聚硅酸鋁鐵處理皂素廢水的實(shí)驗(yàn)研究

李 琛，王康萍，吳 雷

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

皂素是生產(chǎn)甾體激素類藥物的重要醫(yī)藥化工原料, 皂素的提取工藝會(huì)產(chǎn)生大量高濃度、高色度的酸性廢水[1]，具有可生化性差、糖分含量高、污染負(fù)荷重、處理難度大等特點(diǎn)。皂素生產(chǎn)是陜南地區(qū)的重要產(chǎn)業(yè)之一，會(huì)產(chǎn)生大量的皂素廢水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)1t皂素所產(chǎn)生的廢水高達(dá)500~1000m3[2]，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。而陜南是南水北調(diào)中線工程的水源地，因此，對(duì)皂素生產(chǎn)廢水的治理關(guān)系到水源地水質(zhì)安全和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)[3]。

聚硅酸鋁鐵是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類新型的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，用于廢水處理時(shí)，與常規(guī)的絮凝劑相比[4~5]具有制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、處理效果高、礬花大、沉降速度快、污泥體積小、脫色和破乳效果較好等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文探討了聚硅酸鋁鐵處理皂素廢水的影響因素，找出最佳處理?xiàng)l件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要的試劑與儀器

硅酸鈉，硫酸鐵，硫酸鋁，氫氧化鈉，硫酸等(均為分析純)。

電熱恒溫水浴鍋，JJ-4六聯(lián)攪拌器，101-1型電熱鼓吹干燥箱，754型分光光度計(jì)。

1.2 聚硅酸鋁鐵的制備

以硫酸鐵、硫酸鋁、硅酸鈉為原料, 對(duì)影響聚硅酸鋁鐵絮凝性能的諸因素進(jìn)行了研究, 制備出了高效的聚硅酸鋁鐵無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。聚硅酸鋁鐵無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的最佳制備條件為：Fe/Al/SiO2摩爾比為 1∶1∶1，pH 為6，濃度為50mg·L-1。具體制備條件如下：

（1）將6.4%的硅酸鈉溶液用20%的硫酸調(diào)節(jié)pH值到6，在此期間用玻璃棒迅速攪拌，最終形成硅酸膠體，顏色微微發(fā)藍(lán)（切記不能使其凍結(jié)），靜置30min。

（2）稱取一定量的硫酸鐵和硫酸鋁分別溶解，然后調(diào)節(jié)pH到6，靜置一段時(shí)間。

（3）將（2）中的硫酸鋁溶液和硫酸鐵溶液同時(shí)加到（1）中所制的硅酸溶液中，攪拌使之混合均勻，然后放入水浴鍋中，在60℃下熟化3h。

1.3 聚硅酸鋁鐵處理皂素廢水

皂素廢水取自漢中市某皂素生產(chǎn)廠，廢水呈深褐色，pH 值約為 1，CODCr為 43400mg·L-1。

實(shí)驗(yàn)時(shí)取50mL皂素廢水若干份，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，投加一定量的吸附劑，用一定的攪拌速度攪拌一定的時(shí)間，靜置取上層清液測(cè)定其CODCr和吸光度。

實(shí)驗(yàn)對(duì)絮凝劑投加量、pH值和攪拌時(shí)間3個(gè)反應(yīng)條件進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，找出各反應(yīng)條件的最佳值。

1.4 皂素廢水脫色率計(jì)算公式

文中色度用溶液的吸光度值表示。皂素廢水脫色率計(jì)算公式如式（1）：

式中：A0—皂素廢水脫色前的吸光度；

A—皂素廢水脫色后的吸光度。

1.5 皂素廢水中COD Cr 的下降率計(jì)算公式

CODCr的測(cè)定采用重鉻酸鉀法[6]。皂素廢水中CODCr的下降率計(jì)算公式如式（2）：

式中：E—CODCr下降率；

C0—吸附前溶液中CODCr的濃度，mg·L-1；

C1—吸附平衡后溶液中CODCr的濃度，mg·L-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

（1）投加量對(duì)絮凝效果的影響

準(zhǔn)確量取50mL皂素廢水5份，依次放入5個(gè)潔凈干燥的燒杯中，分別加入0.5mL，1.0mL，1.5mL，2.0mL，2.5mL聚硅酸鋁鐵，調(diào)節(jié)體系pH值為7.0，在室溫下以200r·min-1的轉(zhuǎn)速攪拌30min，取上清液測(cè)定CODCr和色度，考察聚硅酸鋁鐵用量對(duì)CODCr和色度下降率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。當(dāng)聚硅酸鋁鐵投加量超過(guò)1mL時(shí)，增加投加量會(huì)抑制CODCr和色度的去除。

圖1 聚硅酸鋁鐵投加量對(duì)去除效率的影響

（2）溶液pH值對(duì)絮凝效果的影響

準(zhǔn)確量取50mL皂素廢水5份，依次放入5個(gè)潔凈干燥的燒杯中，分別調(diào)節(jié)pH值為5.0、6.0、7.0、8.0和9.0后，各自加入1mL聚硅酸鋁鐵，在室溫下以200r·min-1的轉(zhuǎn)速攪拌30min，取上清液測(cè)定CODCr和色度，考察溶液pH對(duì)CODCr和色度下降率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。可以看出，偏堿性條件更有利于CODCr和色度的去除。

（3）吸附時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響

準(zhǔn)確量取50mL皂素廢水5份，依次放入5個(gè)潔凈干燥的燒杯中，分別調(diào)節(jié)pH值為8.0，各自加入1mL聚硅酸鋁鐵，在室溫下以200r·min-1的轉(zhuǎn)速分別攪拌 15 min、30 min、45 min、60 min、75min，取上清液測(cè)定CODCr和色度，考察溶液吸附時(shí)間對(duì)CODCr和色度下降率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。攪拌時(shí)間在30~60min，CODCr和色度的去除效果較好。

圖2 pH對(duì)去除效率的影響

圖3 吸附時(shí)間對(duì)去除效率的影響

由圖1、圖2和圖3的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，單一實(shí)驗(yàn)條件的控制對(duì)色度的去除效率很高，但對(duì)CODCr的去除效果不太好。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別對(duì)pH值、聚硅酸鋁鐵的投加量和吸附時(shí)間3個(gè)因素取3個(gè)水平，套用L9(33)正交表，以CODCr和色度去除率為考察對(duì)象，通過(guò)極差分析找出處理廢水的最佳方案。正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果如表1所示。

由表1可知,根據(jù)k值確定的去除皂素廢水中CODCr和濁度的最佳實(shí)驗(yàn)條件為：聚硅酸鋁鐵的投加量為20mL·L-1，pH值為8，吸附時(shí)間為45min。根據(jù)R值可知攪拌時(shí)間對(duì)去除率的影響程度較小，投加量影響最大，pH值影響居中。

表1 L9(33)正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果

3 結(jié)論

（1） 正交實(shí)驗(yàn)得出絮凝的最優(yōu)條件：聚硅酸鋁鐵投加量為20 mL·L-1，pH為7~8，攪拌時(shí)間為45min，此時(shí)，CODCr和色度的下降率分別為68.76%和97.31%。聚硅酸鋁鐵的投加量和pH值是影響處理效果的關(guān)鍵因素。

（2）聚硅酸鋁鐵混凝劑在皂素廢水處理方面具有可行性。

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