摘要：为了解决利用改性土处理废水易造成二次污染，且改性成本较高等缺点，以甲基橙模拟印染废水为例，探讨并比较了矿物原土（膨润土、高岭土、硅藻土）对印染废水的处理效果，研究了pH值、黏土矿物用量以及搅拌强度等对印染废水CODCr值降低率、脱色率及其矿物沉降性能的影响。结果表明：膨润土在pH值为5，土量为0.125g/mL，搅拌强度为200r/min时对印染废水CODCr值降低率最大，为81.80%；脱色效果主要取决于膨润土的用量，膨润土用量越大脱色效果越好，最大为73.19%；酸性条件下的沉降效果较好。高岭土仅在酸性条件下对印染废水有处理效果，在中性和碱性下不起作用，pH值为1时的CODCr值降低率可达65.23%，相应脱色率也最好。在相同pH值下，硅藻土用量越大，脱色效果越好，其中以pH值为7、用量为0.15g/mL时CODCr值降低效果最好，可达76.92%。与高岭土和膨润土相比，用硅藻土处理印染废水后的矿物沉降性能最好，可明显缩短沉降时间。
关键词：膨润土；高岭土；硅藻土；印染废水；处理效果
中图分类号：X703;TD985 文献标识码：A 文章编号：1000-8098(2016)01-0024-04
印染行业是高耗水产业，生产过程中会产生大量的有色废水，其成分复杂，COD值高，色度大，毒性强，降解难，处理十分困难[1-3]。目前常见的印染废水处理方法有物理化学法和生化处理法[4]。物理化学法对废水中难降解的助剂等降解效果较好，但成本较高，在大批量的废水处理中推广困难。生物处理法成本相对低廉，但其对印染废水中化学助剂的降解效果不理想[5]。近年来，研究人员针对物理化学法中的吸附法，利用某些黏土矿物的理化性能处理污水，可有效吸附水中的无机和有机污染物[6]。膨润土、高岭土、硅藻土3种黏土矿物均对废水中某些污染物有较好的吸附效果，特别是对废水中的重金属离子，如Cu2+、Cr2+、Pb2+、Zn2+等的吸附作用已有较成熟的研究[7]，但其对印染废水中COD和色度的处理研究则鲜见报道。为研究上述3种黏土矿物原土对印染废水中CODCr和色度的处理效果，通过正交实验分别探究了3种原土在不同pH值、投加量、搅拌强度下对CODCr值降低率、色度去除率的影响，并通过处理污水后的矿物沉降体积来衡量矿物沉降性能，获得3种矿物的最优处理工艺方案。
1实验部分
1.1原料、试剂及仪器设备
钠基膨润土、高岭土、硅藻土均为试剂级，购自国药集团化学试剂公司。经过化学分析，主要化学成分见表1。重铬酸钾、硫酸亚铁铵、硫酸银、硫酸、盐酸、氢氧化钠、邻菲罗啉、甲基橙等，均为分析纯。印染废水采用分析纯甲基橙模拟水样，水样CODCr值1200mg/L，pH值6.01，稀释5倍后的印染废水原水在最大吸收波长465nm下的吸光度为1.145。UV2800紫外分光光度计，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；78-1磁力加热搅拌器，江苏环宇科学仪器厂；BS224S电子分析天平，赛多利斯科学仪器有限公司；MD6微波COD消解仪，成都奥谱勒仪器有限公司。
1.2实验步骤
取200mL待处理的模拟印染废水，采用L9(33)正交表分别进行实验，其中3因素3水平分别是：矿物用量(0.1、0.125、0.15g/mL)，废水pH值(5、7、9)，搅拌速度(80、200、400r/min)，pH值用HCl/NaOH溶液调节；在相应的转速下先搅拌10min后，静止40min，取上清液，用微波消解法测CODCr，用紫外分光光度计测色度；将处理后的溶液倒入100mL的量筒中静置，每隔30min读1次矿物沉降的体积，观察其沉降性能情况，并通过矿物沉降体积来衡量沉降性能。每个实验取3次平行实验的平均值。CODCr值计算采用下式：CODCr=[(V0-Vi)×c×8×1000]/V(1)式中：c为硫酸亚铁铵标液的浓度，mol/L；V0和Vi分别为滴定空白时和滴定水样时硫酸亚铁铵标液的用量，mL；V为水样体积，mL。脱色率按下式计算：η=(A0-A)/A0×100%(2)式中：A0和A分别为原水样和处理后水样的吸光度测试值。
2结果与讨论
2.1膨润土处理印染废水
经膨润土处理后的印染废水CODCr值降低率及脱色率见表2，矿物沉降效果见图1。由表2可知，酸性条件下膨润土对CODCr值降低效果普遍比中性和碱性废水好，2号实验即pH值为5、膨润土投加量为0.125g/mL、搅拌强度为200r/min时，CODCr值降低率可达到最大值81.80%。从脱色率的比较来看，在相同pH值下，随土量增大，脱色效果逐渐变好。在中性环境下，6号实验即膨润土投加量为0.15g/mL、搅拌强度为80r/min时，脱色率达到最大值73.19%，但CODCr值降低率只有14.21%，是该组比较研究中的最小值。因此，对于膨润土处理印染废水的最优条件应在酸性条件下，根据CODCr值降低率和脱色率的处理要求，从2、3号实验中选择出合适的方案。由图1可看出，第1、3、4、6、9号实验矿物的沉降体积相对较小，达到20~35mL，表现出较好的沉降性能。其中只有当土量为0.1g/mL时（第1、4号实验），在后续沉降过程（60~120min）中矿物沉降体积在逐渐减小；而土量为0.125g/mL（第2、5、8号实验）或0.15g/mL时（第3、6、9号实验），在后续沉降过程中，沉降体积则逐渐增加。由此可知，膨润土用量对矿物沉降性能影响较大；pH值和搅拌强度对矿物沉降影响较小。
2.2高岭土处理印染废水
经高岭土处理后的印染废水，其CODCr值降低率及脱色率见表3。实验发现，除1号外其余组的溶液均呈现出浑浊现象，无法取出上清液，因此CODCr值和脱色率不做测定。当溶液为中性和碱性时（pH=7，pH=9），或者高岭土用量大（0.15g/mL）时，高岭土处理印染废水的效果不佳，主要原因是因为高岭土具有很强的分散性和吸水性。为了研究酸性条件下高岭土的混凝处理效果，在土量为0.1g/mL的条件下增加了两组实验（pH值分别为1和3），结果见表4和图2。由表4可知，当pH值为1时，CODCr值降低率和脱色率相对最高，但与成熟废水处理工艺相比仍处于中等水平[8]。同时由图2发现，虽然用1、2号实验高岭土处理的印染废水矿物沉降体积都呈下降趋势，但是经过2h沉降后，矿物沉降体积仍在55~65mL，这说明经过高岭土处理的印染废水的矿物沉降性较差。2.3硅藻土处理印染废水硅藻土对印染废水CODCr值降低率和色度去除率见表5，矿物沉降效果见图3。由表5可知，在2号实验即pH值为5、硅藻土投加量为0.125g/mL，和9号实验即pH值为9、土量为0.15g/mL时的CODCr值降低率较接近，并且降低率相对较大，接近70%；但两者脱色率均偏低，约为30%。在对印染废水色度去除率要求较高时，不建议采用硅藻土处理。由表5还可得出：在酸性和碱性条件下，中速搅拌有利于降低CODCr值；在中性条件下，慢速搅拌有利于降低CODCr值。可根据实际情况来选择合适的处理条件以有效降低CODCr值。由图3可知，硅藻土处理印染废水后的矿物沉降体积均较低，30min已经沉降完全，矿物沉降体积几乎不变，说明硅藻土处理印染废水后的矿物性质稳定。与高岭土和膨润土相比，用硅藻土处理更有利于矿物沉降。2.43种环境矿物处理效果的比较膨润土处理印染废水的最佳CODCr值降低方案为：pH值为5，用土量为0.125g/mL，搅拌强度为200r/min，CODCr值降低率为81.80%；最佳色度去除方案为：废水pH值为7，土量为0.15g/mL，搅拌强度为80r/min，脱色率为73.19%。综合考虑CODCr值降低率和脱色率，最佳实验方案为：废水pH值为5，土量为0.15g/mL，转速为400r/min，此时废水中CODCr值降低率为66.20%，脱色率为72.84%。高岭土处理印染废水的最佳方案是：pH值为1，土量0.1g/mL，转速80r/min，此时CODCr值降低率为65.23%，脱色率为58.52%。由于高岭土处理后的印染废水矿物沉降体积大，沉降性较差，且CODCr值降低率及色度去除率较低，因此高岭土原土不适于处理印染废水，可对其适当改性后再运用于水处理中。硅藻土处理印染废水的最佳方案为：废水pH值为7，土量为0.15g/mL，转速为80r/min，此时CODCr值降低率为76.92%，脱色率为34.98%，脱色率较低，但硅藻土较膨润土、高岭土更有利于矿物沉降。在实际运用中如对印染废水色度去除要求不高时，可采用硅藻土处理印染废水。
3结论
对于印染废水处理黏土矿物原土和改性土相比有较大优势：不造成二次污染，且成本低廉。综合考虑性价比，在原土具有较好的降低CODCr值和色度的前提下，优先选用原土。对于深度处理，可以采用联用技术或多级处理。膨润土和硅藻土各具优缺点，前者效果更好，但沉降性能较差；后者效果稍差，但沉降性能更优。而高岭土原土不进行改性不适于处理印染废水。
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作者：林明阳 姚煜杰 郝琦玮 王趁义 单位：浙江万里学院环境科学系
