CN114853137A - 一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法 - Google Patents

一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氢氧化镁‑聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，控制活性染料废水pH值在11～12时，直接向活性染料废水中投入六水氯化镁，使得活性染料废水中镁离子浓度达到30‑300mg/L，经过搅拌形成氢氧化镁沉淀后投加非离子型或两性PAM，絮体沉降后收集上清液。本发明利用氢氧化镁‑聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，弥补现有技术絮体粒度小，沉降速度慢的缺陷，充分发挥氢氧化镁沉淀快速、絮体形成时间短的优点以及PAM架桥吸附耦合作用，形成一体化快速混凝处理技术，活性染料废水去除率可达99％。

Description

一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料 废水的方法
技术领域
本发明属于环境工程领域，涉及废水处理技术，尤其是一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法。
背景技术
纺织染料工业产生的印染废水是目前处理难度较大的一类工业废水。所用染料及工艺不同，废水类别和浓度相差很大，其中碱性印染废水占很大比例。全球每年消耗超过70万吨各类染料，其中活性染料占20-30％。由于活性染料具有优良的亲水性能，使其成为印染废水中较难除去的一类染料，长期以来得到人们的关注。印染废水的末端排放是自然水体中纤维微塑料的重要来源之一，研究发现，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰胺(PA)是微塑料的主要六种聚合物类型，其中印染废水中PET含量较大，其次是PE、PP、PA等。
无机-有机复合混凝剂能够结合无机金属盐的电中和作用及有机高分子化合物的吸附架桥作用，使两种混凝机理协同作用于凝聚过程中，显著提高了对印染废水的处理效果。原因是由于有机高分子的分子链在已脱稳的颗粒物之间起到架桥作用，从而得到较大的絮体，混凝过程中以卷铺网扫的形式成倍地除去水中细微颗粒物。
通常认为，吸附架桥在高分子絮凝中起着决定性作用，而架桥作用的效率则是由高分子的黏度决定，相对分子质量对黏度影响较大，因此相对分子质量大的高分子架桥作用就强，絮凝效果就好。无机-有机复合混凝剂处理印染废水可以取得更好的效果，氢氧化镁表面带有正电荷能够中和废水中胶体表面的负电荷以及有机高分子的分子链能够在已经脱稳的颗粒物之间起到架桥作用的双重优点，在印染废水处理中有着良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，弥补现有技术絮体粒度小，沉降速度慢的缺陷，其主要原理是在碱性条件下，氢氧化镁快速成核并沉淀，以氢氧化镁为主要混凝剂，利用其表面吸附活性染料，以聚丙烯酰胺(PAM)为絮凝剂，充分发挥氢氧化镁沉淀快速、絮体形成时间短的优点以及PAM架桥吸附耦合作用，形成一体化快速混凝处理技术。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，采用六水氯化镁为主要原料，镁离子浓度为30-300mg/L，针对pH范围大于11以上的活性染料废水可以采取直接投药的方式，经过快速搅拌30-150s，投加非离子型或两性PAM 2-10mg/L,慢速搅拌1-5min，絮体沉降3-15分min，上清液排出。
具体方法包括如下步骤：
1)氢氧化镁沉淀的形成过程；
2)絮体形成过程；
3)PAM吸附架桥及絮体生长过程；
4)活性染料和微塑料的快速去除。
本发明申请的关键因素是在碱性条件下形成氢氧化镁起到吸附作用，pH值在11～12时，Mg2+转化为Mg(OH)2的过程如下：
Figure BDA0003640678780000021
Figure BDA0003640678780000022
Figure BDA0003640678780000023
氢氧化镁表面带有正电荷可以吸附带有负电荷的染料分子和微塑料，形成氢氧化镁-活性染料絮体，投加PAM以后，高分子的架桥作用发挥明显作用，使得絮体快速团聚并且沉降，达到活性染料去除的作用。
本发明在碱性活性染料和微塑料废水中投加氯化镁溶液，首先发生氢氧化镁的成核和沉淀过程，采用撞击流技术控制氢氧化镁的晶型、粒度到达控制氢氧化镁的表面性质的目的，新生态氢氧化镁能够通过吸附、电性中和等作用快速与活性染料结合形成小絮体，适当时机加入聚丙烯酰胺，利用氢氧化镁沉淀-聚丙烯酰胺耦合作用，使得絮体快速长大并沉淀，达到活性染料去除。
本发明的优点和积极效果是：
本发明采用六水氯化镁为主要原料，镁离子浓度为30-300mg/L，针对pH范围大于11以上的活性染料废水可以采取直接投药的方式，经过快速搅拌30-150s，投加非离子型或两性PAM 2-10mg/L,慢速搅拌1-5min，絮体沉降3-15分min，上清液排出。本发明方法中的六水氯化镁来源广泛，廉价易得，聚丙烯酰胺在水处理中广泛应用；氢氧化镁连续沉淀-PAM絮凝耦合作用使得絮体生长迅速并快速沉淀；活性染料废水去除率可达99％。
附图说明
图1为本发明絮凝实验装置流程图，其中，图1中1为快速混合池，2为混凝池，3为沉淀池，4为搅拌器；
图2为絮凝体粒度图；
图3为实操实验照片；
图4为镁离子投加量对絮体形状的影响结果图；
图5为本发明实施例中PAM投加量的影响结果图，5a为活性染料和微塑料去除率，5b为FI值；5c为絮体粒径分析，5d为絮体粒度累计分布，PET:60mg/L,Mg2+投加量:100mg/L。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
本发明方法在连续混凝实验装置中进行，如图1所示，该装置包括快速混合池1，混凝池2以及沉淀池3，在所述的快速混合池1和混凝池2内设有搅拌器4。其中，快速混合池1容积为1L，混凝池2容积为12L，分为3段，每个容积为4L，沉淀池3容积为30L。
氯化镁与活性染料溶液都由快速混合池1加入，利用搅拌器4对氯化镁与活性染料的混合液进行快速搅拌。混合后的含有氢氧化镁絮体的溶液进入到混凝池2，加入PAM，并利用搅拌器4进行搅拌，使絮体能够生长；最后在沉淀池3内进行沉淀。
配制浓度为0.25g/L的活性橙K-GN染料溶液，含有PET60mg/L，利用NaOH调节溶液的pH值到12。镁离子投加量选取250mg/L，快速搅拌转速选取250rpm，慢速搅拌转速选取80rpm，活性染料溶液的流量选取60L/h。利用微型直流隔膜水泵向快速混合池1内加入活性橙染料溶液，LZB型玻璃转子流量计测定流量。PAM采用连续加入的方式加入快速混合池2内，在沉淀池3出水后取样，利用可见光分光光度计测定吸光度并计算活性染料去除率，利用重量法测定微塑料去除率，去除率分别可达到90％和87％。
实施例2
将本发明方法应用到间歇实验中，采用六连搅拌实验，用去离子水配制浓度为0.25g/L的活性橙K-GN染料溶液作为模拟水样，调整pH值为12，配制0.1mol/L的氯化镁溶液作为投加药剂。药剂投加量为100mg/L(以Mg2+计)。试验时，将混凝搅拌器置于恒温槽中，控制温度为20±1℃，快速搅拌转速250rpm，90s，慢速搅拌60rpm，3min，满速搅拌时加入PAM浓度为6mg/L，沉降5分钟。活性橙染料去除率99％。
实施例3
氯化镁与活性染料溶液都由快速混合池1加入，利用搅拌器4对氯化镁与活性染料的混合液进行快速搅拌。混合后的含有氢氧化镁絮体的溶液进入到混凝池2，加入PAM，并利用搅拌器4进行搅拌，使絮体能够生长；最后在沉淀池3内进行沉淀。
配制浓度为0.20g/L的活性橙K-GN染料溶液和50mg/L的PET，利用NaOH调节溶液的pH值到11.5。镁离子投加量选取250mg/L，快速搅拌转速选取250rpm，慢速搅拌转速选取80rpm，活性染料溶液的流量选取30L/h。利用微型直流隔膜水泵向快速混合池1内加入活性橙染料溶液，LZB型玻璃转子流量计测定流量。混凝剂采用连续加入的方式加入快速混合池2内，在沉淀池3出水后取样，利用可见光分光光度计测定吸光度并计算活性染料去除率，利用重量法测定微塑料去除率，去除率分别可达到88％和86％。
实施例4
间歇实验：采用六连搅拌实验，实验过程如图所示，用去离子水配制浓度为0.25g/L的活性橙K-GN染料溶液和60mg/L的PET作为模拟水样，调整pH值为11.75，配制0.1mol/L的氯化镁溶液作为投加药剂。药剂投加量为100mg/L(以Mg2+计)。试验时，将混凝搅拌器置于恒温槽中，控制温度为20±1℃，快速搅拌转速300rpm，120s，慢速搅拌60rpm，3min，慢速搅拌时加入PAM浓度为4mg/L，沉降5分钟。活性橙染料去除率99％，PET去除率达到97％。
如图4所示，图4中a:为20mg/L；b为40mg/L；c:为60mg/L；d:为80mg/L；e:为100mg/L；f:120mg/L，从图4看出随着投加量的增大，絮体粒径变大，团聚效果明显，特别是在Mg2+投加量为100mg/L，絮体密实度增加。
图5所示，随着PAM投加量的增大，去除率基本保持在99％，微塑料去除率开始增大，当达到4mg/L时，去除率达到97％，继续增大则出现波动，絮体平均粒径达到60微米。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (8)

1.一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，其特征在于：该方法包括：控制活性染料废水pH值在11～12时，直接向活性染料废水中投入六水氯化镁，使得活性染料废水中存在镁离子，经过搅拌形成氢氧化镁沉淀后投加非离子型或两性PAM，絮体沉降后收集上清液，
Mg2+转化为Mg(OH)2的具体离子反应式如下：
Figure FDA0003640678770000011
Figure FDA0003640678770000012
Figure FDA0003640678770000013
2.根据权利要求1所述的一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，其特征在于：镁离子浓度为30-300mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，其特征在于：在投加非离子型或两性PAM之前快速搅拌30-150s形成氢氧化镁沉淀。
4.根据权利要求1所述的一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，其特征在于：投加非离子型或两性PAM的投加量为2-10mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，其特征在于：投加非离子型或两性PAM后慢速搅拌1-5min，絮体沉降3-15分min后收集上清液。
6.根据权利要求1所述的一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，其特征在于：上述废水处理方法利用连续混凝实验装置完成，该装置包括快速混合池，混凝池以及沉淀池，在所述的快速混合池和混凝池2内设有搅拌器。
7.根据权利要求6所述的一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，其特征在于：快速混合池1容积为1L，混凝池2容积为12L，分为3段，每个容积为4L，沉淀池3容积为30L。
8.根据权利要求6所述的一种氢氧化镁-聚丙烯酰胺耦合协同处理活性染料和微塑料废水的方法，其特征在于：使用时将六水氯化镁与活性染料溶液都由快速混合池加入，利用搅拌器对氯化镁与活性染料的混合液进行快速搅拌，混合后的含有氢氧化镁絮体的溶液进入到混凝池，加入PAM，并利用搅拌器进行搅拌，使絮体能够生长，最后在沉淀池内进行沉淀。
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