不同混凝剂对纺织废水混凝/絮凝过程的影响外文翻译资料

 2022-02-27 21:30:50

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不同混凝剂对纺织废水混凝/絮凝过程的影响

Juliana Dotto , Maacute;rcia Regina Fagundes-Klen , Maacute;rcia Teresinha Veit , Soraya Moreno Palaacute;cio , Rosangela Bergamasco

摘 要：对不同混凝剂处理纺织废水的效果进行了比较研究，利用天然混凝剂代替合成混凝剂具有成本低、环境友好等优点。本研究旨在评估不同混凝剂对工业洗衣厂纺织废水样品的表观颜色、浑浊度、吸光度和COD的去除效果。使用两种有机混凝剂（在氯化钠和氯化钾1摩尔/升的盐水溶液中提取的辣木种子）和一种无机混凝剂（硫酸铝）。最初，对每种混凝剂的PH值影响进行评估。然后，采用因式设计确定了处理纺织废水所需的混凝剂浓度和沉淀时间。所有参数对所研究的混凝剂的酸性pH值均达到最佳效果。有机混凝剂的去除效果最好，一般情况下，表观颜色去除率82.2%，COD去除率83.05%，RP-HE7B去除率78.4%，KCl萃取的辣木属混凝剂去除OP-HER去除率89.7%。本研究证实了辣木种子在纺织废水处理中的应用。

关键词：有机混凝剂、颜色去除、辣木、实验计划、COD去除

  1. 引言

在纺织工业中，不同行业的耗水量差异很大，例如染色工艺，可能需要100升/千克以上的加工织物。除消耗量外，另一个决定因素是与季节性相关的废水成分，这在不同行业中有很大差异（Vajnhandl和Valh，2014年）。

纺织生产需要高浓度的不同类型的有机染料、添加剂和盐，产生高浊度、化学需氧量、悬浮固体、pH值从2到12不等的废水，通常是高温废水((Merzouk et al., 2011; Yeap et al., 2014)。纺织品废水的排放对水资源供应具有负面的审美影响，降低了透光率，从而改变了水生生态系统的动态（Pathania等人，2016；Kakoi等人，2017）。

染料及其降解产生的一些中间产物可能具有诱变性和致癌性（Levin等人，2012年；Prola等人，2013年；Katheresan等人，2018年）。即使在低浓度下，也不希望废水中存在染料，因为当染料排入水生生态系统时，它们会对生物造成美学和危险影响（Moghadam等人，2010年；Florenza等人，2014年）。文献中描述了大量纺织废水处理工艺，如电化学（Palacio等人，2009年；Aquino等人，2013年）、生物（T_rgay等人，2011年）、吸附（Fagundes Klen等人，2012年；Sathishkumar等人，2012年；Cao等人，2014年）、混凝（Beltran-Heredia等人，2009a；Zhao等人al.，2014）和高级氧化过程（Modenes等人，2012；Palacio等人，2012）。混凝-絮凝工艺效率高、成本低，通常用于废水处理，证明对染料的去除是有效的（Huang等人，2014）。混凝过程与向废水中添加化学产品有关，以改变溶解和悬浮固体的物理状态，并通过沉淀促进其去除（Verma等人，2012年）。

在混凝/絮凝过程中，混凝剂的选择对污染物的去除有重要作用。混凝剂的种类很多，包括无机混凝剂和有机混凝剂(Huang等人， 2014)。无机混凝剂，例如铁和铝盐，广泛用于纺织废水处理（Furlanet al.，2010；Huang et al.，2014；Liang et al.，2014）。但是，根据Vijayaraghavan等人的研究，无机混凝剂产生的污泥有毒，产生量大，严重影响处理水的pH值。（2011）。此外，铝是一种神经毒性产品，可导致阿尔茨海默病（Huang等人，2014年；Lau等人，2014年）。因此，传统混凝剂的使用是不确定的，来自植物的聚合物大分子，即有机混凝剂，由于其生物降解性、无毒性、种类繁多和可用性，在纺织废水处理中受到了特别关注（Elkady等人，2011；Huang等人，2014；Lau等人，2014）。

最近，有关处理地表水和工业水的文献中报告了植物源天然混凝剂的使用情况，重点介绍了单宁（Hameed等人，2018年）、麻风树（Abidin等人，2013年）、玉米（Patel和Vashi，2012年）和辣木（de Paula等人，2018年）。尤其是，作为桑科植物的一员，辣木油菜籽是一种作为最有希望的天然混凝剂进行了深入研究的植物（Madrona等人，2010年；Pritchard等人，2010年；Mangale等人，2012年）。

本研究的目的是评估从不同盐水溶液（氯化钠和氯化钾）中提取的辣木油茶天然混凝剂，以及硫酸铝无机混凝剂作为一种初级纺织废水处理的效率。本文研究了酸碱度对混凝剂除色能力、浑浊度、化学需氧量（COD）和吸光度的影响。应用响应面法（RSM）研究了混凝剂对COD去除过程中混凝剂浓度、沉淀时间及其相互作用的影响，确定了混凝/絮凝过程的最佳操作条件。

  1. 材料和方法

2.1纺织废水

纺织废水是从一个工业洗衣厂获得的，并含有活性染料RP-HE7B和OP-HER。对废水进行了表征，测定了pH（digimed dm-22）、表观颜色（hach dr 2010，mg Pt-Co L-1）和浑浊度（hach 2100 p，NTU）。化学需氧量（COD）的确定与封闭回流比色法一致，并使用750plusmn;75 mg O2 /L的储备溶液（Combicheck 20）以五倍体进行测量。获得的平均结果为710plusmn;23.7 mg O2 /L。所有分析测量均按照《水和废水检验标准方法》（APHA，2005年）进行。反应染料RP-HE7B和OP-HER的分子吸收光谱用分光光度计（Shimadzu UV 1800）获得，在300-700纳米范围内工作，以测定每种染料的最大吸收波长（lmax）。确定了Imax对纺织废水的吸光度。物理化学特性的结果如表1所示。

表1.本研究所用纺织废水的理化性质

参数

单位

初始值

pH

-

10.9

表观颜色

mg Pt-Co L-1

4500

浊度

NTU

66.8

COD

mg O2 L-1

5820

吸光度541(RP- HE7B)

-

2.267

吸光度493.5(OP-HER)

-

3.311

碱性pH值（10.9）的纺织废水呈强烈的蓝紫色，表观颜色（4500 mg Pt-Co L-1）的高值和观察到的吸光度证实了这一点。高COD值（5820 mg O2 /L）表明存在大量有机物。

工业纺织废水中染料的化学结构如图1所示。表2显示了根据文献和实验获得的这些染料的摩尔质量和lmax。分子吸收光谱如图2所示。

实验的lmax值用于研究废水在处理过程中的吸光度(A)衰减。

2.2混凝剂的制备

混凝/絮凝实验所用的混凝剂为:a)硫酸铝溶液(As)(Al2(SO4)3.18H2O)， (VETEC)，浓度为10.0 g /L，溶于蒸馏水;b)以氯化钾(MO-KCl)为原料，在100 mL的KCl 1.0 mol /L盐水中研磨5.0 g的辣木种子，制备辣木种子氯化钾提取物。该混合物在磁性搅拌下保持30分钟，在定性滤纸上进行真空过滤；c)氯化钠(MO-NaCl)中辣木籽提取物的制备工艺与MO-KCl混凝剂类似，用氯化钠1.0 mol /L代替KCl。提取物的制备遵循Beltr an-Heredia等人(2009a)所述的方法。

2.3混凝/絮凝试验

在Jar试验(Milan, JT-103)中进行混凝/絮凝试验，以评估不同混凝剂的效率，改变pH值、混凝剂浓度和沉降时间。

图1所示，活性染料的化学结构:(a) RP-HE7B (Stringhini, 2013)和(b)OP-HER (Chatterjee et al.，2008)。

表2.纺织废水中染料的物理性质

染料

摩尔质量g/mol

lmax (nm)文献

实验

RP-HE7B

1596

543.5*

541.0

OP-HER

1850

496.0**

493.5

* Garciacute;a-Montano et al., 2006 ~ and **Chatterjee et al., 2008.

图2.染料(- - -)RP-HE7B和(—)OP-HER的分子吸收光谱

2.3.1混凝/絮凝pH的测定

本实验根据所研究的每种混凝剂确定最佳混凝/絮凝pH值。一个固定数量的每个混凝剂(As=1000mg /L,MO-NaCl和MO-KCl=1600mg /L)添加到1.0 L的纺织废水,搅拌2分钟100 rpm的快速混合梯度和20分钟的缓慢混合梯度20 rpm(Golob et al .,2005)。采用HCl和NaOH 1 mol /L溶液对废水初始pH值进行调整，使其在1 - 10之间。沉淀60分钟后，取上清液50 mL，一式三份，分别测定表观颜色、COD和浊度。

2.3.2 实验因子设计:混凝剂浓度和沉降时间

为了确定每种混凝剂的理想浓度和最佳沉降时间，采用32全因子实验设计(FED)，基于响应面法(RSM) (Myers and Montgomery, 2002;Khuri和Mukhopadhyay, 2010)。以化学需氧量(COD)为响应变量。在实验设计中，用两个水平来表示前期实验中选取的变量(混凝剂浓度和沉降时间)和一个中心点(表3)。

表3.实验设计中使用的自变量的实际值和编码值

实验在每种混凝剂的最佳pH值下进行。然后将混凝剂加入1.0 L的纺织废水中，沉降时间根据实验设计而变化(表3)。取上清液50 mL测定COD。

根据表3所示的32阶乘实验设计(FED)的结果，利用RSM建立多项式回归方程，验证响应(COD)与混凝过程(POP)两个操作参数的最优值之间的关系:混凝剂浓度（q1）和沉淀时间（q2）。每种评价的混凝剂的二阶响应面模型开发如下（Myers和Montgomery，2002；Khayet al.，2011）：

(1)

其中R为模型预测的响应，qi、qj为自变量，k0、aj、bij、cij为代表POP值之间相互作用类型的回归系数，N为POP的个数。

为了评估与实验值相关的模型的误差，对出水进行了因子设计，得到了最佳的运行条件。

2.3.3沉降时间的影响

对于1.0 L废水，在前面描述的快速和缓慢混合梯度下，在最佳pH下使用每种混凝剂的最佳浓度，改变沉降时间(15、30、45和60分钟)。取上清液50ml，一式三份，测定各参数:表观色、COD、浊度、Abs 541nm、Abs 493.5 nm。

  1. 结果与分析

3.1初始pH值对混凝剂性能的影响

图3显示了废水初始pH值对AS、MO-NaCl和MO-KCl混凝剂在降低表观颜色、浊度、COD和吸光度(493.5 nm和541 nm)时性能的影响。

由图3 a-e可知，评价参数的最大沉淀发生在被研究混凝剂的酸性pH值下。硫酸铝无机混凝剂在pH值为5 ~ 6时效果最好，最大浊度去除率为87.6%(图3b)， COD去除率为73.6%(图3e)。对于As, pH为5时，RP-HE7B最大吸光度降低31.4%(图3c)， OP-HER最大吸光度降

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