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含锑化合物作为涤纶生产过程中常用的催化剂,会残留在涤纶产品中,并通过后续的印染工艺从涤纶布料迁移至印染废水中,因而印染行业Sb(Ⅴ)污染问题受到广泛关注。但是由于印染废水成分复杂,常规处理工艺难以实现锑的有效去除,因而开发经济高效的印染废水除Sb(Ⅴ)工艺具有重要意义。混凝沉淀法是印染废水处理中常用的物化处理工艺,具有运行成本低、pH适用范围广、操作简单等优点,因而本文选用强化混凝工艺,对印染废水中Sb(Ⅴ)的去除性能及机制进行研究,探究该工艺对印染废水中Sb(Ⅴ)高效去除及稳定达标的可行性。
实验选取对Sb(Ⅴ)具有高效混凝去除效果的聚合硫酸铁(PFS)混凝剂,并与硫酸亚铁(FeSO4 )和聚合氯化铝(PAC )等其他混凝剂混合投加,形成PFS/FeSO4复合混凝、PFS/FeSO4曝气复合混凝和PFS/PAC复合混凝等强化混凝工艺,通过对强化混凝过程中絮体形态、铁氧化物形态等表征分析,探究强化混凝工艺对印染废水中Sb(Ⅴ)的去除效果并分析了强化混凝除Sb(Ⅴ)的机理。
实验结果表明,混凝剂投加量、废水pH、共存离子、腐殖酸和反应温度等因素对印染废水混凝除Sb(Ⅴ)效果的影响各不相同,且强化复合混凝的除Sb(Ⅴ)效果均优于单一混凝(PFS)。PFS/FeSO4强化混凝与PFS/PAC强化混凝的最佳使用pH区间不同,PFS/FeSO4曝气复合混凝可在pH为6.0时实现93.8%的锑去除率,PFS/PAC复合混凝的最佳锑去除率(95.0%)出现在pH值为3.0时,这种差异可以归因于各种混凝剂水解常数的不同。共存阴离子中,硝酸根和氯离子对混凝剂的除锑效率影响不大,但是磷酸盐(大于0.03mM)和腐殖酸可明显降低混凝除锑的效率。前者的影响作用是由于磷酸根可以与羟基氧化铁形成更稳定的磷酸铁络合物(Fe(H2PO4)3),而后者则是通过与Sb(Ⅴ)的结合减少了Sb(Ⅴ)表面的结合位点从而减弱了羟基氧化铁对锑的吸附去除。反应温度的升高可提高单一PFS混凝以及PFS/FeSO4强化混凝的Sb(Ⅴ)去除率,但是对PFS/PAC混凝的影响效果较小,这与混凝剂水解过程的焓变相关。
采用Zeta电位分析、XPS、SEM、粒径分析等表征手段对混凝后絮体的性质进行分析,并进一步探究强化混凝除Sb(Ⅴ)的机理。分析结果表明,FeSO4和PAC的加入均可改善单一PFS混凝过程中的絮体团聚现象,增加混凝后絮体与Sb(Ⅴ)的接触面积,进而提高锑的去除效率,但是两者的强化除Sb(Ⅴ)机理不同。FeSO4的加入使得混凝水解过程中生成了更多的羟基氧化铁,曝气加速了Fe2+向Fe3+的转化过程,促进了水解,进而提高了混凝除Sb(Ⅴ)的效率。PAC的加入阻碍了混凝絮体中的羟基氧化铁向结晶态转变,使羟基氧化铁保持对Sb(Ⅴ)高效吸附的无定型状态,并通过改善混凝过程的沉淀效果提高混凝除Sb(Ⅴ)效率。通过对混凝机理的进一步探究可以得出,强化混凝除Sb(Ⅴ)的主要机理为吸附。PFS/FeSO4曝气复合混凝和PFS/PAC复合混凝等强化混凝工艺对实际印染废水中的锑也具有较好的去除效果,可分别实现83.6%和86.2%的去除率,出水锑浓度可以达到新修订的《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)总锑的排放限值(100μgL?1),而且PFS/FeSO4的运行成本比单一混凝(PFS)低,为混凝除Sb(Ⅴ)的工业应用提供了理论依据。
实验选取对Sb(Ⅴ)具有高效混凝去除效果的聚合硫酸铁(PFS)混凝剂,并与硫酸亚铁(FeSO4 )和聚合氯化铝(PAC )等其他混凝剂混合投加,形成PFS/FeSO4复合混凝、PFS/FeSO4曝气复合混凝和PFS/PAC复合混凝等强化混凝工艺,通过对强化混凝过程中絮体形态、铁氧化物形态等表征分析,探究强化混凝工艺对印染废水中Sb(Ⅴ)的去除效果并分析了强化混凝除Sb(Ⅴ)的机理。
实验结果表明,混凝剂投加量、废水pH、共存离子、腐殖酸和反应温度等因素对印染废水混凝除Sb(Ⅴ)效果的影响各不相同,且强化复合混凝的除Sb(Ⅴ)效果均优于单一混凝(PFS)。PFS/FeSO4强化混凝与PFS/PAC强化混凝的最佳使用pH区间不同,PFS/FeSO4曝气复合混凝可在pH为6.0时实现93.8%的锑去除率,PFS/PAC复合混凝的最佳锑去除率(95.0%)出现在pH值为3.0时,这种差异可以归因于各种混凝剂水解常数的不同。共存阴离子中,硝酸根和氯离子对混凝剂的除锑效率影响不大,但是磷酸盐(大于0.03mM)和腐殖酸可明显降低混凝除锑的效率。前者的影响作用是由于磷酸根可以与羟基氧化铁形成更稳定的磷酸铁络合物(Fe(H2PO4)3),而后者则是通过与Sb(Ⅴ)的结合减少了Sb(Ⅴ)表面的结合位点从而减弱了羟基氧化铁对锑的吸附去除。反应温度的升高可提高单一PFS混凝以及PFS/FeSO4强化混凝的Sb(Ⅴ)去除率,但是对PFS/PAC混凝的影响效果较小,这与混凝剂水解过程的焓变相关。
采用Zeta电位分析、XPS、SEM、粒径分析等表征手段对混凝后絮体的性质进行分析,并进一步探究强化混凝除Sb(Ⅴ)的机理。分析结果表明,FeSO4和PAC的加入均可改善单一PFS混凝过程中的絮体团聚现象,增加混凝后絮体与Sb(Ⅴ)的接触面积,进而提高锑的去除效率,但是两者的强化除Sb(Ⅴ)机理不同。FeSO4的加入使得混凝水解过程中生成了更多的羟基氧化铁,曝气加速了Fe2+向Fe3+的转化过程,促进了水解,进而提高了混凝除Sb(Ⅴ)的效率。PAC的加入阻碍了混凝絮体中的羟基氧化铁向结晶态转变,使羟基氧化铁保持对Sb(Ⅴ)高效吸附的无定型状态,并通过改善混凝过程的沉淀效果提高混凝除Sb(Ⅴ)效率。通过对混凝机理的进一步探究可以得出,强化混凝除Sb(Ⅴ)的主要机理为吸附。PFS/FeSO4曝气复合混凝和PFS/PAC复合混凝等强化混凝工艺对实际印染废水中的锑也具有较好的去除效果,可分别实现83.6%和86.2%的去除率,出水锑浓度可以达到新修订的《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)总锑的排放限值(100μgL?1),而且PFS/FeSO4的运行成本比单一混凝(PFS)低,为混凝除Sb(Ⅴ)的工业应用提供了理论依据。