废弃聚酯制季铵盐对印染废水的絮凝性能研究

纪汉锋，马驰，高天旭，李艳，何伟，潘崇祥，刘长伟

（1.沈阳化工大学材料科学与工程学院，沈阳 110142；2.沈阳东学碧水环境工程有限公司，沈阳 110003； 3.涟水新源生物科技有限公司，江苏 淮安 223001）

1 前言

目前我国的水体污染主要来自工业废水的排放。据统计，全国工业废水排放总量的35%来自印染行业，印染废水每天的排放量就达约4×106m3[1]，并且随着我国印染工业的飞速发展，日排放量还将逐年增长，这将给环境污染的治理带来巨大压力。印染废水的有机组分大多以芳烃及杂环化合物为主，通常具有水质色度高、成分复杂、毒性大等特点[2]。在印染废水中加入絮凝剂是目前国内外普遍采用的一种处理方法。目前被广泛使用的絮凝剂有两种，一种是无机类絮凝剂如复合氯化铝、聚合氯化铁等，该类絮凝剂由于自身带有电荷，因此具有良好的电中和效果，且价格低廉，是目前使用最广的一类絮凝剂，但其絮凝速度较慢、投放量大，且随着时间延长易发生胶体再稳现象而失去絮凝效果；另一种是以聚丙烯酰胺（PAM）为代表的有机类絮凝剂，虽然其絮凝效果较好，但由于PAM的分子量较大，投放量过大时会使体系黏度迅速增加，堵塞排污管道[3～5]。本研究利用一种由废弃聚酯制备的季铵盐表面活性剂（QAS-PET）对含有印染废水进行脱色处理，考察此种新型季铵盐表面活性剂用量、溶液pH值和絮凝时间对COD去除效果的影响。

2 实验部分

2.1 试剂及仪器

废弃聚酯制备的季铵盐表面活性剂（QAS-PET），参照文献[6]的方法实验室自制；复合氯化铝絮凝剂（工业品），阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂（工业品），BWD-01型季铵盐絮凝剂（工业品），木质素改性絮凝剂（工业品），氢氧化钠、盐酸、重铬酸钾、邻菲啰啉、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、浓硫酸、硫酸银、硫酸汞均为分析纯；印染废水样品（棕黑色、有臭味），COD：853mg/L；恒温磁力搅拌器，DF-101S；真空干燥箱，DZF-6090；电子分析天平，BSA124S型；pH酸度计，PHSJ-4F型；六联磁力搅拌器，HJ6型。

2.2 实验方法

2.2.1 样品pH值的调节

取400mL印染废水样品置入500mL烧杯中，在持续搅拌的条件下，向烧杯中缓慢滴加0.10mol/L的HCl或NaOH溶液来调节样品的pH值。

2.2.2 化学需氧量（COD）的测定

首先向已调节好pH值的废水样品中缓慢滴加计量的絮凝剂水溶液，然后放入搅拌器中，先快速（200r/min）搅拌5min，再慢速（60r/min）搅拌20min，再静置20min吸上清液。分别取印染废水原液、蒸馏水及已静置好样品的上清液各10mL置入锥形瓶中，然后用10mL蒸馏水进行稀释，参照《水质化学需氧量的测定》（GB1/T1914-1989）方法测定COD的值，并按照下式计算其COD去除率。

COD去除率=（CO-CT）/CO×100%

式中：CO为处理前废水的COD值（mg/L）；CT为处理后废水的COD值（mg/L）。

3 结果与讨论

3.1 不同絮凝剂对印染废水COD去除率的影响

在用量相同的条件下，分别选取目前市售不同种类的絮凝剂：复配聚合氯化铝絮凝剂、聚丙烯酰胺絮凝剂、木质素改性絮凝剂、BWD-01型季铵盐絮凝剂与自制QAS-PET的絮凝效果进行对比，结果见表1。

表1 不同絮凝剂的废水COD去除率

由表1可知，传统的BWD-01型季铵盐絮凝剂和自制的QAS-PET型表面活性剂对该类印染废水的絮凝效果均明显优于复配聚合氯化铝类、木质素类和聚丙烯酰胺类絮凝剂，这主要是由于取样的印染废水中主要含有可溶性靛蓝隐色体钠盐（靛蓝）、甲基蓝、硫化黑等电负性染料，季铵盐类絮凝剂分子中的正电荷可以与印染废水中的负电荷发生强烈的电中和作用，且由于季铵盐类絮凝剂自身的吸附架桥作用[7]，使其对该类废水的絮凝效果明显好于其他类絮凝剂。此外，由于废弃聚酯制季铵盐絮凝剂的分子结构（见图1）与传统季铵盐表面活性剂不同，在其分子结构中两个季铵盐基团被中间的联接链基团连接在一起，而使两季铵盐之间连接得更加紧密，更易形成胶束，在与印染废水作用时更有利于形成絮凝体沉降下来，所以废弃聚酯制季铵盐的絮凝效果要好于传统季铵盐絮凝剂。

图1 废弃聚酯制季铵盐的分子结构式

3.2 废弃聚酯制季铵盐投放量对印染废水COD去除率的影响

在其他条件不变的条件下，改变QAS-PET的投放量测试印染废水的COD去除率，结果见表2。

表2 季铵盐絮凝剂投放量对印染废水COD的影响

由表2可看出，起初随着QAS-PET的加入量增加，废水样品COD去除率也随之迅速增加，当投放量达到20mg/L时，COD去除率达到了81.9%，但当投放量超过该值后，随着QAS-PET投放量的增加，反而会使COD去除率下降，当投放量达到45mg/L时，COD去除率基本稳定在49.3%。这主要因为在低浓度时QAS-PET与染料废水中的有机物在分子力的相互作用下形成絮状体，在静置过程中，絮状体相互碰撞，尺寸和质量不断变大，形成絮凝体，大幅降低了废水上清液中有机物的含量，从而使有机耗氧量迅速下降。当QAS-PET的投放量增大到一定程度，QAS-PET除了与染料中的有机物形成絮凝体外，多余的QAS-PET分散于被处理的水体中，导致COD再次增加，而COD除去率下降。

3.3 pH对废弃聚酯制季铵盐印染废水COD去除率的影响

印染废水pH对QAS-PET 的COD去除率的影响见图2。

图2 pH值对COD去除率的影响

如图2所示，在酸性条件下，COD去除率略低，而随着pH值的逐渐升高COD去除率也随之升高，由图2还可看出，在pH值为7时，COD去除率达到最高，且在pH值7～11之间去除率均较高。这主要是由于在不同pH条件下季铵盐与印染废水中的有机物表现出不同的结合能力，对于季铵盐表面活性剂本身带有正电荷，在pH值较低的条件下水中存在大量H+离子，使其与有机物的结合能力下降，而随着pH的升高，H+离子逐渐减少，当pH值大于或等于7时，溶液呈电中性或碱性，更有利于季铵盐粒子与印染废水中具有电负性的有机物结合，因此COD去除率较高，这也说明此种季铵盐絮凝剂对中性及碱性印染废水具有较好的普适性。

4 结论

与传统聚合氯化铝及聚丙烯酰胺类等絮凝剂相比，由废弃聚酯所制备的季铵盐絮凝剂对印染废水COD的去除具有更好的效果。而此种絮凝剂的使用效果受废水pH值和投放量的影响较大，对本研究所提取的废水染料而言，此种新型季铵盐絮凝剂在pH值为7，投放量为20mg/L的条件下，其对印染废水的COD去除率可达81.9%，具有良好的絮凝效果，且对中性及碱性印染废水具有较好的普适性。