[摘 要] 本文在前人探索的基礎(chǔ)上用銅鹽改性鋅粉對(duì)印染廢水進(jìn)行脫色處理，試驗(yàn)用水用酸性黑進(jìn)行配制，初始色度為2500倍。制備銅鹽改性鋅粉材料的條件為，鋅粉與銅鹽按1g：25mL的比例反應(yīng)30min，其中氯化銅濃度為0.01mol/L。通過對(duì)浸泡時(shí)間、處理時(shí)間、氯化銅溶液浸泡濃度、pH及共存離子（Cl-和SO42+）等影響脫色效果的因素進(jìn)行試驗(yàn)可知，經(jīng)銅鹽改性后的鋅粉對(duì)印染廢水的去除率明顯高于純鋅粉，印染廢水色度去除率可由62.8%增至88.3%；最佳反應(yīng)條件為：在pH=4的酸性條件下反應(yīng)，HRT=2h時(shí)，印染廢水脫色率可達(dá)到96.9%；氯離子的存在對(duì)廢水脫色并無明顯影響；低濃度硫酸根離子的存在對(duì)廢水脫色率也無影響；但當(dāng)硫酸根離子濃度高于0.75g/L時(shí)，對(duì)脫色率影響較大。

[關(guān)鍵詞] 色度 鋅粉 銅鹽改性 印染廢水

中圖分類號(hào)：X730.3

印染廢水具有水量大、有機(jī)污染物含量高、堿性大、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，屬難處理的工業(yè)廢水之一，廢水中含有染料、漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質(zhì)、砂類物質(zhì)、無機(jī)鹽等[1]。目前用于印染廢水處理的主要方法有物化法、生化法、化學(xué)法以及幾種工藝結(jié)合的處理方法，而廢水處理中的預(yù)處理主要是為了改善廢水水質(zhì)，去除懸浮物及可直接沉降的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)廢水水質(zhì)及水量、降低廢水溫度等，提高廢水處理的整體效果，確保整個(gè)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此預(yù)處理在印染廢水處理中具有極其重要的地位[2]。印染廢水的最重要特點(diǎn)之一是色度高，有的可高達(dá)4000倍以上[3]。所以印染廢水處理的重要任務(wù)之一就是進(jìn)行脫色處理，為此研究相關(guān)的高效脫色工藝，對(duì)于印染廢水的處理時(shí)十分重要。

本次研究擬選取改性材料這一思路，使得在鋅粉表面形成微電池的可操作性增強(qiáng)。另外，由于鋅-銅原電池的電勢(shì)要大于鋅-碳原電池，理論上這也使得印染廢水色度的去除效果也應(yīng)有所提高[4]。

3．試驗(yàn)用水及鋅粉改性條件

實(shí)驗(yàn)用的印染廢水是用酸性黑配的，不是真正的印染廢水，初始色度為2500倍。制備銅鹽改性鋅粉材料的條件為：鋅粉與銅鹽按1g:25mL的比例反應(yīng)30min，其中氯化銅濃度為0.01mol/L。

4．?dāng)?shù)據(jù)處理

在試驗(yàn)中，對(duì)于印染廢水的色度去除率的計(jì)算，可通過廢水吸光度在反應(yīng)前后的變化與去除率之間的關(guān)系算出[6]。公式如下：

Q=1-A/A0

式中：Q—脫色率(去除率)；

A—處理后的吸光度；

A0—原廢水吸光度。

1．最佳氯化銅溶液浸泡濃度

由下圖可知，隨著氯化銅溶液濃度的增大，印染廢水中的色度去除率變化趨勢(shì)為，剛開始迅速增大，到達(dá)一個(gè)峰值后平緩下降，最終趨于平穩(wěn)。這是因?yàn)殇\粉在氯化銅溶液中不斷置換吸附溶液中的銅離子，在某一時(shí)刻達(dá)到最佳濃度配比，原電池效果最好，因此會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值，其去除率可達(dá)到88.3%。隨后，銅繼續(xù)增加，覆蓋了鋅，使得處理能力下降，最終趨于平穩(wěn)。這個(gè)峰值所對(duì)應(yīng)的氯化銅濃度是0.01 mol/L。因此，我們選取氯化銅最佳浸泡濃度為0.01 mol/L。

Fig.1 The influence of concentration of CuCl2

2．最佳浸泡時(shí)間

從下圖可以看出，隨著浸泡時(shí)間的延長，廢水色度去除率逐漸上升，到達(dá)一個(gè)峰值后逐漸下降。這是因?yàn)殡S著接觸時(shí)間的延長，鋅粉表面吸附的銅的量逐漸增加，在某一時(shí)刻鋅銅含量達(dá)到最佳配比，處理效果最好，出現(xiàn)峰值，其色度去除率可達(dá)到93.4%。隨后，銅繼續(xù)增加覆蓋了鋅，使得處理能力下降。峰值所對(duì)應(yīng)的浸泡時(shí)間為30min，所以，取最佳浸泡時(shí)間為30min。

Fig.2 The influence of soaking time

3.處理時(shí)間的影響

從圖3可以看出，隨著處理時(shí)間的延長，廢水色度去除率先是迅速增大，而后趨于平穩(wěn)。這是因?yàn)殡S著處理時(shí)間的增加，酸性黑10B的去除率不斷升高，但是反應(yīng)速率不斷下降，這是因?yàn)槿芤褐兴嵝院?0B的濃度不斷下降，使得反應(yīng)速率減小，從而使去除率增長緩慢，趨于平穩(wěn)。

4．pH的影響

從圖4可以看出，隨著廢水pH的不斷增加，即反應(yīng)條件從強(qiáng)酸性條件向強(qiáng)堿性過渡的過程中有色物質(zhì)的去除率在pH=4時(shí)出現(xiàn)一個(gè)峰值，隨后逐漸下降；當(dāng)廢水溶液達(dá)到強(qiáng)堿性時(shí)(pH=13)又出現(xiàn)一個(gè)峰值。之所以出現(xiàn)這種情況是因?yàn)?，酸性條件下電極反應(yīng)為主導(dǎo)，在pH=4時(shí)達(dá)到電極反應(yīng)的最佳條件，出現(xiàn)峰值。

強(qiáng)堿性條件下，主導(dǎo)反應(yīng)為絮凝吸附反應(yīng)，同樣可以達(dá)到脫色的效果，但反應(yīng)機(jī)理發(fā)生了本質(zhì)的變化。反應(yīng)后廢水的顏色可以很直觀的反應(yīng)這一現(xiàn)象。pH=4時(shí)，反應(yīng)過后廢水呈現(xiàn)澄清的淡藍(lán)色，屬原廢水有色物質(zhì)被大量分解后呈現(xiàn)的顏色；pH=13時(shí)，反應(yīng)后廢水呈現(xiàn)較澄清的淡紅色，這是由于材料在強(qiáng)堿性條件下生成了紅色的氫氧化鋅，從而對(duì)溶液顏色產(chǎn)生了影響。

5．共存離子的影響討論

實(shí)際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的印染廢水常常含有一些其他離子，這些共存離子可能或多或少會(huì)對(duì)脫色效果產(chǎn)生一些影響[7]。試驗(yàn)中我們選取氯離子和硫酸根離子為研究對(duì)象，分別探討它們對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

（1） 氯離子的影響

從圖5-1 可以看出：當(dāng)廢水中加入不同濃度的氯離子時(shí)，廢水色度去除率基本都在97%左右，波動(dòng)幅度甚微。所以從試驗(yàn)中我們可以得出結(jié)論，廢水中氯離子的存在對(duì)廢水脫色并無明顯影響。

（2） 硫酸根離子的影響

從圖5-2可以看出：當(dāng)廢水中加入低濃度硫酸根離子時(shí)，廢水的脫色率與空白樣差不多都保持在97%左右，基本沒變化，但當(dāng)硫酸根離子濃度大于0.75g/L時(shí)，脫色率迅速降低至60%。之后，隨著硫酸根離子濃度繼續(xù)增大，脫色率并無明顯變化。由此可見，低濃度硫酸根離子的存在對(duì)廢水脫色率并無影響；但當(dāng)硫酸根離子濃度高于0.75 g/L時(shí)，對(duì)脫色率影響較大。

6．鋅粉改性前后比表面積狀況對(duì)比

鋅粉經(jīng)銅鹽改性后比表面積增大，吸附點(diǎn)位增加，解離程度增強(qiáng)。顏色偏深褐色，表面凹凸結(jié)構(gòu)較明顯，成數(shù)個(gè)小團(tuán)塊狀分布。吸附飽和后的鋅粉已充分解離，比表面積進(jìn)一步增大，表面凹凸結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是很明顯，成分散狀態(tài)存在。

1.經(jīng)銅鹽改性后的鋅粉對(duì)印染廢水的去除率明顯高于純鋅粉，印染廢水色度去除率可由62.8%增至88.3%。

2.最佳反應(yīng)條件為：在pH=4的酸性條件下反應(yīng)，HRT=2h時(shí)，印染廢水脫色率可達(dá)到96.9%。

3.氯離子的存在對(duì)廢水脫色并無明顯影響；低濃度硫酸根離子的存在對(duì)廢水脫色率也無影響；但當(dāng)硫酸根離子濃度高于0.75g/L時(shí)，對(duì)脫色率影響較大。

參考文獻(xiàn):

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[3]黃國華.鋅屑法對(duì)染料配制廢水除色試驗(yàn)研究[D].西安建筑科技大學(xué)碩士論文，2004.

[4]張顯輝，鄒本慧.鋅屑在印染廢水處理中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33(8)：2-3.

[5]光建新.微電解處理高濃度印染廢水的試驗(yàn)研究[D].江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

[6]P.Aragonés-Beltrán, J. A. Mendoza-Roca, A. Bes-Piá, M. García-Melón, E. Parra-Ruiz. Application of multicriteria decision analysis to jar-test results for chemicals selection in the physical–chemical treatment of textile wastewater [J]. Journal of Hazardous Materials, 164 (2009), 288–295.

[7] I. Ayhan Sengil，Mahmut ¨ Ozacar.The decolorization of C.I. Reactive Black 5 in aqueous solution by electro-coagulation using sacri?cial zinc electrodes[J].Journal of Hazardous Materials, 161 (2009) , 1369–1376.