复合絮凝剂处理六硝基茋生产废水的实验研究

任文萍，柴 涛

（中北大学化工与环境学院，山西 太原，030051）

1 实验材料和方法

1.1 水样来源与水质情况

实验水样来源于某工厂的六硝基茋 （HNS）生产废水，呈黑红色，由于HNS生产废水中有机物含量高、毒性大、色度大，为了方便用分光光度计测定絮凝剂对废水的絮凝效果，需要控制废水的浓度，因此实验中将废水稀释10倍后进行处理研究。

水质分析如表1所示。

表1 HNS废水水质Tab.1 HNS wastewater quality

1.2 微生物絮凝剂

1.2.1 菌种的来源

实验所用微生物絮凝剂产生菌为驯化筛选出的一株高效降解六硝基茋 生产废水的厌氧菌，菌种编号为Bacteria SY-6，该菌来源于被生产废水污染的土壤中，肉眼观察菌落饱满，表面光滑，边缘整齐，乳白色不透明。初步鉴定该菌株为韦荣氏菌属（Veillonellaceae Rogosa）。

1.2.2 发酵液制备与保存

液体培养基：葡萄糖20g/L，K2HPO45g/L，KH2PO42g/L，无水硫酸镁0.2g/L，硫酸铵0.2g/L，NaCl 0.1g/L，尿素0.5g/L，酵母膏0.5g/L，pH7.0～ 8.0。

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接种新鲜菌种Bacteria SY-6于液体培养基中，于34℃培养60h后上清液即为Bacteria SY-6的发酵液。放置于4℃的冰箱内冷藏以保持其稳定性，便于以后实验多次取用。

1.3 主要仪器与试剂

主要仪器：721-2000型分光光度计、磁力搅拌器、电子天平、立式压力蒸汽灭菌锅、恒温培养箱、pHS-3C型精密 pH计等。试剂配制：CaCl2分析纯，配置成1%的溶液；FeCl3分析纯，配置成10%的溶液等。

1.4 分析方法

COD采用重铬酸钾法测定，絮凝率采用721型分光光度计在550nm下测定，pH采用pHS-3C型精密pH计测定，色度采用稀释倍数法测定。

1.5 实验方法

在240mL的烧杯中加入90mL废水水样，然后加入一定量絮凝剂，快搅1min，慢搅3min，静置30min后，取距液面2cm下的上清液分析水质。

2 结果与讨论

2.1 单一絮凝剂处理HNS生产废水

单独使用一种絮凝剂FeCl3和SY-6 茋处理六硝基生产废水的处理结果如表2所示。

从表2可知，絮凝剂SY-6絮凝率低，色度去除率低，但COD的去除率相对高，这是由于HNS废水是工业废水，其成分复杂，含有多种的有机物，当加入微生物絮凝剂SY-6时，大量非有色物质被絮凝沉淀，其色度去除率仅为40%，而色度对絮凝率的测定有着极大的关系，相应其絮凝率也不是很高。而FeCl3沉淀的主要是有色物质。

表2 不同絮凝剂处理90mL六硝基茋生产废水的处理结果Tab.2 The processing results of 90mL HNS wastewater treated by different flocculants

2.2 复合絮凝剂处理HNS生产废水

2.2.1 复合型絮凝剂最佳组分

将不同量的絮凝剂FeCl3和SY-6和一定量的助凝剂氯化钙加入废水水样中，测定絮凝率和COD的去除率，絮凝效果如表3所示。

表3 FeCl3和SY-6不同用量对复合型絮凝剂絮凝效果的影响Tab.3 The effect of the dosage of FeCl3 and SY-6 on flocculability

从表3可以看出微生物絮凝剂和无机絮凝剂之间存在协同互补效应，当FeCl3和SY-6的投加量分别为3mL和4mL时，处理后废水的絮凝率和COD去除率达到最大，均比单一絮凝剂的絮凝效果好。故选用2mLFeCl3+4mL SY-6作为较好的复合絮凝剂，并应用于进一步的优化实验。

2.2.2 投加顺序对絮凝效果的影响

为使复合絮凝剂达到最好的协同效果，采用3种投加顺序进行研究。实验结果如表4所示。

表4 投加顺序对絮凝效果的影响Tab.4 The effect of dosing sequence on flocculability

由表4可知不同的投加顺序下复合絮凝剂的絮凝效果是不同的。先加FeCl3后加SY-6处理HNS生产废水时 COD去除率和絮凝率均为最大，分别达到70.25%和73.70%。故实验中采用先投加2mLFeCl3再投加4mLSY-6絮凝剂。

2.2.3 废水温度对复合絮凝剂絮凝效果的影响

在水样中先投加2mL FeCl3再加入4mLSY-6，在不同废水温度下进行实验，研究不同废水温度对复合絮凝剂絮凝效果的影响。实验结果如图1所示。

图1 温度对絮凝效果的影响Fig.1 The effect of temperature on flocculability

由图1可知絮凝率和COD的去除率随着废水温度升高而增大，废水温度为25℃时，絮凝率和COD的去除率都达到最大值，分别为73.8%和70.25%。废水温度继续升高时絮凝率和COD去除率均不同程度地下降。

低温和高温都不利于絮凝，低温时，水中的SY-6的活性较低，分子动能小，和FeCl3碰撞的几率小，同时FeCl3的水解是吸热反应，低温不利于FeCl3水解，不能很好地发挥微生物絮凝剂和铁盐的协同作用。过高的温度会导致微生物絮凝剂中蛋白质和核酸等遭受到不可逆转的破坏，形成的絮体粗大、易上浮，不利于絮凝。

2.2.4 pH对复合絮凝剂絮凝效果的影响

在室温下，先投加2mL FeCl3再加4mL SY-6，在不同pH下进行实验，研究不同废水pH对复合絮凝剂絮凝效果的影响。实验结果如图2所示。

图2 不同pH对絮凝效果的影响Fig.2 The effect of pH on flocculability

从图2可知，絮凝率和COD去除率随着pH增大而增大，絮凝率在pH为6时达到最大，为73.1%，COD去除率在pH为7时达到最大，为70.77%。当pH继续增大时，絮凝率及COD去除率均下降。结合两者选定pH为7，此时絮凝率和COD去除率分别为72.7%和70.77%。

2.2.5 CaCl2溶液投加量对复合絮凝剂絮凝效果的影响

微生物絮凝剂絮凝废水水样的过程中，要加入一定量的助凝剂CaCl2，本实验中投加絮凝剂后，加入不同量的CaCl2，研究 CaCl2对复合絮凝剂絮凝效果的影响，实验结果如图3所示。

图3 CaCl2溶液投加量对絮凝效果的影响Fig.3 The effect of the dosing of CaCl2 on flocculability

从图3中可以看出，SY-6和FeCl3复合使用时不受CaCl2的影响，溶液中Fe3+可以代替Ca2+作为助凝剂，这一方面可以不用投加CaCl2，另一方面在一定程度上减少了水中残余的Fe3+。

在最优絮凝条件下，复合型絮凝剂絮凝六硝基茋生产废水的处理结果如表5所示。

表5 复合絮凝剂处理90mL六硝基茋生产废水的结果Tab.5 The processing results of 90mL HNS wastewater treated by composite flocculants

由表5可知复合型絮凝剂比单一絮凝剂的絮凝效果有所提高，FeCl3和SY-6以2mL和4mL的量复合处理六硝基茋 生产废水时，比FeCl3单独处理时絮凝率、COD去除率和色度分别提高 1.45%、22.69%和5.34，比 SY-6单独处理时分别提高 37%、2.56%和44%。

3 复合絮凝剂絮凝机理分析

在复合絮凝剂处理HNS生产废水时，FeCl3在水样中铁离子主要是以水合离子形式存在，三价铁盐在溶液中水解为各种形态的带正电荷的水解聚合物，在静电的作用下进入胶体颗粒的表面中和一部分负电荷而使胶体颗粒的扩散层被压缩，使胶体颗粒的电位降低，在范德华力的作用下形成松散的小的絮体。微生物絮凝剂SY-6主要为多糖类物质，含羟基、羧基等官能团，带负电性，借助Fe3+的中和作用改变水样中胶体表面的负电性，从而降低SY-6和水中颗粒之间的斥力，减小絮凝作用的阻力，促进絮凝分子与胶体以离子键结合，最终实现絮凝剂的吸附架桥，同时SY-6将FeCl3形成的小的絮体网捕成较大的絮凝体，从而快速沉降下来，沉降得较彻底。

由上述分析可见复合絮凝剂是在 FeCl3和 SY-6的电性中和、吸附架桥、网捕协同作用下絮凝废水，使其COD和色度降低的。

4 结论

通过实验研究了微生物絮凝剂与化学絮凝剂FeCl3复配处理HNS生产废水的絮凝条件，在微生物絮凝剂与化学絮凝剂的协同互补作用下，不仅克服了单一絮凝剂的不足，COD和色度均有一定的去除，也降低了絮凝剂的投加量，减少水样中有害残余物质，二次污染小，这为絮凝法在HNS废水处理提供了一定的理论基础。

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