磁流體在印染廢水處理中的應用研究
摘要:隨著工業的迅速發展,大量工業廢水的排放給人類生存造成了嚴重的威脅,尤其是印染廢水,因此尋求 有效的處理方法是亟待解決的問題。一種新的印染廢水處理技術———應用磁流體來處理印染廢水,分別研究 了Fe3O4磁流體在不同條件(如pH值、表面活性劑的投加量、攪拌時間、溫度等)下,對降低印染廢水的COD和 色度兩個方面的影響。實驗表明當pH=11,表面活性劑量是亞鐵量的0·16倍,磁流體與廢水的比大于1: 10時 COD降低最多,脫色效果最好。
關鍵詞:Fe3O4磁流體;印染廢水;COD;色度
前言
水污染是當前中國面臨的主要環境問題之一。預測,工業廢水占總污水量的70%以上[1-2]。其中 紡織印染行業在中國工業生產中占有較大的比重, 是出口創匯的重要產業,也是吸納勞動力的主要勞動密集型產業。印染廢水主要含各種染料、整理劑、后處理劑等[3],具有以下特點[4]:水量大、有機污染 物含量高、堿度和pH值變化大、水質變化大;色度 高,有時可達4 000倍以上;可生化性差,廢水m (BOD) /m(COD)值一般在20%左右;近年來的化 纖織物的發展和印染業技術的進步,使難生化降解的有機物在廢水中的含量大大增加[5]。單一處理工 藝均很難達到要求,需對不同處理工藝進行優化組 合。因此,系統開發不同工藝的有效組合,研究高效、經濟、節能的印染廢水處理反應器將是印染廢水 處理工藝研究的主要內容和發展方向。盡管目前國內外在這方面研究較多,提出多種處理技術,但在實 際應用中有的處理效率不高,有的工藝過于復雜,甚至有的產生二次污染,達不到全面凈化污水的目的。目前傳統的處理方法處理工序繁多且效果一般,為此我們應用新型功能性材料———磁流體來對這種廢水進行處理研究。
磁流體又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液,它是由磁性粒子、基液以及表面活性劑三者混合而成的一種 穩定的膠狀溶液[6]。該流體在靜態時無磁吸引力,當 有外加磁場作用時,才表現出有磁性[7]。用磁流體處理印染廢水作為一種無二次污染的新型技術即將被開發出實用的研究方案并付諸于實踐,用來大批量地處理廢水。本文主要研究了磁流體處理高濃度印染 廢水在降低色度和COD兩個方面的影響因素。
1 磁流體的制備
采用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體。稱量 48 gFe2(SO4)3, 44·48 gFeSO4(即Fe2+:Fe3+=2: 3 溶于盛有5: 1的醇———水溶液的三口燒瓶中制成稀 溶液,將三口燒瓶置于65℃±1℃的恒溫水浴鍋中, 攪拌使鹽溶液混和均勻,攪拌的同時滴加稀的氨水, 促使水解反應完全。在pH=5·6左右出現黑色的 沉淀,繼續滴加氨水至pH>10,陳化30 min,調節 pH至5左右,將溫度升高至80℃攪拌的同時慢速 加入不同比例的表面活性劑對磁性顆粒進行表面改 性,靜置可觀察到亮黑色的磁基體生成。室溫下過 濾,先用無水乙醇后用去離子水多次洗滌,干燥煅燒就可制得Fe3O4黑色磁性粉沫。將所得粉沫按不同 比例溶于載液中,就可制得具有不同磁性、粘度穩定的磁流體[8]。
2 磁流體處理印染廢水脫色效果及降低 COD的實驗方法
2. 1 實驗用水和水質
實驗用水取自吳江市盛澤水處理發展有限公司的印染廢水,廢水中含有印染行業中常用的酸性染料、分散性染料及直接染料。廢水水質指標: pH: 8~10、色度:500~600倍,CODcr:1 300mg/L~1 500mg/L。
2. 2 實驗過程
小燒杯置于磁座(磁座是JB-3型定時恒溫磁 力攪拌器)上,取一定量的磁流體于小燒杯中,再取 一定量的廢水與之混合,打開磁座,使混合液在燒杯 中旋轉,若干秒后關掉磁座,使之變成永恒磁場, 分鐘內,能見到磁性顆粒向下沉淀,清楚見到分層, 取出上層清液10 m,l進行色度及CODcr檢測。
3 實驗結果與討論
3. 1 脫色效果與討論
3. 1. 1 磁流體與廢水的比對脫色效果的影響
固定廢水用量為100 ml分別用不同量的磁流 體處理后測出的色度值見表1。
表 1 磁流體與廢水的比對處理效果的影響
磁流體(ml) 2 5 8 9 10 12 15 20
色度(倍) 80 50 40 30 20 20 20 20
由表1可知當磁流體與廢水比?1: 10時,處理 廢水效果較好,色度有明顯降低。分析原因是如果磁流體太少,所含磁性顆粒就少,磁性不夠強,就不 能使磁流體發揮它的功效。
3. 1. 2 攪拌時間對脫色效果的影響
改變攪拌時間,固定磁流體與廢水比為1: 10 ,可知使色度降低到20倍,攪拌20 s已經 足夠。攪拌的目的是為了使磁性顆粒與廢水充分的接觸,在磁性顆粒分散性能良好的情況下,攪拌的時間不需要太長。
3. 1. 3 溫度對廢水脫色效果的影響
改變溫度,固定磁流體與廢水比為1: 10,攪拌 20 s,測出的色度值見表3。
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由表3可知,升高溫度,磁流體對廢水的處理效果有所降低。從微觀學上分析是磁性顆粒的布朗運動產生的作用,當溫度升高時,磁性顆粒運動加劇不利于微粒的吸附、聚集長大和沉降[10-11]。
3. 2 COD的降低與討論
3. 2. 1 表面活性劑投加量及pH值對降低COD的 影響
(1)用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=10,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數據如圖1:
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(2)用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=11,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數據如下圖:
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(3)用醇———水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=12,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數據如下圖:
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(4)用醇-水共熱法制備Fe3O4磁流體,滴加氨水至pH=13,改變加入的表面活性劑的量處理印染廢水后所測得COD數據如下圖:
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綜合上述數據可以得知用1. 0 g表面活性劑包 裹(此時表面活性劑量是亞鐵量的0. 16倍), pH值 為11時處理印染廢水時效果較好。此時磁性顆粒 的粒徑小,均勻,磁性高, COD下降最多,處理廢水 效果好。分析原因是表面活性劑的用量如果太少 就不足以形成完整的包裹層;如果太多,就會形成多 層吸附,反而導致磁性能下降[8]。
3. 2. 2 攪拌時間對降低COD的影響
固定磁流體與廢水比為1: 10,攪拌使其充分接 觸反應,隨著攪拌時間的變化廢水COD的去除率隨之變化的曲線見圖5。
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由圖5可知開始時隨攪拌時間的增加COD去 除率也逐漸增大,當攪拌時間為5 min左右時, CO 的去除率達到最大值。之后隨攪拌時間的增加 COD的去除率反而有所下降。分析原因是磁流體 與廢水中有機物的作用中存在一種微弱非極性的范 德華力[9],如果攪拌時間過長,分子運動的動能則會 克服分子間范德華力的吸引,使得一部分可溶性有機分子重新分散到水中,因此導致水中的COD值有 所回升。
4 結論
(1)表面活性劑量是亞鐵量的0. 16倍, pH=11 時COD降低最多,處理效果最好。
(2)在固定磁場的情況下,采用室溫,充分混 合,在磁流體與廢水的比大于1: 10時,處理廢水的 能力最好。
(3)一般只要攪拌20 s左右,就使可磁性顆粒 與廢水充分的接觸從而達到較好的脫色效果;但是 要達到較高的COD去除率則需要攪拌5 min左右。
(4)升高溫度會降低廢水處理效果,一般應在 較低溫度(10℃~20℃左右)下進行。
參考文獻:
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[2]Y Harada. et a.l Treatment of high concentration or- ganic wastewater by a catalytic wet oxidation process [C].IDA&WRPC world conference on desalination and treatment. Ja- pan:Yokohama, 1993: 2-6.
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[5]侯文俊,余健.印染廢水處理工藝進展[J].工業用 水與廢水, 2004-04, 35(2): 57-60.
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[8]任歡魚,劉蕾,劉勇健.磁流體的制備與性質研究 [J].中國粉體技術, 2003, 9(1): 21-23.
[9]Jean-ClaudeBACRI, et a.l J.Magnetismand Magnetic Materials[M], 1990, 85: 27-32.
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