CN101696049B - 表面活性剂强化超滤处理含镉和亚甲基蓝复合废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面活性剂强化超滤处理含镉和亚甲基蓝废水的方法，包括以下步骤：先将十二烷基硫酸钠添加到含镉和亚甲基蓝的复合废水中，每升废水中添加6×10-3mol～8×10-3mol的十二烷基硫酸钠，搅拌均匀后静置反应半小时以上，反应完成后生成吸附有镉离子和亚甲基蓝分子的十二烷基硫酸钠胶团；再将静置反应后的废水送至超滤膜组件进行超滤处理，截留十二烷基硫酸钠胶团，完成废水中镉和亚甲基蓝的同时去除。本发明的方法具有去除率高、能耗低、无相变、无二次污染、易实现污染物回收和自动化操作等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种含重金属和有机染料的复合废水的处理方法，尤其涉及一种使用表面活性剂强化超滤处理含重金属和有机染料的复合废水的方法。
背景技术
亚甲基蓝是一种重要的有机化学合成染料，工业应用非常广泛，例如可用于麻、蚕丝织物、纸张的染色及竹、木的着色等染料行业，可用于生物、细菌组织的染色等微生物学、诊断学领域，还可用于制造墨水和色淀等。然而，工业上排放的含亚甲基蓝的废水对水生生物的毒性较大，可能造成严重的污染问题，而处理掉废水中的亚甲基蓝等有机染料也成为纺织工业、染料制造业及造纸工业所面临的严峻问题之一。目前含有机染料废水的处理方法主要有生物降解法、萃取法、氧化法和混凝法等。生物法受pH值、温度、染料种类等因素的影响，加之污泥膨胀、聚胶团易解体等原因，使得生物处理的效果不够理想。萃取法过程简单，萃取剂可重复使用，但是其操作成本高，在低浓度的废水中脱除亚甲蓝效果差。氧化法成本高，且催化剂无法回收，常用氧化剂也会表现出氧化能力不强、存在选择性氧化等缺点，而且处理过程中容易引入杂质造成二次污染。混凝法运行费用较高，泥渣量大且脱水困难，适用的pH值范围窄，对亲水性染料处理效果差。
另外，现有的重金属废水的治理方法主要有化学沉淀法、离子交换法、生物法、膜分离法等。化学沉淀法工艺简单、操作方便、经济实用，在废水处理中应用广泛，但无法实现重金属的回收利用，沉渣的堆放也可能造成二次污染。离子交换法处理重金属废水的净化程度高，可以回收，无二次污染，但实际处理成本很高。生物法因为工艺中有许多问题有待解决，其应用并不广泛，耐负荷冲击性能不高。膜分离法处理重金属废水的方式主要有电渗析法、反渗透法、纳滤法等，具有污染物去除率高，能回收废水中的重金属盐，工艺简单的突出优点，但是由于电渗析膜、反渗透膜、纳滤膜本身的成本较高，所需操作压力较大，造成膜法处理重金属废水的投资、运行成本偏高，影响了其在大规模工业废水处理中的应用。
现有的工业废水中同时含镉和亚甲基蓝的废水主要是印染纺织废水，由于重金属离子和有机物性质和结构上的差异，很难找到一种有效的方法将两种物质同时去除。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种去除率高、能耗低、无相变、无二次污染、易实现污染物回收和自动化操作的表面活性剂强化超滤处理含镉和亚甲基蓝复合废水的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种表面活性剂强化超滤处理含镉和亚甲基蓝复合废水的方法，包括以下步骤：先将阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)添加到含镉和亚甲基蓝的复合废水中，每升废水中添加6×10-3mol～8×10-3mol的SDS，搅拌均匀后静置反应半小时以上(优选为0.5h～1h)，反应完成后废水中的SDS自组装生成吸附有镉离子和亚甲基蓝分子的十二烷基硫酸钠胶团；再将静置反应后的废水送至超滤膜组件进行超滤处理，截留所述的十二烷基硫酸钠胶团，完成废水中镉和亚甲基蓝的同时去除。
在上述技术方案的胶团强化超滤过程中，重金属离子主要是通过静电作用吸附于表面活性剂胶团表面而进行去除，有机染料亚甲基蓝主要是通过增溶在胶团的内核来去除。根据相似相溶原理，亚甲基蓝的极性部分增溶于表面活性剂胶团亲水性的栅栏层，非极性部分增溶于其疏水性内核，这样镉离子和有机染料亚甲基蓝可以在无竞争的条件下同时去除，保证较高的去除率。
上述的技术方案中，所述复合废水中镉离子的浓度一般为25mmg/L～100mg/L，亚甲基蓝的浓度一般为4mg/L～6mg/L。本发明的胶团强化超滤一般用于处理低浓度重金属废水，而且一般有机染料废水的出水浓度也不高。
上述的技术方案中，所述超滤膜组件优选为中空纤维超滤膜组件，中空纤维超滤膜组件具有单位容器内充填密度高、占地面积小、性能稳定、耐强酸强碱、耐细菌腐蚀、耐温性能好、价格低廉等优点，应用广泛；所述超滤膜组件中超滤膜的材质为聚砜，超滤膜组件的截留分子量在公知的范围内优选为6000Dalton～10000Dalton，膜操作压力为0.01MPa～0.09MPa。聚砜膜分离性能好，有优良的机械性能和电性能等，如果选用截留分子量过大的聚砜膜，增溶了有机染料亚甲基蓝的表面活性剂胶团直径将小于膜孔径，从而透过膜，去除效果容易受到影响；如果截留分子量过低，膜孔孔径过小，渗透通量会受到影响，而且容易造成膜孔堵塞。
上述的技术方案中，所述超滤处理的运行方式为间歇式，超滤处理后的截留液回流并与待处理的复合废水混合。由于本发明超滤处理后的截留液中亚甲基蓝浓度较高，且截留液体积小，易于对亚甲基蓝进行回收，因此作为本发明的进一步改进，采用间歇式的超滤处理可以达到进一步回收污染物亚甲基蓝的目的。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)两种污染物的同时去除效果理想：阴离子表面活性剂SDS是阴离子硫酸酯类表面活性剂的典型代表，由于其良好的乳化性、起泡性、水溶性以及在较宽的pH值的水溶液中的稳定性和易于合成、价格低廉、低毒等特点，通过添加SDS于复合废水中后，SDS能生成带负电的胶团，并同时吸附废水中的镉离子和亚甲基蓝；当待处理废水中的镉离子浓度为100mg/L以下、亚甲基蓝浓度在6mg/L以下时，超滤处理后的出水中镉离子去除率可达到94％以上，亚甲基蓝去除率可达到97％以上；
(2)能耗低、无相变：生成的SDS胶团吸附镉离子和亚甲基蓝至超滤分离的过程中，各主要物质均未发生相变，能耗低；
(3)成本小：本发明使用与单独处理一种污染物基本相同的量，便可同时去除两种污染物，减少了表面活性剂的用量，处理过程得到简化，经济成本减少，减轻了使用表面活性剂造成的二次污染；废水处理厂可将两种不同种类的废水合并用本发明的方法去除，达到省时省力省钱的目的；
(4)超滤处理后的截留液中镉离子和亚甲基蓝浓度较高，且截留液体积小，易于实现对镉离子和亚甲基蓝的回收利用或循环处理；
(5)工艺组合方便，易实现自动化操作。
作为本发明技术方案的进一步改进，本发明可根据废水水质的特点，将本发明的方法与过滤、气浮、絮凝或者其它膜滤工艺组合，也可多级串联使用该工艺，用于处理更高浓度的含镉离子和亚甲基蓝的复合废水，回收表面活性剂SDS。
具体实施方式
实施例1：
取含镉离子浓度为25mg/L、亚甲基蓝浓度为4mg/L的待处理复合废水，每升废水中添加8×10-3mol的SDS，搅拌均匀后静置反应0.5h，反应完成后复合废水中的SDS单体分子自组装生成吸附有镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，再用泵将反应完成后的复合废水送至超滤膜组件进行超滤处理，超滤膜组件为中空纤维超滤膜组件，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为10000Dalton，膜操作压力为0.03Mpa，超滤处理的运行方式为间歇式，超滤处理后的截留液回流至复合废水的进水池，超滤膜截留吸附了镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，废水中的镉离子和亚甲基蓝得以同时去除，蓝色的复合废水经超滤处理后成为无色的渗透液。通过原子吸收法测定渗透液中的镉离子浓度，通过紫外分光光度法测定渗透液中的亚甲基蓝和SDS的浓度，测定结果见表1。
表1：实施例1中废水处理效果的参数对照表
| 进水中镉离子浓度 | 25mg/L |
| 进水中亚甲基蓝浓度 | 4mg/L |
| 渗透液中镉离子浓度 | 0.097mg/L |
| 渗透液中亚甲基蓝浓度 | 0.045mg/L |
| 镉离子的去除率 | 99.6％ |
| 亚甲基蓝的去除率 | 98.9％ |
| 渗透液中SDS浓度 | 2.77×10-3mol/L |
实施例2：
取含镉离子浓度为50mg/L、亚甲基蓝浓度为6mg/L的待处理复合废水，每升废水中添加8×10-3mol的SDS，搅拌均匀后静置反应0.5h，反应完成后复合废水中的SDS单体分子自组装生成吸附有镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，再用泵将反应完成后的复合废水送至超滤膜组件进行超滤处理，超滤膜组件为中空纤维超滤膜组件，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为10000Dalton，膜操作压力为0.03Mpa，超滤处理的运行方式为间歇式，超滤处理后的截留液回流至复合废水的进水池，超滤膜截留吸附了镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，废水中的镉离子和亚甲基蓝得以同时去除，蓝色的复合废水经超滤处理后成为无色的渗透液。通过原子吸收法测定渗透液中的镉离子浓度，通过紫外分光光度法测定渗透液中的亚甲基蓝和SDS的浓度，测定结果见表2。
表2：实施例2中废水处理效果的参数对照表
| 进水中镉离子浓度 | 50mg/L |
| 进水中亚甲基蓝浓度 | 6mg/L |
| 渗透液中镉离子浓度 | 0.296mg/L |
| 渗透液中亚甲基蓝浓度 | 0.094mg/L |
| 镉离子的去除率 | 99.4％ |
| 亚甲基蓝的去除率 | 98.4％ |
| 渗透液中SDS浓度 | 3.71×10-3mol/L |
实施例3：
取含镉离子浓度为100mg/L、亚甲基蓝浓度为6mg/L的待处理复合废水，每升废水中添加8×10-3mol的SDS，搅拌均匀后静置反应0.5h，反应完成后复合废水中的SDS单体分子自组装生成吸附有镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，再用泵将反应完成后的复合废水送至超滤膜组件进行超滤处理，超滤膜组件为中空纤维超滤膜组件，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为10000Dalton，膜操作压力为0.03Mpa，超滤处理的运行方式为间歇式，超滤处理后的截留液回流至复合废水的进水池，超滤膜截留吸附了镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，废水中的镉离子和亚甲基蓝得以同时去除，蓝色的复合废水经超滤处理后成为无色的渗透液。通过原子吸收法测定渗透液中的镉离子浓度，通过紫外分光光度法测定渗透液中的亚甲基蓝和SDS的浓度，测定结果见表3。
表3：实施例3中废水处理效果的参数对照表
| 进水中镉离子浓度 | 100mg/L |
| 进水中亚甲基蓝浓度 | 6mg/L |
| 渗透液中镉离子浓度 | 5.82mg/L |
| 渗透液中亚甲基蓝浓度 | 0.176mg/L |
| 镉离子的去除率 | 94.2％ |
| 亚甲基蓝的去除率 | 97.1％ |
| 渗透液中SDS浓度 | 4.29×10-3mol/L |
实施例4：
取含镉离子浓度为50mg/L、亚甲基蓝浓度为6mg/L的待处理复合废水，每升废水中添加6×10-3mol的SDS，搅拌均匀后静置反应0.5h，反应完成后复合废水中的SDS单体分子自组装生成吸附有镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，再用泵将反应完成后的复合废水送至超滤膜组件进行超滤处理，超滤膜组件为中空纤维超滤膜组件，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为10000Dalton，膜操作压力为0.03Mpa，超滤处理的运行方式为间歇式，超滤处理后的截留液回流至复合废水的进水池，超滤膜截留吸附了镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，废水中的镉离子和亚甲基蓝得以同时去除，蓝色的复合废水经超滤处理后成为无色的渗透液。通过原子吸收法测定渗透液中的镉离子浓度，通过紫外分光光度法测定渗透液中的亚甲基蓝和SDS的浓度，测定结果见表4。
表4：实施例4中废水处理效果的参数对照表
| 进水中镉离子浓度 | 50mg/L |
| 进水中亚甲基蓝浓度 | 6mg/L |
| 渗透液中镉离子浓度 | 2.835mg/L |
| 渗透液中亚甲基蓝浓度 | 0.11mg/L |
| 镉离子的去除率 | 94.3％ |
| 亚甲基蓝的去除率 | 98.2％ |
| 渗透液中SDS浓度 | 2.78×10-3mol/L |
上述的各实施例中，通过将阴离子表面活性剂SDS投加到待处理复合废水中，使废水中SDS的浓度超过其临界胶团浓度值(CMC，7.88×10-3mol/L)，形成粒径为0.005μm～0.01μm的胶团，胶团表面带负电荷，能吸附水中的镉离子和亚甲基蓝分子；再选用截留分子量为10000Dalton的超滤膜进行超滤处理，使得吸附了水中镉离子和亚甲基蓝分子的胶团被膜截留，水和少量表面活性剂以及未被吸附的镉离子和亚甲基蓝透过膜，从而达到去除复合废水中绝大部分镉离子和亚甲基蓝的效果。
Claims (1)
1.一种表面活性剂强化超滤处理含镉和亚甲基蓝废水的方法，其步骤为：取含镉离子浓度为100mg/L、亚甲基蓝浓度为6mg/L的待处理复合废水，每升废水中添加8×10-3mol的十二烷基硫酸钠，搅拌均匀后静置反应0.5h，反应完成后复合废水中的十二烷基硫酸钠单体分子自组装生成吸附有镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，再用泵将反应完成后的复合废水送至超滤膜组件进行超滤处理，所述超滤膜组件为中空纤维超滤膜组件，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为10000Dalton，膜操作压力为0.03MPa，超滤处理的运行方式为间歇式，超滤处理后的截留液回流至复合废水的进水池，超滤膜截留吸附了镉离子和亚甲基蓝分子的SDS胶团，废水中的镉离子和亚甲基蓝得以同时去除，蓝色的复合废水经超滤处理后成为无色的渗透液。
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