溶液，摇匀，静置 30min，然后分别向其中加入 2.0mL 配置好的FeCl2溶液，调节 pH 到 8，在 120r/min 的转速下快速的搅拌 1min，再以 80r/min的转速慢速搅拌 20min。同时观察试验现象，在混凝搅拌结束后，水样在搅拌桶中静置 30min，取混凝后的上清液测定其 CODCr、色度以、吸光度，并且观察水样颜色变化。
4）取 1000mL 水样分别置于 8 个混凝试验搅桶中，向其中分别加入 0.0mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL、6.0mL、7.0mL 配置好的硅藻土悬浊液，摇匀，静置 30min，然后分别向其中加入 1.0mL 配置好的 FeCl2溶液，调节 pH 到8，在 120r/min 的转速下快速的搅拌 1min，再以 80r/min 的转速慢速搅拌 20min。同时观察试验现象，在混凝搅拌结束后，水样在搅拌桶中静置 30min，取混凝后的上清液测定其 CODCr、色度以、吸光度，并且观察水样颜色变化。
5）取 1000mL 水样分别置于 8 个混凝试验搅桶中，向其中分别加入 0.0mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL、6.0mL、7.0mL 配置好的硅藻土悬浊液，摇匀，静置 30min，然后分别向其中加入 2.0mL 配置好的 FeCl2溶液，.调节 pH 到8，在 120r/min 的转速下快速的搅拌 1min，再以 80r/min 的转速慢速搅拌 20min。同时观察试验现象，在混凝搅拌结束后，水样在搅拌桶中静置 30min，取混凝后的上清液测定其 CODCr、色度以、吸光度，并且观察水样颜色变化。
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第 5 章 结论和建议

5.1 研究结论
（一）通过研究原水样的吸光度曲线，同时比较经过各种处理方法后水样的吸光度曲线，确定了水样中除了存在最大吸收波长为 536nm 和 609nm 的染料外，还存在一种最大吸收波长为 435nm 的染料，其不容易被 NaClO 氧化，也难被 FeCl2混凝去除。FeCl3对最大吸收波长为 609nm 的阳离子染料有相对较好的处理效果，硅藻土对水样中各种成分的去除效果基本相同。
（二）NaClO 能够氧化染料分子中的部分发色基团，而不能将所有染料分子完全无机化。单独 NaClO 氧化法的最佳试验条件为投加量为 0.8mL/L，此时 CODCr去除率为 43%，色度去除率为 92%。
（三）FeCl3对水样中主要阳离子染料的混凝作用是无选择性的，pH 对 FeCl3和 FeCl3的混凝效果影响不大。单独 FeCl3混凝法的最佳试验条件为 pH 为 8，FeCl3投加量为 0.3g/L，此时 CODCr去除率为 38%，色度去除率为 35%；单独 FeCl2混凝法的最佳试验条件为 pH 为 8，FeCl2投加量为 0.35g/L 时，CODCr去除率为 46%，色度去除率为 60%，FeCl2投加量为 0.7g/L 时，CODCr去除率为 48%，色度去除率为 62%；
（四）硅藻土对阳离子染料分子中的发色基团部分具有非常高的选择吸附性能，对色度去除效果好而对 CODCr去除效果差，单独硅藻土吸附法的最佳试验条件为硅藻土投加量 0.45g/L，此时 CODCr去除率为 26%，色度去除率为 85%。
（五）NaClO 投加量为 1.0mL/L，FeCl3投加量为 0.3g/L 时，CODCr及其去除率为 114mg/L 和 70%，色度的去除率达到了 98%；NaClO 投加量为 1.0mL/L，FeCl2投加量为 0.7g/L 时，CODCr及其去除率为 98mg/L 和 74%，色度的去除率达到了99%；硅藻土投加量为 1.05g/L，FeCl2投加量为 0.7g/L 时，CODCr及其去除率为102mg/L 和 73%，色度的去除率达到了 92%。
（六）NaClO 氧化加 FeCl2混凝工艺处理成本更低，同时处理效果也更好，其处理效果达到了污水排放一级标准。
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参考文献（略）

本文编号：11863