硫酸亞鐵處理油墨廢水的實驗研究

硫酸亞鐵處理油墨廢水的實驗研究
  内容摘要
      本实验采用硫酸亚铁为絮凝剂，PAM为助凝剂对丰城某油墨厂产生的废水进行混凝预处理，原废水COD为642~750mg/L，pH为6.5~7.5，色度为1000~1200倍，经实验确定最佳条件：初始pH为10，FeSO4投加量为2g/L和PAM为1mL/L（1%），搅拌时间为60min，原废水经该条件处理后COD去除率达22%以上，色度的去除率达93%以上，结果表明该方法处理油墨生产废水中色度效果特别显著，对实际工程前处理有一定的指导意义。本實驗採用硫酸亞鐵為絮凝劑，PAM為助凝劑對豐城某油墨廠產生的廢水進行混凝預處理，原廢水COD為642~750mg/L，pH為6.5~7.5，色度為1000 ~1200倍，經實驗確定最佳條件：初始pH為10，FeSO4投加量為2g/L和PAM為1mL/L（1%），攪拌時間為60min，原廢水經該條件處理後COD去除率達22%以上，色度的去除率達93%以上，結果表明該方法處理油墨生產廢水中色度效果特別顯著，對實際工程前處理有一定的指導意義。
  正文正文
  0 前言
  
  水性油墨简称水墨，具有不含挥发性有机溶剂，不易燃，不会损害油墨制造者和印刷操作者的健康，对大气环境无污染等特点,是一种新型绿色印刷材料。水性油墨簡稱水墨，具有不含揮發性有機溶劑，不易燃，不會損害油墨製造者和印刷操作者的健康，對大氣環境無污染等特點,是一種新型綠色印刷材料。 随着环保要求的不断提高，水性油墨的发展相当迅速。隨著環保要求的不斷提高，水性油墨的發展相當迅速。 但是在水性油墨的生产和应用过程中，也会产生大量的设备清洗废水，此废水的特点是色度极高，COD值较大，直接排放会对水体造成严重的污染[1]。但是在水性油墨的生產和應用過程中，也會產生大量的設備清洗廢水，此廢水的特點是色度極高，COD值較大，直接排放會對水體造成嚴重的污染[1]。 因此采取必要措施减少油墨废水对环境的影响是迫在眉睫。因此採取必要措施減少油墨廢水對環境的影響是迫在眉睫。 然而在本行业中对油墨废水进行预处理的方法使用最多的是混凝法，效果较好。然而在本行業中對油墨廢水進行預處理的方法使用最多的是混凝法，效果較好。
      油墨生产废水是印染废水中的一种，含有一个或多个磺酸基(-SO3)，且大多数分子还有-NH2，-OH等基团，这些基团均具有未共用的电子对，是很强的配位体，如果控制好条件就会和Fe2+发生络合反应，形成结构复杂的大分子络合物，降低其水溶性，使染料分子具有胶体性质，进而通过硫酸亚铁水解产物的混凝作用沉降去除[2]。油墨生產廢水是印染廢水中的一種，含有一個或多個磺酸基(-SO3)，且大多數分子還有-NH2，-OH等基團，這些基團均具有未共用的電子對，是很強的配位體，如果控制好條件就會和Fe2+發生絡合反應，形成結構複雜的大分子絡合物，降低其水溶性，使染料分子具有膠體性質，進而通過硫酸亞鐵水解產物的混凝作用沉降去除[2]。 并且，Fe2+还可以被废水中的一些物质氧化产生Fe3+，对FeS04而言。並且，Fe2+還可以被廢水中的一些物質氧化產生Fe3+，對FeS04而言。 Fe3+和Fe2+脱色作用不同，Fe3+是靠其水解产物电中和、吸附架桥等作用去除染料。 Fe3+和Fe2+脫色作用不同，Fe3+是靠其水解產物電中和、吸附架橋等作用去除染料。 这种作用对以胶体存在的染料去除率较高．這種作用對以膠體存在的染料去除率較高． 但对以真溶液形态存在的亲水性活性染料去除率较差[3]。但對以真溶液形態存在的親水性活性染料去除率較差[3]。 综上所述，要使硫酸亚铁处理油墨废水达到最佳效果时，对其混凝条件要求非常严格，因此在本实验中，探讨了利用硫酸亚铁处理油墨废水的最佳工艺条件。綜上所述，要使硫酸亞鐵處理油墨廢水達到最佳效果時，對其混凝條件要求非常嚴格，因此在本實驗中，探討了利用硫酸亞鐵處理油墨廢水的最佳工藝條件。
  1 实验部分
  
  
  1.1 废水水质
  
  
  本实验所用油墨废水来自丰城市某文具油墨厂，废水水质见表1本實驗所用油墨廢水來自豐城市某文具油墨廠，廢水水質見表1
  表1　废水水质表1　廢水水質
  Table 1 Characteristic of the wastewater sample Table 1 Characteristic of the wastewater sample
  指标 COD/（mg•L－1） 色度/倍 pH 水温（℃）指標 COD/（mg•L－1） 色度/倍 pH 水溫（℃）
  实测值 642～750 1000～1200 6.5～7.5 30～40實測值 642～750 1000～1200 6.5～7.5 30～40
  1.2 试剂和仪器 1.2 試劑和儀器
  试剂：FeSO4•7H2O(分析纯)，PAM(1%)，NaOH(10%)，H2SO4（98%），Ag2SO4（化学纯），HgSO4(化学纯)。試劑：FeSO4•7H2O(分析純)，PAM(1%)，NaOH(10%)，H2SO4（98%），Ag2SO4（化學純），HgSO4(化學純)。
  仪器： PHS-25型酸度计(上海虹益仪表有限公司)，BS224SAG104电子分析天平(德国赛多利斯仪器系统有限公司)，722/721型分光光度计(上海欣茂仪器有限公司)，JJ-4六联电动搅拌器（国华电器有限公司），CODcr测定装置。儀器： PHS-25型酸度計(上海虹益儀表有限公司)，BS224SAG104電子分析天平(德國賽多利斯儀器系統有限公司)，722/721型分光光度計(上海欣茂儀器有限公司)，JJ- 4六聯電動攪拌器（國華電器有限公司），CODcr測定裝置。
  1.3分析方法 1.3分析方法
  1.3.1 色度去除率 1.3.1 色度去除率
  (1)水样先进行自然沉淀,再经过离心机将水样中的悬浮物去除，以纯净的蒸馏水作为参比，适当稀释水样和选用比色皿，使吸光度的峰值尽量在1.00以内，在721型分光光度计上，以可见光谱范围(420~700nm)每隔20nm选定一测定点，共测15个测定点的吸光度，在坐标纸上，纵轴标吸光度，横轴标波长，绘制吸光度-波长曲线，确定最大吸收波长[4]。 (1)水樣先進行自然沉澱,再經過離心機將水樣中的懸浮物去除，以純淨的蒸餾水作為參比，適當稀釋水樣和選用比色皿，使吸光度的峰值盡量在1.00以內，在721型分光光度計上，以可見光譜範圍(420~700nm)每隔20nm選定一測定點，共測15個測定點的吸光度，在坐標紙上，縱軸標吸光度，橫軸標波長，繪製吸光度-波長曲線，確定最大吸收波長[4]。
  (2)取水样200mL于烧杯中，调节pH值，加入一定量的硫酸亚铁和PAM，控制搅拌时间，静置30min，过滤，取滤液在最大吸收波长处测其吸光度，取10mL测COD。 (2)取水樣200mL於燒杯中，調節pH值，加入一定量的硫酸亞鐵和PAM，控制攪拌時間，靜置30min，過濾，取濾液在最大吸收波長處測其吸光度，取10mL測COD 。 则色度去除率=（1-A/A0）×100%[5]。則色度去除率=（1-A/A0）×100%[5]。
  （3）取一定经过滤的水样稀释100倍，以可见光谱范围(420~700nm)每隔20nm选定一测定点，共测15个测定点的吸光度，其检测结果见图一， （3）取一定經過濾的水樣稀釋100倍，以可見光譜範圍(420~700nm)每隔20nm選定一測定點，共測15個測定點的吸光度，其檢測結果見圖一，
  图1 吸光度--波长曲线圖1 吸光度--波長曲線
  上图显示，该油墨废水的最大吸收波长为600nm，其吸光度为4.61，以下实验均采用最大吸收波长为600nm测定吸光度。上圖顯示，該油墨廢水的最大吸收波長為600nm，其吸光度為4.61，以下實驗均採用最大吸收波長為600nm測定吸光度。
  1.3.2 COD值的测定采用重铬酸钾法（国标），色度采用稀释倍数法。 1.3.2 COD值的測定採用重鉻酸鉀法（國標），色度採用稀釋倍數法。
  1.4 实验方法 1.4 實驗方法
  (1) 废水预处理：在做色度去除率实验时试样要先经过快速滤纸进行过滤以除去水中杂质影响吸光度的测定。 (1) 廢水預處理：在做色度去除率實驗時試樣要先經過快速濾紙進行過濾以除去水中雜質影響吸光度的測定。
  (2) 单因素影响试验：分别取200 mL油墨废水于6个250 mL烧杯中，每个烧杯投入一定的药剂量，然后再把烧杯放入六联搅拌机中搅拌（开始时快搅几分钟，然后慢搅），反应一段时间后沉淀30min取上清液测CODcr及色度，确定各种因素影响的最佳条件。 (2) 單因素影響試驗：分別取200 mL油墨廢水於6個250 mL燒杯中，每個燒杯投入一定的藥劑量，然後再把燒杯放入六聯攪拌機中攪拌（開始時快攪幾分鐘，然後慢攪），反應一段時間後沉澱30min取上清液測CODcr及色度，確定各種因素影響的最佳條件。
  (3) 混凝正交试验：根据上述单因素试验得到的最佳条件，进行混凝正交试验进一步确定最佳pH、FeSO4•7H2O、PAM用量以及搅拌时间。 (3) 混凝正交試驗：根據上述單因素試驗得到的最佳條件，進行混凝正交試驗進一步確定最佳pH、FeSO4•7H2O、PAM用量以及攪拌時間。
  (4) 重复性试验：根据混凝正交试验结果确定的最佳条件，进行一系列的重复试验。 (4) 重複性試驗：根據混凝正交試驗結果確定的最佳條件，進行一系列的重複試驗。 以考察其稳定性。以考察其穩定性。
  2 结果与讨论 2 結果與討論
  2.1单因素影响实验 2.1單因素影響實驗
  2.1.1 初始pH对色度去除率和COD去除率的影响 2.1.1 初始pH對色度去除率和COD去除率的影響
  为确定pH对油墨废水的色度和COD去除效果最佳值，经过初步实验结果，固定硫酸亚铁投加量2g/L，PAM投加量4mL/L，搅拌时间为30min，改变pH，使初始pH分别为6、7、8、9、10、11，考查初始pH对色度去除率和COD去除率的影响，见图2。為確定pH對油墨廢水的色度和COD去除效果最佳值，經過初步實驗結果，固定硫酸亞鐵投加量2g/L，PAM投加量4mL/L，攪拌時間為30min，改變pH，使初始pH分別為6、7、8、9、10、11，考查初始pH對色度去除率和COD去除率的影響，見圖2。
  图2 初始pH值对色度去除率和COD去除率的影响圖2 初始pH值對色度去除率和COD去除率的影響
  结果表明，初始pH为10色度去除率最高，为76.28%，COD去除率为30.44%，反应后pH为9.39。結果表明，初始pH為10色度去除率最高，為76.28%，COD去除率為30.44%，反應後pH為9.39。 初始pH为9时，色度去除率为74.53 %，但与pH为10时的色度去除率76.28%稍有下降，此时COD去除率也为31.52%，且随着初始pH不断增大，COD去除率变化不大，因此从经济上考虑，确定初始pH为9是最佳条件。初始pH為9時，色度去除率為74.53 %，但與pH為10時的色度去除率76.28%稍有下降，此時COD去除率也為31.52%，且隨著初始pH不斷增大，COD去除率變化不大，因此從經濟上考慮，確定初始pH為9是最佳條件。
  2.1.2硫酸亚铁投加量对色度去除率和COD去除率的影响 2.1.2硫酸亞鐵投加量對色度去除率和COD去除率的影響
  为确定硫酸亚铁对油墨废水的色度和COD去除效果最好的投加量，经过初步实验结果固定初始pH为9，PAM的投加量为4mL/L，搅拌时间为30min，使硫酸亚铁的投加量分别为1g/L、2 g/L、3 g/L、4 g/L、5 g/L、6 g/L，考查硫酸亚铁投加量对色度去除率和COD去除率的影响，见图3。為確定硫酸亞鐵對油墨廢水的色度和COD去除效果最好的投加量，經過初步實驗結果固定初始pH為9，PAM的投加量為4mL/L，攪拌時間為30min，使硫酸亞鐵的投加量分別為1g/L、2 g/L、3 g/L、4 g/L、5 g/L、6 g/L，考查硫酸亞鐵投加量對色度去除率和COD去除率的影響，見圖3。
  图3 硫酸亚铁投加量对色度去除率和COD去除率的影响圖3 硫酸亞鐵投加量對色度去除率和COD去除率的影響
  结果表明，硫酸亚铁投加量为2 g/L时色度去除率最高为84.83%，且硫酸亚铁投加量为大于2 g/L后，COD去除率增幅不是很多大，色度去除率不断降低，这是由于混凝剂的混凝沉淀作用要有吸附架桥机会。結果表明，硫酸亞鐵投加量為2 g/L時色度去除率最高為84.83%，且硫酸亞鐵投加量為大於2 g/L後，COD去除率增幅不是很多大，色度去除率不斷降低，這是由於混凝劑的混凝沉澱作用要有吸附架橋機會。 当混凝剂投加过量时，虽然增加了络离子的数量，但架桥所必需的粒子表面吸附活性点却减少，架桥变得困难。當混凝劑投加過量時，雖然增加了絡離子的數量，但架橋所必需的粒子表面吸附活性點卻減少，架橋變得困難。 同时，过量混凝剂。同時，過量混凝劑。 由于同种粒子间相互排斥而出现分散稳定现象，使所形成絮凝体重新变成稳定胶体进入溶液，导致废水中色度去除率不断降低，COD去除率增幅不是很多大甚至下降。由於同種粒子間相互排斥而出現分散穩定現象，使所形成絮凝體重新變成穩定膠體進入溶液，導致廢水中色度去除率不斷降低，COD去除率增幅不是很多大甚至下降。 因此，硫酸亚铁最佳投加量为2 g/L。因此，硫酸亞鐵最佳投加量為2 g/L。
  2.1.3 PAM投加量对色度去除率和COD去除率的影响 2.1.3 PAM投加量對色度去除率和COD去除率的影響
  <font color="#000000">为确定PAM投加量对油墨废水的色度和COD去除效果最好的量，经过初步实验结果固定初始pH为9，硫酸亚铁的投加量为2g/L，搅拌时间为30min，使PAM的投加量分别为1mL/L、2mL/L、3mL/L<font face="宋体 ">

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