經濟快速發展促進了人們對棉、麻、人造纖維等產品的需求，而印染廢水的排放主要來自于生產上述產品的印染工業。印染廢水成分復雜、色度高、毒性大，對人類賴以生存的環境構成了極大的危害，如何控制及治理印染廢水成為全球共同的課題。混凝法是廢水處理中常用的一種高效、價格低廉的處理方法。混凝法對廢水的處理效果主要依賴于絮凝劑的性能。因此，開發新型優質高效的絮凝劑是水處理領域的熱點研究內容。
殼聚糖為甲殼素經脫乙酰基而得到的一種天然多糖，具有天然、無毒、易降解、生物相容性高等特點，廣泛應用于醫藥、水處理等方面。殼聚糖表面有豐富的氨基、羥基等活性位點，對污染物具備較強的電中和、吸附架橋等作用，是理想的污水處理材料，大量應用于吸附、絮凝等水處理技術中。研究表明，對殼聚糖進行羧基化改性后能顯著增強殼聚糖在水處理方面的效能。聚硅酸鋁鐵(PSAF)是一種典型的無機高分子絮凝劑，同時含有鋁、鐵兩種金屬離子，相比其他無機絮凝劑，用于污水處理時能發揮兩種金屬離子的協同作用，顯著提升絮凝效果。考慮到印染廢水的成分復雜，兼具無機絮凝劑高電荷密度特性及有機高分子絮凝劑高效吸附橋架效能的復合絮凝劑展現出獨特優勢：一方面，復合絮凝劑能發揮無機及有機絮凝劑的協同處理效應，克服單一絮凝劑使用的諸多不足，增強污水處理效果；另一方面，應用于污水處理時復合絮凝劑只需投加一次即可達到無機及有機絮凝劑分批次投放處理的效果，可節省時間和物力投入。
本研究將聚硅酸鋁鐵和羧基化殼聚糖(CKCTS)進行復合處理，制備了聚硅酸鋁鐵/羧基化殼聚糖復合絮凝劑，以印染行業大量使用的染料硫化黑為模擬染料廢水為處理對象，從組分配比、絮凝劑投加量、溶液pH值、實驗轉速等條件考察了該復合絮凝劑處理染料廢水的效果，探討較優的絮凝條件。
1、材料和方法
1.1 儀器和試劑
儀器有PHS-3C型pH計(上海精研電子科技有限公司)、BSD-500型色度儀(杭州陸恒生物科技有限公司)、WGZ-1型濁度儀(上海昕瑞儀器儀表有限公司)、HJ-4型多頭磁力加熱攪拌器(金壇市醫療儀器廠)、紫外可見分光光度計(UV-1800，上海美普達儀器有限公司)。
硫化黑、殼聚糖、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硅酸鈉、氫氧化鈉、濃硫酸、鄰苯二甲酸氫鉀、鹽酸等試劑均為分析純，購于南寧精密儀器公司。
1.2 實驗方法
1.2.1 絮凝劑的制備
羧基化殼聚糖(CKCTS)的制備：取5.0g殼聚糖加入到100mL質量分數為2%的醋酸溶液，磁力攪拌溶解后，加入6.0gα-酮戊二酸，繼續磁力攪拌，37℃下反應24h后，加入2.0g硼氫化鈉，反應10h后，體系中加入大量無水乙醇，過濾并真空干燥后的產品密封備用。取上述制得的產品1.0g和1.36g氫氧化鈉加入適量蒸餾水，60℃下磁力攪拌反應1h，加入0.10g氯乙酸，保持反應10h后，加入大量丙酮，收集沉淀物，以無水乙醇清洗數次，真空干燥后所得產物即為羧基殼聚糖。
聚硅酸鋁鐵(PSAF)的制備：稱取9.47gNa2SiO3•9H2O于燒杯中，加入100mL蒸餾水，磁力攪拌下使之完全溶解。加入質量分數20%的硫酸進行酸化(調節溶液pH值為7.0)，溶液呈現淡藍色時加入5.56gFeSO4•7H2O和13.32gAl2(SO4)3•18H2O，60℃下磁力攪拌60min后取出，室溫下熟化24h，所得產物即為聚硅酸鋁鐵。
PSAF-CKCTS的制備：35℃下，將上述制得的PSAF按一定的質量配比加入到CKCTS溶液中，50r/min慢速下磁力攪拌30min后，熟化24h，得到一定配比的PSAF-CKCTS復合絮凝劑。
1.2.2 絮凝實驗
將一定質量的復合絮凝劑加入到含有質量濃度100mg/L的200mL硫化黑模擬廢水中，以1mol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液調節廢水的pH值，在50r/min的速率下攪拌10min后，靜置沉降10min。取樣測定廢水的COD、濁度以及色度。考察了絮凝劑用量、組分配比、廢水pH值等因素對硫化黑染料廢水的COD、色度和濁度去除效果的影響。
2、結果與討論
2.1 不同絮凝劑的影響
各組絮凝劑投加量為60mg/L，將硫化黑染料模擬廢水的初始pH值調節至9.0，考察單一使用聚硅酸鋁鐵、羧基殼聚糖以及使用聚硅酸鋁鐵-羧基殼聚糖復合絮凝劑對硫化黑染料廢水的處理效果，結果見圖1。
由圖1可知，不同絮凝劑對硫化黑染料廢水的處理效果存在差異。復合絮凝劑的處理效果相比單一使用的聚硅酸鋁鐵或羧基化殼聚糖要好。復合絮凝劑中的金屬鋁、鐵陽離子能起到電中和和電卷掃作用，促成絮體膠體出現團聚;同時，加入的有機羧基殼聚糖，能引起吸附架橋效應，進一步促進絮體的卷掃效果，使得絮體快速擴張變大，有力地提高絮凝效果。而單一的絮凝劑只能起到其中之一的效果，絮凝效果有所減弱。
2.2 質量配比對硫化黑廢水絮凝效果的影響
使絮凝劑投加量為60mg/L，將硫化黑染料模擬廢水的初始pH值調節至9.0，考察組分配比對硫化黑廢水的去除效能，結果如圖2。
由圖2可知，組分中聚硅酸鋁鐵比例逐漸增大時，復合絮凝劑對廢水的COD、色度、濁度處理效果均不同程度增大，當質量比超過3時，處理效果出現微弱的下降。硫化黑為陰離子染料，增大復合絮凝劑中聚硅酸鋁鐵的比值其實就是增加絮凝劑中鐵、鋁陽離子的含量，這會進一步增強絮凝劑的電中和和電卷掃作用，提升絮凝效果。繼續增大比值到一定程度，絮凝效果卻出現了下降，這可能是由于絮凝劑中羧基殼聚糖占比下降，減弱了絮凝劑的吸附架橋效應，造成絮體團聚較為困難的原因所致。因此，較為適宜的聚硅酸鋁鐵與羧基殼聚糖質量比為3。
2.3 絮凝劑用量的影響
將硫化黑染料廢水的初始pH值調節至9.0，改變絮凝劑的用量，考察絮凝劑用量對硫化黑廢水的去除效能，結果如圖3。由圖3可知，隨著絮凝劑投加量的增加，廢水的處理效果呈現先變好后變差的趨勢，到60mg/L時，廢水的COD、色度、濁度均達到最高值。絮凝劑投加量的增加，能增加體系中陽離子的量和離子密度，增強絮凝劑的電中和、吸附架橋效應和電卷掃效果，促使絮體快速增大和沉降；然而，絮凝劑投入量過多，廢水中多余的游離陽離子會被已經形成的絮體吸附，造成絮體帶反電荷而引起失穩，使得絮體剝離、解體，造成絮凝效果下降。因此較為合適的絮凝劑投加量為60mg/L。
2.4 pH值的影響
使絮凝劑用量為60mg/L，改變廢水初始pH值，考察廢水pH值對硫化黑廢水的去除效能，結果如圖4。由圖4可知，隨著溶液pH值的增加，復合絮凝劑對廢水的去除率先增大后減小，在pH值為9.0時最佳。在較低的pH值條件下，絮凝劑中的鋁、鐵主要以各自離子的形式存在，尚未或很少一部分形成對染料具備較強卷掃作用的羥基離子絡合物結構，處理能力較弱;隨著pH值的增大，溶液中OH-離子增多，有利于羥基鋁、羥基鐵絡合物的生成，對增強絮凝劑的絮凝效果有利;然而，pH值過大也會造成不利影響，是由于溶液中過多的OH-離子促使羧基殼聚糖中的羧基轉換成羧酸根陰離子，在靜電斥力的作用下與帶負電的染料產生排斥力，造成絮凝劑效能的下降。
2.5 轉速的影響
保持絮凝劑的投加量為60mg/L，硫化黑染料模擬廢水的初始pH值為9.0，通過調節不同的轉速，考察轉速對硫化黑染料廢水的去除效能，結果見圖5。由圖5可知，隨著轉速的逐漸增加，促使復合絮凝劑對廢水的去除率先增大后減小，在50r/min時效果為最佳。通過增加轉速，增加了絮凝劑與染料分子的接觸，促進絮凝劑的快速卷掃和電中和，提升了絮凝效率;如進一步加大轉速，有可能破壞已經形成的絮體，使得絮體變成小碎塊，不利于絮凝效果的提升。因此，選擇轉速為50r/min。
3、結論
聚硅酸鋁鐵/羧基殼聚糖復合絮凝劑對硫化黑染料廢水具備較好的處理效果，該絮凝劑處理硫化黑染料廢水較佳的工藝條件為：轉速為50r/min，絮凝劑的聚硅酸鋁鐵和羧基殼聚糖的質量配比為3，廢水pH值為9.0，絮凝劑用量為60mg/L。在該條件下，復合絮凝劑對硫化黑染料廢水的COD、色度、濁度去除率分別為92.1%，88.6%，96.3%。( >
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