粉煤灰负载壳聚糖处理印染废水的最佳实验条件

陈瑞华，王艳华，2，高婵娟

（1. 长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710054； 2. 中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075）

印染废水水量大，有机物含量高，会对水体造成严重污染，造成农作物产量减少[1]。对印染废水进行处理，不但可以减轻和避免环境污染，还可以重复利用处理后的水，节约水资源。

同单纯粉煤灰或壳聚糖比较，其复合物具有更好的吸附性能。因为，当粉煤灰负载壳聚糖后，增大了粉煤灰的层间距，使负荷吸附剂的结构优化，更有利于吸附[2]。用这种复合吸附剂来处理废水，不但有粉煤灰和壳聚糖两者的优点，而且能相互弥补不足[3]。

1 实验部分

1.1 仪器和药品

1.1.1 仪器

FA2104分析天平（上海电子天平仪器厂），78-1磁力搅拌器（金坛市华峰仪器有限公司），722分光光度计（上海精密科学有限公司），101-型烘箱（北京科维永兴仪器有限公司），PHB-1 pH计（上海世诺物理光学仪器有限公司），DF-101S集热式恒温磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司），TDL-40B离心机（上海安亭科学仪器厂）。

1.1.2 药品

本实验中所用的粉煤灰来自西安西郊电厂，呈灰黑色粉末状。

实验中用到的其他实验药品：壳聚糖（脱乙酰度达80%～95%），氢氧化钠，硫酸，冰乙酸，均为分析纯。

1.2 实验步骤

1.2.1 印染废水的配制

在 1 000 mL的自来水中投加酸性粉红染料0.122 7 g，直接草黄染料0.152 5 g，直接染料0.128 g，并搅拌均匀。每次在使用废水前需进行搅拌以防止沉淀，从而减小脱色误差。

1.2.2 粉煤灰负载壳聚糖的制备

根据查询的粉煤灰负载壳聚糖的制备方案进行制备[4]。

1.2.3 粉煤灰负载壳聚糖处理印染废水的条件的确定

（1）粉煤灰负载壳聚糖投加量的确定

（2）反应废水pH的确定

（3）反应温度的确定

（4）搅拌时间的确定

2 实验结果与讨论

2.1 投加量对印染废水脱色的影响

当pH为4，搅拌时间为20 min，反应温度是35 ℃，沉淀5 h条件下，反应吸附剂投加量对废水脱色率的影响曲线如图1所示。

图1 吸附剂投加量与脱色率的关系Fig.1 The relationship between adsorbent dosage and decolorization rate

由图1可以看出，整体趋势是脱色率随着投加量的增加而增加，最后曲线趋于平缓，其中当投加量为4 g/L时脱色率最大，可达97%，而大于4 g/L后脱色率变化就不是很大了。考虑到经济效益和处理后期污泥的产量，复合吸附剂的投加量为 4 g/L时最宜。

2.2 pH对印染废水脱色的影响

在投加量为4 g/L，反应温度为35 ℃，搅拌时间20 min，沉淀5 h的条件下，用氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节配制的印染废水的pH，可得到脱色率这是由于粉煤灰负载壳聚糖是阳离子絮凝剂，所以呈正电性，当pH过低时，复合吸附剂中的壳聚糖在强酸溶液中容易溶解、流失，从而不利于对染料的吸附；当pH过高，呈碱性时，溶液中含有大量的氢氧根离子，而染料中大部分是阴离子型染料，所以废水中的染料和氢氧根离子会在复合吸附剂的表面形成竞争，且导致吸附剂表面带有大量的负电荷，从而与废水中的染料形成静电相斥，所以吸附脱色效果也随之降低[5]。最终实验中选取最适宜的pH为3.5，此时的脱色率可高达94%。

随着pH的变化趋势，如图2所示。

由图2可以看到，配制的印染废水在pH为3～3.5范围内被脱色的效果最好，且较稳定，当pH过低时或碱性时脱色效果都比较差。

图2 pH与脱色率的关系Fig.2 The relationship between pH and decolorization rate

2.3 反应温度对印染废水脱色的影响

在复合吸附剂投加量为4 g/L，pH为3.5，搅拌时间20 min，沉淀5 h的条件下，可得到反应温度对印染废水脱色率的影响趋势曲线，如图3所示。

图3 反应温度与脱色率的关系Fig.3 The relationship between reaction temperature and decolorization rate

由图3可以看到，在温度变化范围内脱色率的变化不是很大，均在 90%以上，虽然当温度为 30℃时结果中脱色率最大，但考虑到处理工艺的方便和运行费用的经济性，所以选择该复合吸附剂处理印染废水的适宜反应温度为常温即可。

2.4 反应时间对印染废水脱色的影响

在粉煤灰负载壳聚糖复合吸附剂投加量为 4 g/L，pH为3.5，反应温度为常温下，沉淀5 h的条件下得到对应的影响曲线，如图4所示。

由图4可看到，印染废水的脱色率随着反应时间先增大，接着减小，在反应时间为20min时脱色率达到最大。

这是因为吸附剂对燃料分钟的吸附刚开始是低能量，吸附速率快的物理吸附，在开始一段时间后达到最大吸附量。但物理吸附不稳定，随着吸附量的增加，其解吸速率增大，脱色效果呈下降趋势，吸附速率和解吸速率逐渐接近，最后两者相等达到吸附平衡，与此同时，高能量，吸附速率慢的化学吸附已逐渐完成。

当反应时间再增大时，吸附量又降低趋势，可能是因为负载的壳聚糖有部分溶解、流失了，或者先前形成的絮凝体经剧烈搅拌又疏散开了，所以实验搅拌过程中，前期是较剧烈搅拌，后期要相应的减小搅拌的速度[6,7]。因此，20 min的搅拌时间是适宜的反应时间了。

图4 反应时间与脱色率的关系Fig.4 The relationship between reaction time and decolorization rate

3 结 论

本实验主要是针对印染废水的脱色处理研究。根据查询的粉煤灰负载壳聚糖的制备方案制得复合吸附剂，用得到的复合吸附剂对自行配制的印染废水进行脱色吸附处理，经实验知其最佳处理条件是：废水pH为3.5，投加量是4 g/L,反应温度为常温，反应时间20 min，处理效果良好。

［1］轻工业部国外轻工业污染资料编译组.轻工业污染及其防治[M].北京:石油化学工业出版社，1975.

［2］郑宾国，李见云，牛俊玲.粉煤灰负载壳聚糖吸附剂处理水中Cr(VI)的研究[J]. 材料导报，2009(12)：65-67.

［3］陈纯馨，陈忻，李宇彬,等.粉煤灰-壳聚糖复合物处理生活废水的研究[J]. 环境科学与技术，2010，33（12F）：285-292.

［4］Seames，Wayne S. An initial study of the fine fragmentation fly ash particle mode generated during pulverized coal combustion [J]. Fuel Processing Technology，2003，81（2）：109-125.

［5］Quina，Margarida M.J. ，Quinta-Ferreira. Properties of recent hazardous waste in Portugal[J]. Key Engineering Materials 230-232(Advanced Materials Forum I)，2002：400-403.

［6］杨文澜.壳聚糖联合碱改性粉煤灰对重金属离子的吸附特性[J].环境工程学报，2009，3(12)：2281-2284.

［7］马勇，王恩德，邵红.膨润土负载壳聚糖制备吸附剂[J]. 应用化学，2004，21(6)：508-511.