模擬染料廢水化學(xué)絮凝法脫色的過程分析方法研究.pdf

1、本論文在綜述國內(nèi)外近年來染料廢水脫色文獻的基礎(chǔ)上，從改進化學(xué)絮凝脫色法中的數(shù)據(jù)分析方法入手，將計算機數(shù)據(jù)解析技術(shù)和壓電傳感監(jiān)測方法引入廢水脫色過程分析，研究了模擬染料廢水脫色過程中各個相關(guān)組分與絮凝劑投加量之間的變化規(guī)律，可為分析和了解模擬染料廢水化學(xué)絮凝法脫色過程提供更為詳細的信息。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下： 1、單染料模擬廢水脫色體系的光譜數(shù)據(jù)分析與相關(guān)濃度測定。 以聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺(EPI-DMA)、聚二甲基二

2、烯丙基氯化銨(PDMDAAC)、納米Al<,13>(Al<,12>AlO<,4>(OH)<,24><'7+>，Al<,13>)三種陽離子聚合物為絮凝劑，分別脫除單染料模擬廢水中的活性艷紅K-2BP、活性紫K-3R、活性黑KN-B三種陰離子活性染料，研究了所構(gòu)成的9個單染料模擬廢水脫色體系的化學(xué)絮凝脫色性能。采用傅立葉變換、因子分析、多元線性回歸等化學(xué)計量學(xué)方法，解析上述脫色體系在化學(xué)絮凝脫色過程中的可見光譜數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，在所試驗的

3、單染料模擬廢水脫色體系中，存在著游離念染料、染料．絮凝劑結(jié)合物、顆粒光散射共3個對模擬染料廢水脫色率有直接影響的組分，各組分對模擬廢水脫色率的影響程度隨絮凝劑投加量的變化而變化。當(dāng)絮凝劑投加量不足時，模擬染料廢水的殘留色度主要來自于游離態(tài)染料；而當(dāng)絮凝劑投加過量后，在模擬廢水中重新穩(wěn)定的染料．絮凝劑結(jié)合物是模擬染料廢水殘留色度的主體。此外，絮體顆粒所引起的光散射也是造成模擬染料廢水脫色率偏低的原因之一。在絮凝劑的最佳投加量附近，三種絮凝

4、劑對三種活性染料的脫除率均超過94％。 此外，本論文提出采用脫色體系在整個可見光區(qū)吸光度的平均值作為色度測量指標，計算絮凝劑對有色廢水脫色效率，它比傳統(tǒng)的采用單波長吸光度計算脫色率的方法更為合理，可適用于混合染料廢水等脫色過程中吸收光譜發(fā)生變化的脫色體系，能夠更為真實地反映混合染料廢水的脫色效果，而且與人的視覺有更好的相近性。 2、二元混合染料模擬廢水脫色體系的光譜數(shù)據(jù)分析與相關(guān)濃度測定。 由活性染料K-

5、2BP、K-3R、KN-B組合出3種二元混合染料模擬廢水樣，它們與EPI-DMA、PDMDAAC、納米Al<,13>三種絮凝劑構(gòu)成9個模擬廢水脫色體系， 測定了這9個二元混合染料模擬廢水脫色體系在化學(xué)絮凝脫色過程中的濃度變化趨勢。光譜數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，在二元混合染料模擬廢水脫色體系中，存在由2種游離態(tài)染料、2種染料-絮凝劑結(jié)合物、顆粒光散射共5個對模擬染料廢水脫色率有直接影響的有色組分，它們對脫色率的影響程度與絮凝劑投加量密切相關(guān)。由

6、于各染料與絮凝劑之間的結(jié)合力不同，各染料的脫色曲線出現(xiàn)差異。如當(dāng)絮凝劑投加量不足時，結(jié)合力強的染料優(yōu)先被脫除，結(jié)合力弱的染料的脫色曲線滯后并出現(xiàn)折線特征。在使用EPI-DMA或納米All3作為絮凝劑時，混合染料模擬廢水中染料的脫除順序為K-3R>K-2BP>KN-B。在以PDMDAAC為絮凝劑的脫色體系中，三種活性染料的脫除順序為：K-2BP>K-3R>KN-B。而當(dāng)絮凝劑投加過量后，二元混合染料模擬廢水中染料的脫除出現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，即混合

7、染料的脫除率比單染料存在時更高。 3、三元混合染料模擬廢水脫色體系的光譜數(shù)據(jù)分析與相關(guān)濃度測定。 研究了由活性染料K-2BP、K-3R、KN-B組成的三元混合染料模擬廢水分別與絮凝劑EPI-DMA、PDMlDAAC、納米All3構(gòu)成的3個模擬染料廢水脫色體系的脫色性能及脫色過程。光譜數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，在上述三元混合染料模擬廢水脫色體系中，存在3個游離態(tài)染料、3個染料-絮凝劑結(jié)合物和顆粒光散射共7個對模擬廢水脫色率有直

8、接影響的組分，它們的濃度分布隨絮凝劑投加量變化而變化。當(dāng)絮凝劑投加量不足時，染料分子之間競爭絮凝劑分子鏈上的結(jié)合位點，染料與絮凝劑結(jié)合常數(shù)的差異表現(xiàn)為脫色率變化的不同步，由此推導(dǎo)分析出染料與絮凝劑結(jié)合常數(shù)的比值。在三元混合染料模擬廢水中，K-3R、K-2BP、KN-B與EPI-DMA的結(jié)合常數(shù)比為4.9：1：0.344；K－2BP、K一3R、KN-B與PDMAAC的結(jié)合常數(shù)比為4.1：1：0.235；K-3R、K-2BP、KN-B與納米

9、A1<,13>的結(jié)合常數(shù)比則為6.7：1：0.357。并根據(jù)絮凝劑與染料的分子結(jié)構(gòu)討論了染料之間脫除順序的差異。所提出的數(shù)據(jù)分析方法，為研究混合染料廢水的脫色過程和脫色機理提供了一種新的測量方法。 4、表面活性劑存在下的模擬印染廢水的脫色行為研究。 選用K-2BP、K-3R、KN-B三種活性染料為模型染料，以EPI—DMA和PDMDAAC為絮凝脫色劑，考察在表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和聚乙烯醇(PVA)存

10、在下的12個模擬印染廢水絮凝脫色體系的脫色性能，通過解析混合體系的紫外可見光譜數(shù)據(jù)，測定了染料+絮凝劑+表面活性劑三元混合體系中的組分數(shù)、各組分的濃度分布與變化規(guī)律，討論了表面活性劑存在時對模擬印染廢水絮凝脫色過程的影響，并觀察到表面活性劑對染料脫除的阻礙和協(xié)同作用。當(dāng)絮凝劑投加量不足時，SDBS優(yōu)先與絮凝劑結(jié)合，使所研究的3種活性染料的脫色曲線滯后，而PVA因結(jié)合力較染料弱，對染料的脫除影響很小。當(dāng)絮凝劑的投加過量后，染料與表面活性劑

11、之間存在協(xié)同作用，可以增加染料和表面活性劑的去除率。此外，還研究了顆粒光散射對表面活性劑SDBS和TX-100在納米Al<,2>O<,3>上吸附量測定的影響，并用Kalman濾波法予以扣除顆粒光散射的影響。 5、壓電傳感器方法測定染料與絮凝劑的結(jié)合常數(shù)及結(jié)合速率常數(shù)。 用硅酸鑭鎵晶體制備出性能優(yōu)異的硅酸鑭鎵晶體微天平(LCM)傳感器，它對表面質(zhì)量變化有高靈敏的頻率響應(yīng)，可達到納克級的檢測下限。在研究LCM的基本響應(yīng)

12、性能的基礎(chǔ)上，以LCM為研究工具結(jié)合自組裝成膜技術(shù)，實時跟蹤染料與絮凝劑結(jié)合過程中結(jié)合量的動態(tài)變化過程，測定了活性染料K-2BP、K-3R、KN-B與絮凝劑EPI-DMA、PDMDAAC、納米Al<,13>的結(jié)合等溫線，并求解出相應(yīng)的結(jié)合常數(shù)。使用液隔電極式壓電傳感器為研究工具，以石英表面作為帶負電荷的吸附模型表面，研究了PDMDAAC在石英表面的吸附成膜過程，并監(jiān)測了SiO<,2>納米粒子在PDMDAAC吸附層上的吸附過程，求解出有關(guān)