硼泥 改性淀粉絮凝剂处理印染废水的实验研究

大连金舟纺织集团主要从事纯棉、涤棉、涤纶长丝纺织物的染色、印花生产，厂内污水主要来自于生产过程中的退浆、煮炼、漂白、上光、染色、印花等过程，它的显著特点是有色、组成多变、COD值高、含碱量大，而且其水量和水质经常因加工品种、加工内容、加工工艺的不同而有差异，并随时间和季节的变化而变化，极难处理。硼泥是工业上利用硼镁(铁)矿生产硼砂后排出的废渣，每生产1吨硼砂约排出4～5吨硼泥[1，2]。目前我国硼砂生产厂较多，辽宁省更有“硼省"之称，每年有大量硼泥排出并堆积野外，侵占土地，污染环境[3～5]。因此，分析研究硼泥的性质，开发应用这种二次资源，对提高经济效益，减少环境污染，促进废弃资源的再利用都有重要意义。改性淀粉絮凝剂以可再生资源淀粉为原料，通过化学修饰而制备，可生物降解，对环境无污染，是新型环保型絮凝剂。本研究以硼泥为基本原料，添加聚合氯化铝，经高温酸化，制备了新型水处理剂，与自制的改性淀粉絮凝剂一起复合使用，处理金舟印染集团废水，效果较理想。初步做到了将硼泥变废为宝、二次利用，同时增加了淀粉的附加值，为东北地区广大农民的增收开辟了一条新的途径。
1 实验部分
1.1 废水水质印染废水由大连金舟纺织集团提供，其水质指标为：pH11.7，223nm处的吸光度为12.8，COD910mg/L，浊度59NTU。
1.2 原料和试剂硼泥(自制)；淀粉改性絮凝剂(自制)；淀粉，聚合氯化铝，工业级；硝酸铈铵、丙烯酰胺、重铬酸钾、硫酸银、硫酸亚铁铵、邻菲罗啉、盐酸、硫酸、氢氧化钠等化学试剂，均为分析纯。
1.3 仪　器UV 2201型紫外可见分光光度计(日本岛津)，WMX型微波密封消解CODcr速测仪(汕头市环海工程总公司)，SGZ 1A数显浊度仪(上海悦丰仪器仪表有限公司)，ZD 2型自动电位滴定计(上海雷磁仪器厂)。取定量的硼泥废渣、聚合氯化铝和去离子水加入到250mL烧瓶中，剧烈搅拌，加入硫酸，升温至90℃，反应3h后过滤，滤去不溶物，得到质量浓度为5%的硼泥溶液，经检测B2O30.7%，SiO20.57%，Fe2O30.38%，Al2O30.15%，MgO1.1%(均为质量比)。
1.4 淀粉改性絮凝剂的制备取定量的淀粉、丙烯酰胺、去离子水于250mL三口烧瓶中，通氮搅拌30min，加入占淀粉与丙烯酰胺总质量5×10-4的硝酸铈铵，40℃下反应4h后出料，制得淀粉改性絮凝剂。
1.5 絮凝实验取100mL印染废水加入到250mL的烧杯中，加入10%(质量分数，下同)的盐酸或10%(质量分数，下同)氢氧化钠溶液，调整废水的pH，加入50～500mg/L的硼泥，固定搅拌速度，搅拌60～120s后，加入2～4mg/L的改性淀粉絮凝剂，搅拌60s，静置3min取上清液进行检测。实验中考察了不同硼泥用量、不同改性淀粉絮凝剂用量、不同废水pH值，加入硼泥后的不同搅拌时间对印染废水223nm处吸光度的影响，用L9(34)正交实验并做了极差分析。影响因素水平表见表1。

1.6 分析方法pH的测定采用ZD 2型自动电位滴定计；浊度的测定采用SGZ 1A数显浊度仪；COD的测定采用WMX型微波密封消解CODcr速测仪；吸光度的测定采用UV 2201型紫外可见分光光度计，色度去除率用废水223nm处吸光度的变化率来表示，即：色度去除率=(A-B)/A×100%，其中A：原水的吸光度，B：处理后水的吸光度。
2 结果与讨论
2.1 正交实验结果处理
处理后水的吸光度值越小，即K值越小，说明处理效果越理想，由表2可知，处理金舟集团印染废水的最佳工艺条件为：硼泥用量200mg/L，改性淀粉絮凝剂用量3mg/L，pH12，加完硼泥后的搅拌时间为120s。根据正交实验原理，极差数值越大，对实验结果的影响越显著；极差数值越小，对实验结果的影响越不明显。由表2可知，本实验的影响因素排序为：硼泥用量>pH>改性淀粉絮凝剂用量>搅拌时间。由于本实验所用废水自身的pH为11.7，接近12，因此不必对原水pH进行调整；改性淀粉絮凝剂在絮凝过程中主要起助凝作用，3mg/L的用药量已经满足加速絮凝的作用，故选择3mg/L；搅拌时间是最次要因素，选择120s即可；本实验中硼泥用量是影响印染废水处理的最主要因素，因此需对其做专门讨论。
2.2 硼泥用量对印染废水处理效果的影响保持其他工艺条件不变，改变硼泥用量，讨论硼泥用量与COD、吸光度的关系，见图1。硼泥用量与浊度、pH的关系见图2。

从图1可以看出，硼泥加药量在100～450mg/L的范围内，随硼泥用量的增加，吸光度基本成下降趋势，当硼泥加药量为450mg/L时，吸光度达到最小；而在100～500mg/L的加药范围内，COD几乎随硼泥用量的增加而增大，硼泥用量≤250mg/L时，COD≤121mg/L。由图2可知pH随硼泥用量的增大而减小；当硼泥用量<250mg/L时，浊度随硼泥用量的增加而下降，当硼泥用量>250mg/L时，浊度随硼泥用量的增加而略有增大。综合考虑，选择硼泥用量为250mg/L。本实验所使用的预处理的硼泥中含有多种有效成分，包括B2O3、SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO以及聚合氯化铝等，是一种强电解质的絮凝剂，能够有效的进行电中和及压缩双电层。各种金属氧化物可与B2O3、SiO2之间形成大的多核络合物，在碱性(本实验pH=11.7)废水体系中，络合态的Al、Fe等更可以强制水解成聚合羟络离子，增大了吸附和网捕功能，可与染料分子中的SO3H、OH、NH2形成氢键，增强了对染料分子的破坏和吸附作用，能够有效的处理印染废水，印染废水的吸光度随硼泥用量的增加而降低也证明了这点；化学耗氧量随硼泥用量增加而增大，可能是由于硼泥中成分复杂，含有还原物质；硼泥呈酸性，故随硼泥用量的增加，废水pH下降；浊度随硼泥用量的增加先急剧下降，而后又略有上升，这是因为开始加入的硼泥破坏了染料的稳定性，将其沉淀出来，使得废水体系的浊度急剧下降，但硼泥本身并不透明，当其用量过大反而影响体系的浊度。
3 结　论在硼泥用量为250mg/L、改性淀粉絮凝剂用量为3mg/L、废水pH为11.7、搅拌时间为120s的工艺条件下，金舟印染废水处理后的COD为160mg/L，COD去除率为82.4%；223nm处的吸光度为2.9768，色度去除率为76.7%；浊度为1.1NTU，浊度去除率为98.1%；pH为9.5。