混凝法处理印染废水的研究

1、江苏科技大学本 科 毕 业 论 文学 院 环境与化学工程学院 专 业 环境工程 学生姓名 流弊 班级学号 8888888888 指导教师 大流弊 二零一四年六月江苏科技大学本科毕业论文混凝法处理印染废水的实验研究江苏科技大学本科毕业论文摘 要印染行业是我国工业废水的排放大户，且印染废水具有浓度高、成分复杂、色度高、可生化性差等特点，为了降低后续生物处理工艺的负荷，故而在主要的生物处理工艺之前设计混凝沉淀作为预处理。本文主要是针对以酸性嫩黄为主要发色物质的废水进行混凝过程的处理研究，实验室模拟配制不同浓度的染料废水，利用可见及紫外分光光度计测定废水中处理前后的酸性嫩黄的浓度，分别研究了每种混凝剂

2、各自的最佳投加量、最适宜的pH值和废水初始浓度对酸性嫩黄去除率的影响。铁系混凝剂在实验室条件下经过混凝过程对酸性嫩黄的最佳去除率约为31%左右，其中对于三氯化铁来说，pH为8.5、投加量为50mg/L、废水初始浓度为140mg/L时，酸性嫩黄去除率可达到32%；在pH为8、硫酸亚铁的投加量为70mg/L、废水初始浓度为100mg/L时，酸性嫩黄的去除率可达到31%。虽然铁系混凝剂投加量较少，但由于残留铁离子会影响处理后水的色度，故而铁系混凝剂面临被淘汰的困境。硫酸铝作为混凝剂处理染料废水时，在pH为7、硫酸铝的投加量为140mg/L、废水初始浓度为160mg/L时，酸性嫩黄的去除率可达到42%

3、。聚合氯化铝（PAC）的投加量为180mg/L、pH为4、废水浓度为60mg/L时，酸性嫩黄去除率可达到82%，PAC在色度的去除方面优势很明显，即使投加量过量，对混凝效果的去除率影响不大。运用PAM+Al2(SO4)3的组合处理pH为8、废水初始浓度为180mg/L的废水，PAM的投加量35mg/L、Al2(SO4)3的投加量175mg/L时，酸性嫩黄的去除率可达到65%左右，通过在实验过程中观察现象发现，PAM+Al2(SO4)3组合在混凝过程中生成的矾花密实、所需要的沉降时间短。关键词：染料废水；混凝；去除率；目 录第一章 绪论31.1 染料废水概况31.1.1染料废水的来源31.1.2

4、我国印染废水的现状41.2 染料废水的处理工艺51.2.1 印染废水的物理处理方法吸附法61.2.2印染废水的物化处理方法71.2.3印染废水的氧化处理方法101.2.4印染废水的生物处理方法121.3 课题的主要研究内容与目标131.3.1 课题的主要研究内容131.3.2 课题的研究目标13第二章 实验准备142.1 实验仪器及药品142.2废水和药品的配制152.3 混凝实验162.4 数据处理与计算182.4.1酸性嫩黄标准曲线182.4.2混凝后去除效果评价18第三章 实验结果与讨论193.1 铁系混凝剂193.1.1最佳投加量的确定193.1.2最佳PH的确定203.1.3废水初始

5、浓度的的确定。213.1.4混凝剂正交实验223.2 铝系混凝剂253.2.1 最佳投加量的确定253.2.2 最佳PH值的确定263.2.3 废水初始浓度的确定273.2.4正交实验283.3 聚合氯化铝293.3.1最佳投加量的确定293.3.2最佳PH值的确定303.3.2废水初始浓度的确定313.3.4正交实验323.4 PAM+Al2(SO4)3复配混凝剂333.4.1 最佳比例的确定333.4.2最佳投加量的确定343.4.3最佳PH值的确定343.4.4废水初始浓度的确定353.4.5正交实验36结论39致谢40参考文献41第一章 绪论1.1 染料废水概况1.1.1染料废水的来源

6、1废水的来源纺织行业作为当代社会第三行业中最重要的组成部分之一，印染加工是纺织行业中一个重要的环节。印染加工包括以下四个工序：预处理阶段、染色工序、印花工序和整理工序1。这四个阶段排出的废水依次如下：预处理阶段（包括烧毛、退浆、煮炼、漂白等工序）会排出退浆废水、煮炼废水和漂白废水，染色工序会排出染色废水，印花这染料道工序会产生印花废水和皂液废水，整理工序则排出整理废水。印染废水则是以上所述的各道工序所产生的各类废水的混合废水，或除漂白废水以外的综合废水。 2染料废水的水质情况染料废水的水质随着采用的纤维种类和加工工艺的不同而异，污染物组分差异很大，一般印染废水的pH值为6 10，CODCr 为

7、400 1000mg/L，BOD5为100 400mg/L，SS为100 200mg/L，色度为100 400倍。但当印染工艺和所采用的纤维种类和加工工艺改进之后，废水水质将有较大变化。主要几种废水的水质特征如下：(1)退浆废水：水量较小，污染物浓度较高，其中含有各种浆料、料浆分解物、纤维屑、淀粉碱和在该工艺中所加的各种助剂。废水呈现碱性，pH大概在12左右，上浆以淀粉为主（如棉布）退浆废水，其COD、BOD值都较高，B/C值较大，可生化性能好。上浆主要是以聚乙稀醇（PVA）为主的退浆废水，COD高而BOD较低，这种废水的可生化性能差4。(2) 煮炼废水：水量大，污染物浓度高，其中含有纤维素、

8、果酸、蜡质、油脂、碱、表面活性剂、含氮化合物等，废水呈碱性，水温较高，颜色为褐色。漂白废水：水量大，但污染较轻，其中含有残余的漂白剂、少量的醋酸、草酸等化合物。染色废水：水量较大，水质随所用染料的不同而不同，其中含料浆、染料、助剂、表面活性剂等，呈现碱性，色度很高，COD较BOD高的多，可生化性较差。(3)印花废水：水量较大，除印花过程的废水外，还包括印花后的皂洗、水洗废水，污染物浓度较高，BOD和COD的值都比较高3。 印染废水的主要水体特征可以概括为：水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性强、水质变化大等特点，印染废水属于难处理的工业废水，特别是由于近年来化学合成行业的发展，以及科学技术的

9、进步和消费的需求，直接推动了印染行业的兴起，化学纤维织物的发展、仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步，使得PVA染料、人造丝碱解物（主要物质为邻苯二甲酸类）、新型工艺助剂等难生化降解物大量进入印染废水，其COD从原来的数百毫克升跃升至2500毫克升左右，传统的生物处理法已遭受严重的挑战，工艺已然成熟的化学沉淀法和气浮法对印染废水的去除率也只能达到30%左右，故而开发经济高效的印染废水处理工艺或技术日益成为当今环保行业关注的课题。1.1.2我国印染废水的现状印染行业是工业废水的排放大户，据不完全统计，我国印染行业废水排放量每天可达5 × 106m3，约占整个工业废水的35%，回用率不到1

10、0%，约90%的作为废水处理5。纺织行业作为我国的传统行业，它所排放的废水对我国水资源的污染比较严重，各种新型的化学合成物质，如果不将它们在排放前处理掉，仅仅依靠自然降解是很难去除的。而在目前情况下，有的企业所处理的印染废水没有达标排放甚至是不经处理直接偷排，所残留的助剂和染色剂会毒死鱼虾等水生动植物。主要的纤维品种常用染料见表1-1和常用的染料使用的化学助剂见表1-2表1-2 主要纤维品种常用染料纤维品种常用染料纤维素 纤 维 (棉 纤 维、粘胶纤维、麻纤 维及其混纺产品 )直接染料、活性 染料、暂溶 性还原 染料、还原染料、硫化染料、不溶性偶氮染料毛酸性染料、酸性含媒染料丝直接染料、酸性染

11、料、酸性含媒和活性染料涤纶不溶性偶氮染料、分散染料涤棉混纺分散/还原染料、分散/活性染料腈纶阳离子染料(即碱性染料)分散染料腈纶羊毛混纺阳离子染料与酸性染料先后分浴染色维纶直接染料、还原染料、硫化染料、酸性含媒染料锦纶酸性含媒染料、酸性染料、分散染料、活性染料表1-2 染料所配套使用的化学助剂染料品种使用的主要化学药剂直接染料硫化钠、碳酸钠、食盐、硫酸铜、表面活性剂硫化染料硫化碱、重铬酸钾、食盐、硫酸钠、双氧水分散染料保险粉、载体、苯甲酸、一氯化苯、表面活性剂酸性染料硫酸钠、醋酸钠、丹宁酸、吐酒石、苯酚、间二苯酚、 表面活性剂、醋酸不溶性偶氮染料烧碱、太古油、纯碱、亚硝酸钠、盐酸、醋酸钠阳离子

12、染料醋酸、醋酸钠、尿素、表面活性剂还原染料烧碱、保险粉、重铬酸钾、双氧水、醋酸活性染料尿素、纯碱、碳酸氢钠、硫酸铵、表面活性剂酸性含媒染料醋酸、元明粉、重铬酸钾、表面活性剂1.2 染料废水的处理工艺国外：国外印染行业采用溶剂循环系统，染料回收、PVA回收设备先进18，以水的重复利用和循环回用作为保护水源。控制污染的重要技术措施。这些都在很大程度上降低了污染负荷，减轻了后续废水处理的难度。国内：从我国染料行业废水治理技术的现状来看，尽管经过多年努力，已取得一批实用技术，解决了不少问题，但总体上还未出现实质性的突破，没有形成独树一帜的处理技术，特别是产品结构及工厂布局等不合理因素的存在，伴随着纺织

13、行业新技术、新品种的不断涌现，许多有机染料和化学药品不断被开发应用于纺织品加工工艺。聚合化学物质广泛被用于生产纺织产品及其加工过，无疑给印染废水治理增加了新的难度和困难。因此，认为解决印染废水的问题的根本出路在于工艺的改革，通过采用先进的生产工艺来减排或不排废水，但目前国内生产工艺及装备、清洁水平较国外还有差距，需要漫长的过程6。现阶段的主要突破点还是在后端治理技术上的革新。1.2.1 印染废水的物理处理方法吸附法在物理处理方法中应用最多的是吸附法，这种方法是将活性炭、粘土等具有多孔性的粉末或者颗粒填充物与印染废水混和，使废水中的污染物被吸附在多孔物质表面上或者被颗粒物组成的滤床过滤除去，就当

14、前来看，国外使用的主要是活性炭吸附法，这种方法对去除水中的溶解态有机物非常有效，但它不能去除废水中的胶体和疏水性染料，并且它只能对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性的染料具有高效的吸附性能。有人研究表明，活性炭的吸附率、BOD去除率、COD去除率分别达93%、92%和63%， 活性炭的吸附能力可达到500mgCOD/g炭7，假如在吸附处理之前先对印染废水进行曝气的预处理，则会加快吸附速率，吸附处理过程中所使用的混凝剂种类多种多样，工程中应该考虑吸附剂对染料的选择性能，而且结合印染废水的水质特征来选择合适、经济的吸附剂。在pH为12的印染废水中，用硅聚物（甲基氧）作吸附剂，阴离子染

15、料去除率可达到95%以上。阮晨等8对活性炭吸附法去除工业废水色度进行了实验和研究，这种出水方法可大幅改善出水水质。马凤国等9合成MC-g-CPAM吸附剂，有着较为广阔的应用前景。高岭土也是一种吸附剂，研究结果表明经长链有机阳离子处理之后，高岭土能够有效地吸附废水中的黄色直接染料物质。除此之外，国内也应用活性硅藻土和煤渣处理系统印染工业废水，费用较低、脱色效果好，其美中不足之处就是泥渣产生量较大，且进一步处理难度较大。1.2.2印染废水的物化处理方法1.混凝法概况混凝法是一种比较成熟的处理工艺，主要有混凝沉淀法和混凝气浮法，所采用的混凝剂多半是以铝盐或者铁盐为主的，而其中以碱式的聚合氯化铝（PA

16、C）的架桥吸附性能较好，价格上以硫酸盐铁最为廉价，近年来，国外采用高分子混凝剂者日益增加，且具有取代无机混凝剂的趋势，但在国内由于价格的缘故，高分子混凝剂的推广使用受到了一定的限制作用，弱阴离子性高分子混凝剂使用范围最广，若与硫酸铝复配使用，则可发挥更好的效果。混凝法的主要优点在于工艺流程的简单、操作管理方便、设备投资省、占地面积少、对疏水性染料脱色效率很高；缺点在于运行费用较高、泥渣量多且脱水困难、对亲水性染料处理效果差。印染废水中颗粒物杂质的尺寸大小不一，大颗粒物可借助重力或离心力去除，而细微颗粒特别是胶体则需要借助混凝法去除，印染废水中有不少的胶体颗粒物存在，混凝法即就是通过向水中投加化

17、学药剂来破坏胶体颗粒物的稳定性。这样可使水中胶体和细小的悬浮物凝聚成尺寸较大、易于分离的絮凝体的过程。混凝是由凝聚和絮凝两个过程所组成的。凝聚是指胶体双电层被压缩而脱稳的过程，絮凝是指胶体颗粒物脱稳之后借助于长链高分子聚合物的吸附架桥作用聚集结合为大颗粒絮状体的过程。 通过混凝颗粒尺寸来定义的话，可分为微观混凝（异向凝聚：颗粒物杂乱无章的运动，毫无方向性。）和宏观凝聚（同向凝聚：通过机械搅拌形成速度梯度和差速沉降来实现。）两大类。混凝的对象为胶体，胶体一般是指一种粒径介于1100nm的微粒均匀分散在另一种介质中组成的分散系统。胶体颗粒可分为亲水胶体和憎水胶体。亲水胶体是指具有同水分子结合的特性

18、，相反憎水胶体是指胶体颗粒与水分子间缺乏亲和性。胶体的结构中心是胶核，它是由若干不溶于水的分散相物质分子组成，胶核表面选择性的吸附了带有同号电荷的离子，由这些带同号电荷所组成的电位层叫做电位离子层，它们的来源比较广泛，包括胶核表层分子离解产生和水中存在的和离子，电位离子层决定胶核所带电荷的种类和数量，并且它将作为双电层的内层，万千事物都有达到平衡的趋向，故而为了维持胶体粒子的电中性，在电位离子层外吸附着电量与电位离子层的总电量相等、电性相反的反离子层，构成了双电层的外层，根据反离子层与胶核的紧密程度区分，反离子层又可分为吸附层和扩散层，被电位离子牢固吸附的反离子层称为反离子吸附层，它与电位离子

19、一起构成胶体粒子的固定层，固定层以外的反离子由于受到电位离子吸附的能力较弱，不能随胶核一起运动，与此同时，还有向水中扩散的趋势，称为反离子扩散层19，滑动面是指固定层与扩散层之间的交界面。在胶体化学领域内，通常将滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层组成之间组成电中性的胶体粒子，胶体运动的同时，扩散层的大部分反离子会脱离胶团向水相主体中运动，导致胶体产生剩余电荷，胶粒与扩散层之间形成一个电位差，称之为§电位（胶粒的电动电位），由电学知识可得§电位的计算公式： 式中，为水的绝对黏度；Pa 为运动速度；cm/s D 为水的介电常数； E为两电极间单位距离的外加电位差（绝对静电单

20、位/cm)。 2.混凝机理(1)电性中和与双电层压缩作用，胶体微粒的§电位是使胶体微粒能够稳定存在的主要原因，当向水中投加一种电解质（混凝剂），增加水相离子中的强度之后，使胶粒的电位离子得以电性中和，扩散层被压缩，降低了§电位，也就是降低了它们的稳定性，这样使得胶粒失去稳定性而相互碰撞凝聚的可能性提升。当电位降低至某一个值时，就会使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能，此时胶粒产生明显的聚结，在等电状态下，胶体粒子最容易发生凝聚。(2)凝聚物网捕-共沉淀作用，若采用硫酸铝、高氯化铁等高价金属盐做混凝剂时，混凝剂加入水中之后，本身水解之后，当投加到一定值时，使其水解产物迅速

21、沉淀析出，水中原有的胶粒和细小悬浮物可被这些沉降物在形成时作为晶核或者吸附网捕，和沉淀物一同沉淀，在这个过程中，未脱稳的胶体也可被卷带网罗除去，混凝剂的投加量只能通过实验室小试确定最适投加量。(3)高分子桥连作用，通常情况,链状的高分子聚合物分子上存在一些特殊的功能基团，这些功能基团可与水中胶体微粒起作用。这些基团从主链上伸展到水中，在静电引力、范德华力、配位键等的作用之下，水中胶粒被吸附在这些活性基团上，所以高分子混凝剂分子上的活性基团越多被吸附的胶粒也就越多，一个高分子的长链聚合物分子可以吸附很多个胶体颗粒，所以称之为高分子桥连作用。(4)去溶剂化作用，对于亲水性胶体，设法去除其外层的水化

22、膜即可压缩扩散层，进而压缩双电层，使胶体脱稳，一般向水中加入固体电解质，固体溶解需要水分，电解质离子在与胶体粒子发生电性中和时，使得两粒子靠近挤出水分，破坏水化膜，使胶体脱稳。3混凝剂常用的混凝剂可以分为无机盐金属类和有机高分子聚合物类。由于水中的胶粒通常带有负电荷，故而在废水处理的过程中，通常使用阳离子型凝聚剂，无机盐类：硫酸铝、硫酸铝钾、硫酸铁、硫酸亚铁、碳酸镁、偏铝酸钠、高氯化铁、高岭土等。聚合无机盐类：聚合铝、聚合铁、碱式氯化铝、聚合氯化铝铁等。铁盐和铝盐是我国最早使用的也是最为常用的混凝剂，对于铝盐的混凝机理，还未有达成一致的定论，水合铝离子的存在，对废水的混凝都将起到积极的作用，特

23、别是高价数的聚合正离子对废水中带负电荷的胶粒有很好的脱稳作用，有机高分子常常是用来作为絮凝剂来使用的，根据来源可分为天然的和人工合成的两大类，假如根据官能团分类的话，可分为阳离子型、阴离子型、两性离子型和非离子型四大类。在工业生产中，常用人工合成的有机高分子絮凝剂，具体的有聚丙烯酰胺（PAM）、聚丙烯酸钠、聚乙烯亚胺等，它们均为水溶性的长链化合物。在废水处理过程中，PAM与无机混凝剂复配使用，可取得较好的效果。4.混凝效果的影响因素(1)混凝剂的影响，混凝剂的种类直接影响混凝效果的好坏，选择混凝剂的种类要依据废水中胶体的特性和浓度，如果水中污染物浓度较高，且主要以胶体的形态存在，并且§

24、;电位较高时，应该首先加入无机混凝剂使胶体脱稳并聚并，当产生的絮体细小时，还要加入高分子絮凝剂，使得细小的絮体通过高分子的吸附架桥作用而得以形成较大的矾花，在工程实践中，通常将无机混凝剂和高分子混凝剂复配使用。(2)水温的影响，无机混凝剂的水解是吸热反应，水温太低对水解不利，进而影响废水的混凝效果，另外，水温较低时，水的粘度增大，布朗运动受到影响，故而降低异向凝聚的效果。(3)水质的影响，水的pH值对混凝效果的影响较大，其影响程度随混凝剂种类和胶粒性质不同而各异，采用硫酸铝脱色时，最佳pH大约是4.55.5左右。水的浊度对混凝效果的影响也比较大，浊度不同，所需的混凝剂用量和混凝剂投加方式不同。

25、废水中的共存杂质的存在也会影响到混凝效果，如磷酸根离子、亚硫酸根离子、高级有机酸离子等都会阻碍高分子的絮凝作用17。(4)水力条件的影响，水力条件对混凝的影响较大，混凝过程是由混合阶段和反应阶段两个阶段组成的，在这两个阶段中，搅拌强度和搅拌时间的控制非常重要,在混合阶段，要求混凝剂迅速均匀地扩散到整个水相系统中，创造出良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借助于布朗运动和紊动水流进行凝聚，在混合阶段，速度梯度应该控制在5001000s-1 范围，搅拌时间控制在1min之内即可，在反应阶段，搅拌强度应该随着生成絮体的大小而逐渐减小，这样做的目的在于防止打碎已经长大的絮体，搅拌时间要比混合阶段的搅拌时

26、间长。1.2.3印染废水的氧化处理方法1.Fenton氧化- 混凝法处理印染废水10Fenton氧化- 混凝法是利用Fenton试剂处理印染废水。Fenton试剂在环境 pH为34时， 产生氧化性极强的羟基自由基( HO)，可彻底破坏活性染料分子的结构，这其中主要包括染料分子的发色基团，另外还将降低废水的CODcr，Fenton 试剂是由和组成的具有氧化性的溶液，在 pH 为2.53.5的范围内时，Fenton试剂的氧化性能较强，的浓度通常为200 mg/ L , 的用量要根据氧化对象而确定。低剂量的Fenton试剂处理成分复杂的难处理印染废水效果良好，处理后印染废水的CODcr和色度的去除率

27、可达到八至九成16。而且这种处理方法成本低廉，操作简便，值得推广。但是为兼顾Fenton氧化反应和混凝反应，运用这种方法时控制合适的pH特别重要，适宜的pH值应为46、，及PAM的加入量与污染物的浓度有关，处理条件都应该和印染废水的水质紧密结合起来，通过实验条件测定之后，再确定并选择最合理、最高效的处理条件。处理成分复杂的难处理印染废水使用低剂量的Fenton 氧化混凝法具有很好的处理效果，处理后的印染废水的COD和色度的去除率可达到84%和95%，这种兼顾着处理成本低和操作简便两种无可比拟的优势。在这种方法应用时，控制合适的pH值显得特别重要，适宜的pH值应控制在46。2.氧化法氧化法在国外

28、应用较为广泛，Zima S.V.等人研究得出了印染废水的臭氧脱色的数学模型，研究表明，臭氧用量为0.886g/g染料时，颜色呈现淡褐色的染料的去除率可以达到80% ；除了上述发现之外，连续运转所需臭氧量高于间歇运行所需的臭氧量。而反应器内安装隔板，臭氧氧化法对多数的燃料能获得良好的脱色效果，但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差，原因在于难以破坏它们的发色基团17。臭氧具有不稳定性,由于这个原因,臭氧只能是在使用现场制备,臭氧的制备方法主要有电解法、高能射线辐射法、电晕放电法等14，工业上常采用干燥空气经无声放电制备。在两电极间施以高压交流电压，形成强烈的放电电场，由于存在电介体的阻

29、碍，通过欧姆定律可知，高压放电形成的电流很小，放电处只是发生在介电体表面的凸点处，形成脉冲电子流，故而当空气或者氧气通过时，一部分氧分子与脉冲电子发生碰撞，发生如下反应： + + e3O + 臭氧氧化的缺点在于有机物被降解至草酸类物质时，有机酸不能被进一步氧化，故而在去除废水的COD方面具有一定的局限性，再者就是由于臭氧的强腐蚀性，与之接触的设备性能要求较高，加之耗电量较大，使得处理成本较高，故而限制了它的推广使用。3湿式氧化法湿式氧化法的提出作者是美国的F.J.Zimmermann 教授。是指在较高的温度下和压力的作用下，利用空气中的氧来氧化废水中溶解态和悬浮态的有机物和还原性无机物的一种水

30、处理方法，气液两相的传质过程机理可由双膜理论来解释，在高温高压的条件之下，可以强化气液两相的传质过程，提高了氧在空气中的溶解度，从而加快氧化反应速率，湿式氧化技术只是适用于高浓度难降解有机废水和污泥的处理，对于印染废水来说，它只能去除降解其中一部分的助剂13，故而这种方法可作为生物法处理印染废水的一种与处理方法，降低后续工艺的负荷。在处理印染废水时，可以考虑用湿式氧化生物处理法来降解其中的残留的染料和各种所加的助剂。1.2.4印染废水的生物处理方法70年代以来，我国处理印染废水主要是以生物处理为主，占80%以上，尤以好氧生物处理法占绝大多数，近年来，我国印染废水的好氧处理方法占主要地位的是表面

31、加速曝气和接触氧化法20。此外，鼓风曝气活性污泥法、射流曝气活性污泥法、生物转盘也有相应的应用，当色度较高时，常需要辅以物理或者化学处理工艺。生化性能较好的染料废水，它的去除率可达到80%。徐颖等11采用物化-生物法处理染料废水，先采用混凝法进行预处理，然后采用生物处理法对其进行处理，结果表明：经硫酸铝混凝剂处理之后，COD和BOD5的去除率分别为30%和20%，而染料的去除率为31%。厌氧处理工艺的主要处理构筑物是厌氧罐，染料中的偶氮基团，三苯甲烷基团和单氮基团聚合物都能通过厌氧分解，工程实例中得出，在中温条件（37）下进行，水力停留时间6h，含有甲基红染料的废水即可去除99%的色度12。厌

32、氧生物处理工艺的优势在于能够承受较高的有机负荷，将大分子的有机颗粒物厌氧分解为小颗粒物质。周红21研究发现，脱色菌在适宜的温度条件下，对色度的去除率可达到90%以上。为了能够更有效的去除印染废水中的污染物质，最近几年以来，研究者开始尝试好氧工艺与厌氧工艺的联用，期望一些可生化性差的高分子物质在厌氧段发生水解和酸化作用，从而改善废水的可生化性，采用这一流程，较好地解决了PVA、染料的处理问题，厌氧段较长的停留时间不仅可以水解高分子物质为小分子，而且还可以对剩余污泥进行消化。总的来说，印染废水的水质比较复杂，其中一些污染物质可能对微生物具有毒害作用，所以在生物处理之前辅以物化处理是极其重要的。1.

33、3 课题的主要研究内容与目标1.3.1 课题的主要研究内容在染料废水的处理中，色度是一个很受关注的水质指标。单纯的某一种工艺已不能满足处理后排水的要求。所以本文主要研究关于混凝过程作为染料废水的预处理时对整个工艺去除率间接的影响。论文首先通过单因素的试验方法，测定实验设计条件下的污染物质的去除率。确定出每种混凝剂和复配种类各自的最佳投加量，最佳pH值，最适宜的废水初始浓度等，在单因素分析的基础之上，通过统计学专家发明设计的正交试验得出试验数据，并结合R分析方法确定出最佳的混凝条件。1.3.2 课题的研究目标本论文主要以硫酸铝、聚合氯化铝、高氯化铁、硫酸亚铁作为混凝剂，聚丙烯酰胺（PAM）作为助

34、凝剂，结合PAM+Al2(SO4)3复配混凝剂的使用。采用混凝和沉淀工艺作为处理印染行业废水的预处理降低后续处理工艺的负荷。通过对实验的总结，确定处理效果的优劣，并得出实验所用四种混凝剂及复配混凝剂组合的最佳投加量、最佳pH条件和最适宜的废水水质情况，为染料行业选取工艺时提供参考。第二章 实验准备2.1 实验仪器及药品实验仪器及实验药品如表2-1和表2-2所列。表2-1 实验仪器Table2-1 Equipment of experiment实验仪器生产厂家JJ-4A六联电动搅拌器国华电器有限公司755B紫外可见分光光度计上海菁华科技仪器有限公司FA2004N电子天平上海精科防水笔式酸度测定仪

35、表2-2 实验药品Table2-2 Reagent of experiment名称规格生产厂家酸性嫩黄分析纯国药化学试剂有限公司六水合三氯化铁分析纯国药化学试剂有限公司七水合硫酸亚铁分析纯国药化学试剂有限公司聚合氯化铝分析纯国药化学试剂有限公司聚丙烯酰胺分析纯国药化学试剂有限公司十八水合硫酸铝分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司氢氧化钠分析纯上海中试化工总公司盐酸分析纯上海中试化工总公司2.2废水和药品的配制1模拟印染废水的配制实验废水采用蒸馏水与酸性嫩黄制成浓度为100.00mg/L的低浓度模拟印染废水，这种废水的发色物质为酸性嫩黄，本实验主要是来研究色度的去除，如果浓度太低，有可能在混凝之后

36、低于它的检出限，浓度过高的话，实验过程中会产生浓度较高的有色废水。所以在确定混凝剂的最佳投加量和最佳pH的条件时，用浓度为100.00mg/L的酸性嫩黄作为实验材料。在确定水质情况对混凝效果的影响时，分别配制一系列浓度的模拟印染废水，浓度依次为：50.00mg/L、100.00mg/L、150.00mg/L、200.00mg/L、250.00mg/L和300.00mg/L。上面两步结束之后，再进行正交实验时，依据以上所得的实验结果再进行配制。（2）实验所需药品的配制1mg/mL的三氯化铁：用电子天平称取1.6655g的六水合三氯化铁用蒸馏水溶解，置于1000mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至100

37、0mL刻度线，摇匀。1mg/mL硫酸铝：用电子天平称取1.9462g的十八水合硫酸铝用蒸馏水溶解，置于1000mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至1000mL刻度线，摇匀。1mg/mL聚合氯化铝：用电子天平称取1.0000g的PAC用蒸馏水溶解，置于1000mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至1000mL刻度线，摇匀。1mg/mL硫酸亚铁：用电子天平称取1.8288g的七水合硫酸亚铁用蒸馏水溶解，置于1000mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至1000mL刻度线，摇匀。1.0000mg/mL聚丙烯酰胺：用天平称取1.0000g的聚丙烯酰胺，溶解时注意均匀的撒入蒸馏水中，将其置于1000mL的容量瓶中，加蒸馏水定

38、容至刻度线即可，摇匀、放置。0.5000mol/L氢氧化钠：用电子天平称取10.0000g的氢氧化钠，溶于装有蒸馏水的烧杯中，将其置于500mL的容量瓶中，并将其定容至刻度线，摇匀放置。作为pH调节剂使用。0.5000mol/L盐酸：用移液管在烧杯中移取25mL的盐酸，在500mL的容量瓶中定容即可得到所需的pH调节溶液。2.3 混凝实验1.单因素实验（1）最小投加量的确定，以三氯化铁的测定为例，从已配制好的模拟印染废水（100.00mg/L的酸性嫩黄溶液）中量取200mL的原液6份，分别置于16号烧杯中，用pH计结合pH调节液调节pH至8.5，依次加入1mL、2mL、3mL、4mL、5mL、

39、6mL的三氯化铁溶液。置于六联电动搅拌器上快速（450r/min) 搅拌30s、中速（200r/min)搅拌5min，慢速（80r/min) 搅拌20min。确定最小投加量，出现絮体的最小的投加量即为该种混凝剂的最小投加量。（2）最佳投加量的确定，以步骤（1）得出的最小投加量为标准，依次在装有200mL浓度为100.00mg/L且pH调节到8.5左右的溶液中加入1、3、5、7、9、11倍的最小投加量的混凝剂溶液，置于六联电动搅拌器上快速（450r/min) 搅拌30s、中速（200r/min)搅拌5min，慢速（80r/min) 搅拌20min。沉淀2小时之后测定吸光度A。并计算去除率E。去除

40、率最高的组号中投加的混凝剂量为最佳投加量。（3）最佳pH值的确定。将16号烧杯中的200mL的模拟印染废水的pH分别调节为5、6、7、8、9、10。接着投加由步骤（2）求出的最佳投加量，并置于六联电动搅拌器上快速（450r/min)搅拌30s、中速（200r/min)搅拌5min，慢速（80r/min) 搅拌20min。沉淀2小时之后测定吸光度A。去除率E最高者即为最佳的pH值。（4）混凝剂最适宜的废水水质，配制一系列的模拟印染废水（酸性嫩黄）浓度分别为：50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L。并将它们按顺序置于16号烧杯中，PH调节为最佳

41、的PH值，混凝剂的投加量也为最佳投加量，放置于六联电动搅拌器上快速（450r/min)搅拌30s、中速（200r/min)搅拌5min，慢速（80r/min) 搅拌20min。沉淀2小时之后测定吸光度A。去除率E最高者为该混凝剂最适宜处理的废水浓度。2.复配混凝剂实验的设计。由于铁系混凝剂的颜色与酸性嫩黄的颜色相似，故而残留的铁盐会影响混凝实验的去除率，故而本实验只进行聚丙烯酰胺（PAM）与硫酸铝的混凝剂复配实验。混凝剂组合比例的确定，混凝剂复配时，按照前面的实验步骤，量取12份200mL的模拟印染废水分别置于112号烧杯中，调节PH至8.5左右，按照表2-3的设计投加混凝剂，并置于六联电动搅

42、拌器上快速（450r/min)搅拌30s、中速（200r/min)搅拌5min，慢速（80r/min) 搅拌20min。沉淀2小时之后测定吸光度A。去除率E最高者即为最佳的混凝剂组合。表2-3 复配实验中混凝剂的投加组号123456789101112PAM mL222684222222硫酸铝 mL81012421024681012比例1:41:51:63:24:12:51:11:21:31:41:51:6（2)复配后混凝剂组合最佳投加量的确定。在16号烧杯中依次加入200mL的模拟印染废水（浓度为100.00mg/L的酸性嫩黄），通过上述步骤调节pH值为8.5左右，以最佳比例的2、3、4、5、

43、6、7倍数的投加量依次加入烧杯中，并置于六联电动搅拌器上快速（450r/min)搅拌30s、中速（200r/min)搅拌5min，慢速（80r/min) 搅拌20min，沉淀2小时之后测定吸光度A。去除率E最高者为最佳投加量。（3）复配混凝剂组合的最佳pH的确定，在16号烧杯中依次加入200mL的模拟印染废水（浓度为100.00mg/L的酸性嫩黄），将pH 值依次调节为5、6、7、8、9、10，以步骤（2）获得的最佳投加量投加复配混凝剂，并置于六联电动搅拌器上快速（450r/min)搅拌30秒、中速（200r/min)搅拌5分钟，慢速（80r/min) 搅拌20min。沉淀2小时之后测定吸光度

44、A。去除率E最高者为最佳的pH条件。（4）混凝剂最适宜的废水水质，配制一系列的模拟印染废水（酸性嫩黄）浓度分别为：50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L。并将它们按顺序置于16号烧杯中，PH调节为最佳的PH值，复合混凝剂组合的投加量也为最佳投加量，置于六联电动搅拌器上快速搅拌（450r/min)30s、中速（200r/min)搅拌5min，慢速（80r/min) 搅拌20min。沉淀2小时之后测定吸光度A。去除率E最高者为该混凝剂最适宜处理的废水浓度。3. 正交实验。为了确定某种混凝剂或者混凝剂组合的最佳混凝条件，包括最佳投加量、最佳PH值

45、和最适宜的废水浓度，故而设计正交实验完成研究任务，本实验采取三水平三因素的正交设计。具体的正交实验表头设计和正交实验结果在第三部分。2.4 数据处理与计算2.4.1酸性嫩黄标准曲线酸性嫩黄的浓度确定是运用标准曲线法来测定的，经查知酸性嫩黄的最大吸收波长在400nm，故而做出的标准曲线可确定未知浓度的溶液，标准曲线的制作是通过配制一系列的标准溶液，然后分别测定它们的吸光度，通过得到的数据以酸性嫩黄的浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标做出标准曲线图。确定未知溶液的浓度时，只需在标准曲线上查知测得吸光度所对应的酸性嫩黄的浓度。酸性嫩黄溶液的标准曲线如图2-1所示。图2-1酸性嫩黄标准曲线2.4.2混凝后

46、去除效果评价 在混凝反应完成并沉淀两小时之后，用移液管在液面2cm处移取5mL的上清液，将其置于50mL的比色管中，将它定容至25mL，在400nm处测定它的吸光度A，将测定的吸光度带入公式C1=5*（A-0.0073）/8.878中可求得混凝之后的酸性嫩黄的浓度C1。对混凝效果的评价可以用酸性嫩黄的去除率E来衡量。去除率E=（C0-C1）/C0 第三章 实验结果与讨论3.1 铁系混凝剂3.1.1最佳投加量的确定在本实验中，所采用的两种属于铁系的混凝剂分别为硫酸亚铁和三氯化铁。三氯化铁的混凝原理主要为混凝剂溶解在水中之后，三价铁离子水解生成絮状体的Fe(OH)3 ，生成的絮状体在与胶体颗粒物质

47、碰撞之后黏附在絮状体的表面之上，随着絮状体的沉降一起沉至烧杯底部，其中也有可能被还原性物质将一小部分的三价铁离子还原为二价铁离子，转而水解为Fe(OH)2 ,水解产物也为一种絮状体。而二价铁离子的混凝原理主要也是水解生成上述的两种水解产物Fe(OH)3 和Fe(OH)2。其中主要起作用的水解产物为Fe(OH)3 ，当二价铁离子溶解在水中之后，通过水中溶解氧的氧化作用将二价铁离子氧化为三价铁离子。转而水解为絮状体的Fe(OH)3。最佳投加量的实验结果如图3-1图3-1 混凝剂投加量与去除率的关系表示为二价铁离子 表示为三价铁离子从上图可以看出的是二价铁子的最佳投加量应为12mL，三价铁离子的最佳

48、投加量应为10mL，折算之后这两种混凝剂的投加量分别是硫酸亚铁为60mg/L、三氯化铁为50mg/L。三价铁离子自身所带的电荷比二价铁离子所带电荷多，所以混凝剂在使胶体脱稳的时候，也就是发生电性中和和双电层压缩的时候，同一质量的硫酸亚铁和三氯化铁溶解在溶液中后，三价铁离子提供的阳离子电荷基团较多而且其所具有的阳离子性质强，再者三价铁离子水解生成的Fe(OH)3 絮体较大、密实。沉淀效果和吸附效果均优于Fe(OH)2，结合以上所述，所以混凝的过程中投加的二价铁离子的量要高于三价铁离子的量。从图3-1还可以得出的是，当混凝剂的投加量大于6mL，也就是混凝剂的投加量为30mg/L的时候二价铁离子的混

49、凝效果优于三价铁离子，主要是因为三价铁离子在酸性嫩黄最大吸收波长处吸光度较大，故而残余在上清液中的三价铁离子对去除率的计算有很大的影响，而二价铁离子为蓝绿色，对去除率计算的影响较小。而当硫酸亚铁的投加量大于60mg/L、三氯化铁的投加量大于50mg/L时，脱稳的胶体会发生复稳的现象，故而通过图3.1.1可知硫酸亚铁的最佳投加量为60mg/L,三氯化铁的最佳投加量为50mg/L。3.1.2最佳PH的确定通过上面所讨论的结果可得出，在确定铁系混凝剂最佳pH的时候，混凝剂的投加量为最佳投加量分别为硫酸亚铁为60mg/L，三氯化铁为50mg/L。通过实验得出的数据处理后如图3-2所示。图3-2 PH与

50、去除率的关系表示为二价铁离子 表示为三价铁离子从实验结果可知，水的pH对混凝效果的影响特别明显，当pH 在5左右时，铁系混凝剂的去除率仅有2%左右。因为此时铁系混凝剂水解所需要的OH-的量是微乎其微，只有极少的的混凝剂水解为Fe(OH)3和Fe(OH)2，生成的絮体很少。所以它们的混凝去除率很低。当pH在78的时候，酸性嫩黄的去除率呈对数增长，在弱碱性的环境中，铁系混凝剂的铁离子与氢氧根离子水解结合生成絮状体的Fe(OH)3和Fe(OH)2，在pH值为89的范围内，铁系混凝剂的铁离子水解生成的物质为最有利于混凝反应的物质。最有通过实验数据，本实验采用的两种混凝剂，硫酸亚铁的最佳pH值为8.2，

51、三氯化铁的最佳pH值为8.3。所以铁系混凝剂的最适宜的混凝环境应为弱碱性，在水解过程中，主要的水解产物为Fe(OH)3和Fe(OH)2，在水解产物的基础之上，还会有聚合铁系盐的生成，这些复杂的铁系盐在混凝过程中都发挥着重要的作用，尤其是铁系盐中的络合物的作用更为重要，在pH值为89的范围内，生成的铁系盐对混凝效果最有利，当pH值高于9时，所生成的铁系盐将对混凝效果的影响较小，故而铁系混凝剂在本实验中所使用的最佳pH值范围为89。在确定水质情况影响混凝效果的实验中，pH确定为8.5。3.1.3废水初始浓度的的确定。在这部分实验中，运用上面两步中得到的实验结果，确定两种混凝剂最适宜的废水水质（主要

52、是指废水中酸性嫩黄的浓度）。配制的模拟废水pH值调至8.5。硫酸亚铁的投加量为60mg/L，三氯化铁的投加量为50mg/L。在实验中得到的数据处理之后如图3.1.3所示。图3-3 废水初始浓度与去除率的关系表示为二价铁离子 表示为三价铁离子从上图可以看出的是，废水水质在120mg/L以内的时候，二价铁离子的混凝效果比三价铁离子的效果好，这主要是低浓度的废水在确定去除率时，废水中铁盐的残余浓度影响较大。所以会出现上述的实验现象。当废水中染料酸性嫩黄的浓度高于120mg/L的时候，三价铁盐的混凝效果要优于二价铁盐的混凝效果，虽然混凝沉淀后的废水上清液中的残余铁离子对混凝效果的影响较大，但当酸性嫩黄

53、的浓度较高时，混凝后废水中残余的三价铁离子的吸光度已小于三价铁盐和二价铁盐去除酸性嫩黄之差的吸光度，酸性嫩黄的浓度越高，它们的去除率降低的越快，这就表示加入的混凝剂的量已不足以使胶体脱稳和水解生成足够多的Fe(OH)3和Fe(OH)2，所以影响混凝效果。所以铁系混凝剂处理实验室模拟废水的最佳水质（酸性嫩黄的浓度）为120mg/L。3.1.4混凝剂正交实验1三氯化铁正交实验是为了确定最佳的废水处理条件，首先是表头的设计，本实验采取三水平和三因素的正交设计。三价铁盐正交表的表头设计见表3.1.4所示。 因素水平PH （A）投加量（B） mL 废水浓度（C）mg/L17810028101203912

54、140 表3-1 三氯化铁正交表头因素组号 PH（A）投加量（B）mL 废水浓度（C）mg/LE %178100214839121403002581210025.1469812018.97771212024.5188814032.34991010030.17K10.76660.72440.7644K20.79960.83670.6596K30.79310.79820.9353R0.0330.11230.2757表3-2 正交实验数据计算与分析三价铁盐正交实验的数据处理结果见表3-2所示。通过实验数据与计算结果可以看出，对三氯化铁影响因素的大小

55、依次为CBA，主要的影响因素为废水的初始浓度，接着是废水的酸碱性，最小为混凝剂的投加量。通过正交表的分析，三氯化铁混凝实验的最佳组合为A2B2C3，由于本组合未出现在实验中，故而还需要进行补充实验，通过补充实验可得出的结果是：在三氯化铁投加量为50mg/L、pH为8、废水浓度为140mg/L时，酸性嫩黄的去除率可达到32%。这种条件也是三氯化铁最优的处理条件。2硫酸亚铁混凝剂的正交实验在确定硫酸亚铁最佳混凝条件时，依然设计为三水平三因素的正交实验，硫酸亚铁正交表头的设计见表3-3所示。 因素水平PH （A）投加量（B） mL 废水浓度（C）mg/L171010028121203914140 表3-3 硫酸亚铁正交实验正交表头因素水平 PH（A）投加量（B）mL 废水浓度（C）mg/LE %171010023.41281212