羧甲基壳聚糖对水溶性染料废水的脱色研究_杨智宽

羧甲基壳聚糖对水溶性染料废水的脱色研究杨智宽袁扬曹丽芬武汉大学环境科学系430072摘要本文应用羧甲基壳聚糖对五种水溶性染料模拟废水进行絮凝脱色处理,研究了溶液的酸度、絮凝剂的投加量等对脱色率的影响。研究表明,羧甲基壳聚糖对水溶性染料具有优良的脱色效果,在pH2.5～6.5,絮凝剂用量约为45mg/L条件下,其脱色率平均达94%以上,COD去除率平均达96%以上。关键词染色废水壳聚糖絮凝作用废水处理印染行业是工业废水的排放大户,印染废水的色度深和颜色多变是其重要特征。带有颜色的水容易使人产生厌恶感,也会妨碍水体的自行净化,对水生微生物和鱼类都有毒害作用,因此颜色成为对印染废水的主要控制指标之一。印染废水的颜色主要是由残留在水中的染料所造成的,染料大致可分为水溶性和非水溶性两大类。印染工艺中大量使用的有机染料大多是水溶性很好的,如活性、阳离子及酸性等染料。水溶性染料一般为难降解的有机化合物,其化学结构使许多氧化剂对其无效,也使常规活性污泥中的细菌无法吞噬破坏,因此水溶性染料废水的脱色成为一大难题。在印染废水脱色处理方面,既经济又具有工业化应用潜力的处理方法是化学絮凝与生化工程相结合的联合法,其中作为生化预处理的化学絮凝是十分关键的。传统的无机絮凝剂对疏水性染料、分子量较大的染料脱色效率较高,但对水溶性极好、分子量较小的染料脱色效果较差,且处理成本高〔1〕。近年来人们把研究重点放在合成新型高效的高分子絮凝剂上,特别是对无毒的天然高分子絮凝剂的开发应用越来越受到重视〔2～4〕。甲壳素是自然界中广泛存在的一种天然生物高分子,其脱乙酰产物—壳聚糖具有良好的絮凝和螯合作用,但壳聚糖只溶于酸性水溶液,且易水解。由壳聚糖经羧甲基化改性可得到水溶性极好的羧甲基壳聚糖,这是一种无毒的新型高分子絮凝剂。本文采用羧甲基壳聚糖絮凝法,对几种水溶性染料模拟废水进行了脱色试验,结果表明羧甲基壳聚糖对水溶性染料废水具有高的脱色率和COD去除率。1实验部分1.1絮凝剂的制备称取10g精制壳聚糖,加入100ml异丙醇及25ml10mol/lNaOH溶液,浸泡10h后在不断搅拌下将12g固体氯乙酸分几次加入,然后将反应物加热至60℃,恒温4h后加入40ml冷水,并用冰醋酸调pH值至7,过滤,滤饼先用150ml70%的甲醇水溶液洗涤,再用无水乙醇洗涤,干燥。产品经红外光谱分析及溶解性等测定与文献相符〔5〕。1.2试验仪器SP3-100型红外光谱仪;PHS-10B数字酸度计;722型分光光度计;六联定时搅拌器。1.3试验方法试验水样用单一染料配制成模拟废水,浓度为40～100mg/l。分别取一定浓度的模拟废水400ml,加入所需量的羧甲基壳聚糖溶液,调溶液不同pH值,置搅拌器搅拌后静8环境科学与技术1999年第2期总第85期1999年5月DOI:10.19672/j.cnki.1003-6504.1999.02.003置30min,过滤,取滤液测定光密度,求出脱色率。试验染料列于表1。表1染料的名称、类型及测定波长染料名称性质离子类型测定波长(nm)活性艳兰X-BR亲水阴离子600阳离子桃红FG亲水阳离子518直接耐晒翠兰GL亲水阴离子622碱性嫩黄O亲水非离子432酸性大红3R亲水阴离子5031.4测定方法色度测定采用光密度法;COD采用标准的K2Cr2O7法测定。3结果与讨论3.1酸度对脱色效果的影响染料废水一般为带电荷的胶体溶液,根据胶体化学原理,胶体的稳定性大小与胶体颗粒的Z电位有关,而胶体颗粒的Z电位随溶液的pH值改变而有不同值,因此,溶液的酸度会对胶体颗粒的絮凝产生直接的影响。为了探讨酸度对羧甲基壳聚糖脱色效果的影响,在固定絮凝剂的加入量为40mg/l时,通过调节不同pH值,测定经絮凝后各水相的透光率,求出脱色率,以脱色率对pH值作图(如图1a,1b)。试验结果表明,羧甲基壳聚糖对水溶性染料模拟废水的脱色率受pH值影响较大,而且不同的染料废水其脱色率的最佳pH值也不相同。比较图1a与图1b可以看出,阴离子型染料的絮凝脱色受溶液pH影响比阳离子及非离子型染料大。五种染料废水的脱色率均随溶液的pH值的升高而先增大,到某一pH值后,随pH值升高脱色率反而降低,即每种染料都有一个最佳的脱色pH范围。三种阴离子染料在最佳pH值时,活性艳兰X-BR、直接耐晒翠兰GL和酸性大红3R的脱色率分别达到95.3%、98%和96.7%。阳离桃红FG和碱性嫩黄O在最佳pH值时的脱色率分别为86.4%和82.3%。(O):活性艳兰X-BR;(△):直接耐晒翠兰GL;(●):酸性大红3R(▲):阳离子桃红FG;(□):碱性嫩黄O图1酸度对絮凝脱色率的影响上述结果可以作如下解释,由于羧甲基壳聚糖具有两性物质的性质,其溶液对酸度很敏感〔6〕,在pH值较低的溶液中,酸性基团电离受到限制,电