复合吸附剂对印染废水的脱色性能研究
摘要：用活性炭粉末、壳聚糖和木质素纤维按一定配比制备了复合吸附剂，并对活性染料印染废水的脱色性能进行了研究。通过试验初步研究了复合吸附剂直接吸附去除印染废水色度中吸附剂投加量、吸附时间等对脱色率的影响，优化出吸附印染废水的最佳条件，使脱色率达到95%以上。此复合吸附剂还可以有效去除CODcr，达到90%以上，并且沉降性能良好。为印染废水处理提供了一种新的处理剂。
关键词：复合吸附剂；印染废水；脱色；CODcr
印染废水是指棉、毛、化纤等纺织产品在染色、印花过程中所排放的废水，印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点。为使染色更加均匀，印染时还常加入一些助剂，如促染剂或缓染剂〔1，这就造成印染废水色度大、CODcr及BOD高，并向着抗氧化、抗生物降解方向发展，使原有的生物处理系统CODcr去除率从70%下降到50%左右，甚至更低；化学沉淀和气浮法CODcr去除率也仅为30%左右，从而使传统的生物处理工艺受到严重挑战〔2〕。采用吸附法处理印染废水，则可弥补上述生物法处理、化学沉淀和气浮法处理印染废水的不足之处。开发经济有效的印染废水处理技术已成为当今环保行业关注的课题。
活性炭作为一种优良的吸附剂已广泛用于水处理工程中，对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。对印染废水有良好的脱色效果。
近年来，壳聚糖作为一种新型的生化吸附剂，日益引起人们的广泛关注。壳聚糖是天然碱性多糖，具有无毒性、亲水性、生物相容性、生物可降解性、抗菌等性质。又因其分子内含有大量的游离氨基和烃基，所以具有较强的吸附和螯合作用。壳聚糖对酸性染料、活性染料、媒染料、直接染料都具有一定的吸附性。
木质素纤维不溶于水、弱酸和碱性溶液，木质素纤维具有优良的柔韧性及分散性，具有三维网状结构。本文以木质素纤维为载体，通过酸性溶液中溶解的壳聚糖在弱碱性溶液中逐渐析出过程，使壳聚糖和活性炭均匀结合在木质素纤维的网状结构上，共同发挥三者的协同效用，同时使吸附剂与液体易于进行分离，达到高效脱色，去除CODcr的效果。脱色率、CODcr的去除率和沉降性能，均优于单一活性炭粉末。对实际印染废水脱色率达到95%以上，CODcr的去除率也达到了90%以上。
1.实验部分
1.1实验材料
壳聚糖（浙江金壳生物化学有限公司，脱乙酰度≥80%，使用时配成1%的盐酸溶液）；粉末活性炭（溧阳竹溪活性炭有限公司）；木质素纤维（宜兴市宝恒木质纤维有限公司）；未处理印染废水（常州常茂印染厂，其中染料以活性染料为主）其他试剂均为分析纯。
1.2实验仪器
UV-7504紫外－可见分光光度计（上海欣茂仪器有限公司）；磁力加热搅拌器（金坛市新航仪器厂）；JJ-1精密电动搅拌器（上海逸龙科技有限公司）；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）。
1.3实验内容
1.3.1吸附剂的制备
将木质素纤维置于盛有200mL水的烧杯中搅拌均匀，加入活性炭，搅拌均匀，再加入壳聚糖溶液，搅拌均匀。在慢速搅拌下向上述溶液中滴加5%氢氧化钠溶液，调整pH≈9，搅拌10min后静止分层。当液体与固体分层后进行抽滤，然后将抽滤所得的固体自然晾干，保留试样。
1.3.2吸附实验
取印染废水200mL，用5%NaOH调整pH＝8～9，加入2.0g的吸附剂，快速搅拌（300r/min）5min，转入慢速搅拌（50r/min）20min，静置沉降3h后，取一定高度的上层清液测定。
1.3.3分析方法
脱色率测定：测定在UV-754型紫外-可见分光光度计上进行，分光光度法测定印染废水在其特定波长下的吸光度。在一定范围内，染料的浓度与吸光度成正比例关系。因此，可按下式计算脱色率：脱色率（%）=（1-Ai/A0）×100%式中，A0为印染废水吸附前的吸光度；Ai为印染废水吸附后的吸光度。印染废水CODcr去除率测定：按重铬酸钾法（GB11914-89）测定其CODcr去除率。CODcr去除率（%）=（1-CODi/COD0）×100%，式中，COD0为印染废水吸附前的CODcr，CODi为印染废水吸附后的CODcr。
2.结果与讨论
2.1吸附剂的制备
按照1.3中的吸附剂制备和吸附实验方法，通过正交实验，确定了复合吸附剂的配比方案为木质素1g，活性炭3g，壳聚糖溶液2mL。
2.2最大吸收波长的选择
以蒸馏水为空白参比，用2cm吸收池，在580~700nm间，每隔10nm测量一次稀释后的印染废水吸光度。在峰值附近每间隔2nm测量一次。以波长为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸收曲线如图1所示。
由图1可以看出，在波长625nm和665nm时，出现两次峰值，其中665nm处的吸光度值最大，所以选取665nm为最佳吸收波长。
2.3吸附剂投加量对脱色效果的影响
取印染废水200mL，然后加入一定量吸附剂，按1.3实验方法进行吸附实验，取上层清液进行吸光度测定，计算脱色率，结果如表1所示。
由表1可知，当吸附剂的投加量超过1.5g的时候，脱色率就达到95%以上，投加量增大到2.5g，脱色效果变化不大，因此确定吸附剂合适的投加量为2.0g。
2.4搅拌对脱色效果的影响
取印染废水200mL，用NaOH调整pH＝8~9，加入试样2.0g，分别采取不同的搅拌时间、搅拌方式进行吸附实验，实验结果如表2所示。
为使染料与吸附剂结合得好，采用了不同的搅拌速度。由表2可知，当快速搅拌时间为5min、慢速搅拌为20min的时候，脱色率达到95%以上，时间延长脱色效果变化不大，因此处理搅拌时间为先快5min、后慢20min。
2.5沉降时间对脱色效果的影响
通过实验可知当沉降时间为3h时，就可以达到脱色完全。
2.6吸附剂与活性炭粉末对比实验
按照1.3最佳工艺条件的实验方法，用制备的吸附剂样品与活性炭粉末分别对印染废水进行处理，按前述方法计算脱色率，同时计算CODcr的去除率，结果如表3所示。
从表3中数据可知，在相同工艺条件下，无论是脱色率，还是CODcr去除率，复合吸附剂处理废水效果要优于活性炭粉末。
2.7沉降性能比较
制备吸附剂和活性炭粉末对印染废水脱色后，在溶液中的沉降随时间的变化情况如表4所示。
从表4中可以看出，制备样品沉降性能明显高于活性炭粉末，3h基本达到沉降完全。由于制备吸附剂样品以木质素纤维为载体，通过壳聚糖使活性炭结合在木质素纤维上，由于木质素纤维形成的网状使三者结合成为一个整体，因此沉降性能明显高于活性炭粉末。为脱色后续固液分离处理创造了有利条件。
3.结论
（1）通过优化实验，对活性炭粉末添加木质素纤维、壳聚糖，制备了复合吸附剂，并对实际印染废水进行了吸附脱色实验。对印染废水的脱色和CODcr去除都具有良好的脱除效果。
（2）吸附剂的使用量、搅拌时间和沉降时间对脱色的效果都会有影响，通过优化条件，确定了最佳工艺条件，吸附剂投加量为2.0g/200mL，快速搅拌时间为5min，慢速搅拌时间为20min，沉降时间为3h。由于壳聚糖在酸性溶液中溶解，在碱性溶液中析出，所以选择处理印染废水的pH为8~9。
（3）制备的复合吸附剂，对于以活性染料为主的实际印染工业废水，在最佳工艺条件下脱色率达95%以上，在去除色度的同时，CODcr也得到了有效去除，去除率在90%以上。脱色率和CODcr去除率均高于单独使用活性炭粉末，沉降性能明显高于活性炭粉末，为脱色后续固液分离处理创造了有利条件。
4参考文献
〔1〕李加珍.染料、染色工业废水处理〔M〕.北京：化学工业出版社，1997.
〔2〕邹龙生，欧光川，张敏等.印染废水处理技术及进展〔J〕.山东化工，2005，34（6）：15-18.
〔3〕曾亮，张小勇.印染废水处理技术现状及其进展〔J〕.江苏环境科技，2007，20（1）：38-40.
〔4〕闫金霞，成庆利.印染废水治理技术综述〔J〕.染料与染色，2007，44（2）：48-51.
〔5〕王金梅，薛叙明.水污染控制技术〔M〕.北京：化学工业出版社，2004.
〔6〕何瑜，邱凌峰.脱色剂在印染废水处理中的应用〔J〕.水处理技术，2007，32（7）：8-11.
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