第 1 章 緒論

1.1 研究背景
我國是一個(gè)氣候干旱，水資源非常短缺的國家。我國淡水資源總量比較高，在世界水資源總量排名中僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，排名第四，占全球水資源總量的 6%。但是人均淡水資源占有量僅有 2200m3，而世界人均水資源占有量為9000m3，我國是全球最為缺水的 13 個(gè)國家之一。淡水資源中有很大一部分不能被利用，如散布在偏遠(yuǎn)地區(qū)的地下水資源和洪水徑流，實(shí)際上能夠切實(shí)被利用的淡水資源更少，人均可利用水資源量僅有 900m3。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)用水量也不斷增加，產(chǎn)生大量難處理的污水，水污染問題日益嚴(yán)重[1-2]，2011年，全國廢水排放總量約為 650 億噸，其中工業(yè)廢水排放量大約 230 億噸。紡織印染行業(yè)作為我國工業(yè)廢水排放量較大的七個(gè)部門之一，年平均排放廢水量可達(dá) 9億多噸，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國印染廢水排放量約為 3×l06~4×l06m3/天，印染廠平均每加工 l 米的織物就會(huì)產(chǎn)生 30~50kg 廢水，如果沒有經(jīng)過任何處理直接排放到環(huán)境中，就會(huì)浪費(fèi)大量水資源，同時(shí)造成環(huán)境的破壞和巨大的經(jīng)濟(jì)損失[3-5]。印染廢水具有水量比較大、有機(jī)物比例比較高、色度比較大、堿性強(qiáng)、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，是工業(yè)廢水中比較難處理的類型。染料分為許多種，根據(jù)染料性質(zhì)和用途，染料可分為直接染料、陽離子染料、還原染料、活性染料、分散染料、酸性染料。陽離子染料染色過程產(chǎn)生的印染廢水在整個(gè)印染廢水排放總量中占有很大比重。
陽離子染料由有色的正離子部分與無色的負(fù)離子部分組成，因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)中有顏色的正離子部分具有堿性基團(tuán)，因而又被稱為堿性染料[6]。其色澤鮮艷，染色牢度優(yōu)良，大量用于織物和腈綸紗的染色，還推廣應(yīng)用到改性滌綸和錦綸。陽離子染料印染廢水不僅包含普通印染廢水的特點(diǎn)，其成分更加復(fù)雜、pH 值比較低、色度特別高，有時(shí)可以達(dá)到幾萬倍甚至幾十萬倍，是目前印染行業(yè)較難處理的工業(yè)廢水之一[7-9]。廢水中含有染色剩余染料、漿料、印染助劑、纖維、砂類物質(zhì)、無機(jī)鹽、油類物質(zhì)、酸類和堿類物質(zhì)等，且色度比其他類型廢水高，混合后會(huì)影響整個(gè)印染廢水的水質(zhì)，與此同時(shí)這些有色物質(zhì)具有一定的毒性[10]。
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1.2 陽離子染料印染廢水概述
1.2.1 陽離子染料的分類
根據(jù)陽離子染料的分子結(jié)構(gòu)中陽離子染色基團(tuán)在分子中所處的位置不同，可將染料分為隔離型陽離子染料與共軛型陽離子染料兩大類。
1.2.1.1 隔離型陽離子染料
染料母體與鎓基之間通過隔離基(如-CH2-、 -CH2-CH2-)相連接，所以被稱為隔離型陽離子染料。由于鎓基不與染料母體共軛，導(dǎo)致其正電荷集中，在染色過程中不易分散，所以纖維等染料結(jié)合能力強(qiáng)，上染率高，同時(shí)，其發(fā)光體系具有較強(qiáng)的光和熱的穩(wěn)定性，所以耐熱和耐曬性能優(yōu)良。但是摩爾消光系數(shù)較小，鮮艷度較差，其色調(diào)近似于分散染料，通常用于染中、淺色，即使染成淺色其牢固度也很高。但由于隔離型陽離子染料對聚丙煉腈纖維染色的上染速度比較慢，染色時(shí)要添加相對更多的緩染劑等染色助劑才能達(dá)到與共軛型陽離子染料相同或相似的效果[11]。偶氮型和蒽醌型染料都屬于此類，其結(jié)構(gòu)通式為：

偶氮型陽離子染料：此類染料含有與芳基相隔離的鎓基，鎓基可以存在于染料的偶合部分或者重氮部分。
例如：陽離子紅 M-RL：其重氮組分中有鎓基

陽離子紅 GTL：其偶合組分中有鎓基

蒽醌型陽離子染料：其常用 1，4—二氨基或 1-氨基-4-羥基蒽醌為母體，鎓基可和α位上氨基通過隔離基（如-CH2-CH2-CH2-）相連，也可和β位上羥基或氨基通過隔離基相連。蒽醌染料中的羰基與α位的氨基或羥基形成氫鍵，可獲得牢固度好且色澤濃的蒽醌型陽離子染料。并且當(dāng)鎓基的位置不影響所形成的氫鍵時(shí)，染料的耐曬度較好，該類染料在腈綸上不會(huì)出現(xiàn)煙氣褪色現(xiàn)象。
例如：陽離子藍(lán) FGL

1.2.1.2 共軛型陽離子染料
陽離子染料分子中的共軛發(fā)色體上帶有無定域正電荷，也常被稱為離域型陽離子染料。這類染料耐光和耐熱性差，色澤鮮艷，著色力能力強(qiáng)，容易勻染[12]。如三芳甲烷類、噁嗪類、多甲川類陽離子染料均屬此類。
1）三芳甲烷類陽離子染料：三芳甲烷類陽離子染料是芳香環(huán)取代了甲烷分子中的氫原子，其性質(zhì)依賴于芳環(huán)上如-OH、-NH2、-NR2等基團(tuán)的數(shù)目以及類型。其結(jié)構(gòu)通式為：

由于位阻效應(yīng)的關(guān)系，，三芳甲烷染料的中心碳原子鄰位引入取代基后整個(gè)分子不再具有同平面性，并且分子對稱性降低， 表 1.1 取代基類型耐曬牢度提高。另外，隨著取代基堿性的增強(qiáng)，染料的顏色會(huì)加深，其耐曬牢度會(huì)降低，如在氨基取代物中引入氰乙基會(huì)達(dá)到這樣的效果。
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第 2 章 研究方案與方法

2.1 試驗(yàn)材料
2.1.1 試驗(yàn)水樣
試驗(yàn)水樣取自青島膠州某印染廠，該印染廠主要對腈綸紗線進(jìn)行染色，其使用的染料主要有陽離子黃 X-GL、陽離子紅 X-GRL、陽離子藍(lán) X-GRRL、陽離子艷紅X-5NG 等，水體為紫色。主要組分見表 2-1。

其中主要陽離子染料結(jié)構(gòu)式如下：

水樣指標(biāo)見表 2-2

2.1.2 試驗(yàn)藥品與儀器

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2.2 研究方案
本試驗(yàn)以青島市某腈綸紗線印染廠排放的陽離子染料印染廢水為研究對象。采用次氯酸鈉氧化、三氯化鐵和氯化亞鐵混凝、硅藻土吸附及其復(fù)合混凝工藝對廢水進(jìn)行處理，通過測定其 CODCr、色度以及吸光度等指標(biāo)來評價(jià)各種方法對廢水處理的效果，確定最佳的實(shí)驗(yàn)條件。具體的實(shí)驗(yàn)方案如下：
（1）測定原水樣的全波長下的吸光度曲線，找出其最大吸收峰及其對應(yīng)的吸光度。
（2）研究次氯酸鈉與硅藻土投加量對印染廢水的處理效果。
（3）研究 FeCl3和 FeCl2單獨(dú)處理廢水時(shí) pH 以及混凝劑投加量對混凝效果的影響。
（4）研究次氯酸鈉氧化后加混凝法與硅藻土吸附后加混凝法兩種復(fù)合混凝工藝分別對印染廢水的處理效果。
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第 3 章 陽離子染料印染廢水處理效果影響因素的研究...........................29
3.1 原水最大吸收波長的測定 .............................29
3.2 NaClO 投加量對處理效果影響的研究.................................30
3.3 FeCl3混凝效果影響因素的研究 .............................32
3.3.1 pH 對混凝效果的影響 ................................32
3.3.2 FeCl3投加量對混凝效果的影響 ..............................33
3.4 FeCl2混凝效果影響因素的研究 ...........................35
3.4.1 pH 對混凝效果的影響 ..............................35
3.4.2 FeCl2投加量對混凝效果的影響 .................................36
3.5 硅藻土對原水處理效果影響因素的研究 .............................38
3.5 本章小結(jié) ...........................39

第 4 章 復(fù)合混凝工藝對原水處理效果的影響

4.1 研究方案
1）取 1000mL 水樣分別置于 11 個(gè)混凝試驗(yàn)攪桶中，向其中分別加入 0.0mL、0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL、1.0mL配置好的 NaClO 溶液，搖勻，靜置 30min，然后分別向其中加入 1.0mL 配置好的FeCl3溶液，調(diào)節(jié) pH 到 8，在 120r/min 的轉(zhuǎn)速下快速的攪拌 1min，再以 80r/min的轉(zhuǎn)速慢速攪拌 20min。同時(shí)觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，在混凝攪拌結(jié)束后，水樣在攪拌桶中靜置 30min，取混凝后的上清液測定其 CODCr、色度、吸光度，并且觀察水樣顏色變化。
2）取 1000mL 水樣分別置于 11 個(gè)混凝試驗(yàn)攪桶中，向其中分別加入 0.0mL、0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL、1.0mL配置好的 NaClO 溶液，搖勻，靜置 30min，然后分別向其中加入 1.0mL 配置好的FeCl2溶液，調(diào)節(jié) pH 到 8，在 120r/min 的轉(zhuǎn)速下快速的攪拌 1min，再以 80r/min的轉(zhuǎn)速慢速攪拌 20min。同時(shí)觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，在混凝攪拌結(jié)束后，水樣在攪拌桶中靜置 30min，取混凝后的上清液測定其 CODCr、色度以、吸光度，并且觀察水樣顏色變化。
3）取 1000mL 水樣分別置于 11 個(gè)混凝試驗(yàn)攪桶中，向其中分別加入 0.0mL、0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL、1.0mL配置好的 NaClO 溶液，搖勻，靜置 30min，然后分別向其中加入 2.0mL 配置好的FeCl2溶液，調(diào)節(jié) pH 到 8，在 120r/min 的轉(zhuǎn)速下快速的攪拌 1min，再以 80r/min的轉(zhuǎn)速慢速攪拌 20min。同時(shí)觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，在混凝攪拌結(jié)束后，水樣在攪拌桶中靜置 30min，取混凝后的上清液測定其 CODCr、色度以、吸光度，并且觀察水樣顏色變化。
4）取 1000mL 水樣分別置于 8 個(gè)混凝試驗(yàn)攪桶中，向其中分別加入 0.0mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL、6.0mL、7.0mL 配置好的硅藻土懸濁液，搖勻，靜置 30min，然后分別向其中加入 1.0mL 配置好的 FeCl2溶液，調(diào)節(jié) pH 到8，在 120r/min 的轉(zhuǎn)速下快速的攪拌 1min，再以 80r/min 的轉(zhuǎn)速慢速攪拌 20min。同時(shí)觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，在混凝攪拌結(jié)束后，水樣在攪拌桶中靜置 30min，取混凝后的上清液測定其 CODCr、色度以、吸光度，并且觀察水樣顏色變化。
5）取 1000mL 水樣分別置于 8 個(gè)混凝試驗(yàn)攪桶中，向其中分別加入 0.0mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL、6.0mL、7.0mL 配置好的硅藻土懸濁液，搖勻，靜置 30min，然后分別向其中加入 2.0mL 配置好的 FeCl2溶液，.調(diào)節(jié) pH 到8，在 120r/min 的轉(zhuǎn)速下快速的攪拌 1min，再以 80r/min 的轉(zhuǎn)速慢速攪拌 20min。同時(shí)觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，在混凝攪拌結(jié)束后，水樣在攪拌桶中靜置 30min，取混凝后的上清液測定其 CODCr、色度以、吸光度，并且觀察水樣顏色變化。
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第 5 章 結(jié)論和建議

5.1 研究結(jié)論
（一）通過研究原水樣的吸光度曲線，同時(shí)比較經(jīng)過各種處理方法后水樣的吸光度曲線，確定了水樣中除了存在最大吸收波長為 536nm 和 609nm 的染料外，還存在一種最大吸收波長為 435nm 的染料，其不容易被 NaClO 氧化，也難被 FeCl2混凝去除。FeCl3對最大吸收波長為 609nm 的陽離子染料有相對較好的處理效果，硅藻土對水樣中各種成分的去除效果基本相同。
（二）NaClO 能夠氧化染料分子中的部分發(fā)色基團(tuán)，而不能將所有染料分子完全無機(jī)化。單獨(dú) NaClO 氧化法的最佳試驗(yàn)條件為投加量為 0.8mL/L，此時(shí) CODCr去除率為 43%，色度去除率為 92%。
（三）FeCl3對水樣中主要陽離子染料的混凝作用是無選擇性的，pH 對 FeCl3和 FeCl3的混凝效果影響不大。單獨(dú) FeCl3混凝法的最佳試驗(yàn)條件為 pH 為 8，F(xiàn)eCl3投加量為 0.3g/L，此時(shí) CODCr去除率為 38%，色度去除率為 35%；單獨(dú) FeCl2混凝法的最佳試驗(yàn)條件為 pH 為 8，F(xiàn)eCl2投加量為 0.35g/L 時(shí)，CODCr去除率為 46%，色度去除率為 60%，F(xiàn)eCl2投加量為 0.7g/L 時(shí)，CODCr去除率為 48%，色度去除率為 62%；
（四）硅藻土對陽離子染料分子中的發(fā)色基團(tuán)部分具有非常高的選擇吸附性能，對色度去除效果好而對 CODCr去除效果差，單獨(dú)硅藻土吸附法的最佳試驗(yàn)條件為硅藻土投加量 0.45g/L，此時(shí) CODCr去除率為 26%，色度去除率為 85%。
（五）NaClO 投加量為 1.0mL/L，F(xiàn)eCl3投加量為 0.3g/L 時(shí)，CODCr及其去除率為 114mg/L 和 70%，色度的去除率達(dá)到了 98%；NaClO 投加量為 1.0mL/L，F(xiàn)eCl2投加量為 0.7g/L 時(shí)，CODCr及其去除率為 98mg/L 和 74%，色度的去除率達(dá)到了99%；硅藻土投加量為 1.05g/L，F(xiàn)eCl2投加量為 0.7g/L 時(shí)，CODCr及其去除率為102mg/L 和 73%，色度的去除率達(dá)到了 92%。
（六）NaClO 氧化加 FeCl2混凝工藝處理成本更低，同時(shí)處理效果也更好，其處理效果達(dá)到了污水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：11863