印染废水在印染设备气浮法处理技术
棉、毛、化纤等纺织品在染色过程中会产生印染废水。纺织印染行业一直是中国的工业污染大户，其废水水量大、色度高、水质变化大、pH变化大、有机污染物含量高、组分复杂，已经成为当今环境保护行业公认的难处理工业废水之一。随着染料工业的迅猛发展，如PVA浆料、人造丝皂化物以及大量新型助剂的广泛应用，使大量难降解的有机化合物进入水体，增加了废水处理的难度。气浮法利用高度分散的微气泡作为载体去黏附废水中的悬浮物，使其密度小于水而上浮到水面以实现分离。气浮法可用于水中固体与固体、固体与液体、液体与液体乃至溶质中离子的分离。与其他水处理方法相比，气浮法具有以下优点:气浮设备占地少，节省投资;处理效果好，出水水质好;可以回收利用有用物质。本文以阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠作为捕获剂，选用阳离子染料阳离子红X-GRL为目标污染物，研究通气速率、pH、表面活性剂的浓度、装液量等因素对去除率的影响。
1?实验部分
1．1主要仪器与试剂
主要仪器:CR-30R增氧泵;气体分布器;气体流量计;T6 UV/VIS分光光度计(普析通用);pH计(梅特利托利多仪器公司)。
主要试剂:十二烷基苯磺酸钠(SDBS，分析纯);阳离子红X-GRL(CR X-GRL，C18H21N6 Cl3 Zn，上海染化三厂)储备液，浓度1×10－3 mol/L，称取492．5mg阳离子红X-GRL粉末于少量水中溶解，后转移至1 L容量瓶中，加纯水至标线，摇匀);0．1 mol/L硫酸水溶液;0．1 mol/L氢氧化钠水溶液。
1．2实验方法
移取10 mL阳离子红X-GRL的储备液于100mL容量瓶并加水至标线摇匀后，转移至1L烧杯中，向其加入不同量的表面活性剂SDBS水溶液300mL，混匀。用0．1 mol/L H2SO4与0．1 mol/L NaOH调节pH后，开始通气，并通过气体流量计调节进气量，收集泡沫进行消泡处理并待烧杯中没有泡沫形成时，停止反应，测定各参数值。
1．3去除效果的评价方法
用1 cm比色皿，以水作参比，于530 nm处，测定CR X-GRL溶液的吸光度A。CR X-GRL染料的去除效果用脱色率(R)和富集比(β)来表示。其中富集比的定义是所分离的组分在消泡液中的浓度与在初始处理的料液中的浓度之比，其表征的是消泡液中CR X-GRL的富集程度。
R=(A0－A)/A0×100%(1)
β=(A0V0－AV)/(A0Vf)(2)
式中:A0和A分别为起始溶液的吸光度和无气泡产生后溶液的吸光度;V0，V，Vf分别为起始溶液体积、烧杯底剩余液体积和消泡液体积。
2?结果与讨论
2．1 pH的影响
阳离子染料能在水中完全电离形成带正电的阳离子，并与SDBS电离出的阴离子形成缔合物。由图1可知，在酸性条件下，SDBS电离度降低，因而影响CR X-GRL与SDBS的缔合，导致去除效果不佳。
而碱性条件下，有助于SDBS解离出阴离子，并且随水溶液中OH－的增多，解离效果越好。这是应为由于CR X-GRL的阳离子与溶液中的OH－结合不稳定，但CR X-GRL仍然可以良好电离，因此，OH－不会影响SDBS与CR X-GRL的缔合。由图1得出，在碱性条件进行气浮，比在酸性条件下去除效果更理想。
2．2气体流量的影响
气体流量是气浮法工艺中的一个重要参数，对去除效率的高低起重要作用。气体流量的提高，可以增大界面面积，从而有利于溶质的分离。而低气体流量可以获得更高的分离因子，因为较低的气速可以降低泡沫中的夹液量;并且气速太高，泡沫的量就会增加，泡沫的增加使得其在烧杯中的停留时间就减少，从而导致脱色率和富集比的下降。
如图2所示，随气速增大，泡沫生成速率和上升速率也增大，气液两相接触传质越来越不充分。由于气速的增大，使得溶液的含气量较高，使泡沫层排液不充分，以至泡沫层夹液量增高，最终引起脱色率和富集比的下降。
2．3表面活性剂浓度的影响由图3可以看出:随着SDBS浓度的增大，脱色率呈上升趋势。这是因为SDBS随着浓度的增加，此时泡沫的形成也增多，从而表面吸附量增大，与CR X-GRL的缔合几率也变大，因此脱色率呈上升趋势。
另一方面，随着SDBS浓度的增大，富集比变大。但此时，溶液的表面张力逐渐变小，起泡性和泡沫稳定性都在逐渐变大，从而引起泡沫层夹液量增加，当表面吸附量增大的影响不如夹液量增加的影响大时，富集比就开始下降。
2．4装液量的影响
气泡离开液面后进入泡沫相，在泡沫相中发生一系列变化，在下部泡沫的推动下上升，夹带大量液体在重力作用下向烧杯回流。气泡是由相邻不规则多面体组成，相邻气泡间形成液膜，每3个液膜以一定角度印染设备相交，即Plateau边界层，如图4所示。
Plateau边界层内的液体主要由于重力的作用发生排液，液膜在重力与Plateau边界层附加压力的双重作用下也发生排液变薄。同时，气泡受挤压、气体扩散和排液变薄等因素的影响，发生聚并，生成的高浓度的液体被重新分配到液膜与Plateau边界层中去，因此装液量不能太大。
由图5可知:随着装液量的增加，夹液量也增大，收集的消泡液中水分较多而使得富集比降低。并且，装液量也不能太小，否则，对形成连续稳定的气泡层不利，也不利于分离操作。
印染设备3?正交实验
3．1正交实验方法
在以上单因素实验的基础上，选取气体流量qv、pH、表面活性剂浓度c、装液量V 4个因素进行正交实验，每个因素都取3水平，考察气浮对脱色率(R)的影响。正交实验因素水平和实验结果分别见表1和表2。
3．2正交实验结果与分析
表3中Tij分别为不同因素(j)不同水平(i)实验结果的总和，Mij分别为不同因素不同水平实验结果的平均值，Jj为各因素之列的极差，由于JB＞JA＞JD＞JC，即实验中影响气浮法脱除阳离子X-GRL的4个因素的主次关系为B(pH)＞A(气体流量)＞D(装液量)＞C(表面活性剂浓度)，从而得出的实验条件是B1A2 D3 C3，即pH 9．0，气体流量300 mL/min，装液量450 mL，表面活性剂浓度1．4 mmol/L。该条件下，脱色率95．7%，富集比13．5。
4?结论
以阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠为捕获剂，采用气浮法对水溶液中的阳离子红X-GRL具有良好的去除效果。pH值、气体流量、表面活性剂浓度、装液量都对气浮效果有影响。在pH为9．0印染设备、气体流量为300 mL/min、装液量为450 mL、表面活性剂浓度为1．4 mmol/L时，阳离子红X-GRL去除效果最佳，此时脱色率(R)和富集比(β)分别为95．7%和13．5。该方法易于操作，设备、工艺简单，运行成本低廉，对染料去除效果较好，且不会产生二次污染，在废水处理行业具有潜在广泛的应用前景。
