印染廢水存在有機污染物含量高、成分復雜、污水色度嚴重超標等問題。目前，針對印染廢水的處理方法主要有生化處理、膜處理、電化學、高級氧化等，而隨著技術革新與行業發展，用于印染行業的各種染料的成分變得更加復雜，相應地，生產過程中所產生印染廢水的處理難度急劇增加，常規處理難以使其達標排放，且存在運行成本高、管理難度大等問題。
納米Fe3O4是一種功能性材料，有著比表面積大、吸附性能強等諸多優點。通過對印染廢水的研究，探討納米Fe3O4磁性顆粒對其處理效果的影響程度，從而為印染廢水的工業化處理提供一定的實驗及理論基礎。
1、實驗部分
1.1 實驗用水
實驗用水取自河南省某危險廢物處置中心物化污水車間印染廢水原料池，其主要水質指標為：pH值為7.8，COD為4216.18mg/L，色度為813。
1.2 主要試劑及儀器
設備：UJ33a型直流電位差計、JB90-S電動攪拌機、PHS-3E型pH計、YZF-6210型臺式真空干燥箱、FA2004電子天平、KL05R離心機等。
試劑：FeCl3·6H2O、硫酸亞鐵銨、氨水、聚合氯化鋁(PAC)、氫氧化鈉、硫酸等，各化學試劑均為市售分析純。
1.3 實驗方法
1.3.1 納米Fe3O4的制備
利用FeCl3·6H2O、硫酸亞鐵銨分別配置c(Fe3+)為1.0mol/L及0.5mol/L的溶液，取一定量濃度為0.5mol/L的Fe2+溶液置于燒杯中，逐滴滴入濃度為1.0mol/L的Fe3+溶液，以飽和甘汞作為參比電極，鉑電極作為指示電極，設定體系原電池電動勢為0.4475V(若有變化補充Fe2+及Fe3+溶液)，將此混合溶液緩慢加入劇烈攪拌的濃度為3.0mol/L的氨水溶液中，充分反應后離心沉降并利用蒸餾水清洗數次，將所得黑色沉淀于120℃下真空干燥，即得納米Fe3O4。
1.3.2 復合混凝劑制備
根據前期實驗，稱取一定量的納米Fe3O4磁性顆粒，置于250mL的錐形瓶中，向其中加入50mL蒸餾水，利用電動攪拌機充分攪拌，直至其在水中分布均勻，隨后向其中加入一定量的PAC，繼續攪拌直至混合均勻，所得溶液即為摻雜有納米Fe3O4磁性顆粒的復合混凝劑。
1.3.3 混凝沉淀實驗
量取50mL印染廢水于燒杯中，調節廢水的初始pH值，隨后向其中加入一定量的復合混凝劑，設定攪拌速率為300r/min，設定不同反應時間，反應結束后過濾，取上層清液進行各項水質指標檢測。
1.4 分析方法
pH值利用PHS-3E型pH計測定，色度檢測采用稀釋倍數法(GB/T11903)進行測定，COD的檢測按HJ828的相關規定進行。
2、結果及分析
2.1 單一PAC對印染廢水的處理效果
量取50mL印染廢水于燒杯中，調節廢水的初始pH值為6.5，向其中加入不同質量的PAC，反應過程中充分攪拌，充分反應后過濾，取上層清液進行各項水質指標檢測，檢測結果如表1所示。
從表1可以看出，在印染廢水中投加PAC，隨著投加量的增大，廢水COD及色度的去除率不斷增大，當PAC投加量為2.5g/L時，對應COD及色度的去除率分別為33.15%及66.49%。從綜合處理效果可以看出，當PAC投加量>2.5g/L時，廢水的COD去除率增幅變小。
2.2 復合混凝劑中納米Fe3O4的投加量對處理效果的影響
設定PAC的質量濃度為2.5g/L，加入不同量的納米Fe3O4，依照1.3.2的實驗方法進行復合混凝劑制備，隨后利用1.3.3的實驗方法進行混凝沉淀實驗，其結果如表2所示。
從表2可以看出，隨著納米Fe3O4投加量的不斷增大，廢水COD及色度的去除率不斷增大，當納米Fe3O4的投加量為2.0g/L時，廢水COD及色度的去除率分別為53.56%和90.23%，形成該現象的原因可能為：PAC的加入能夠在反應體系內水解為多種具有強吸附和電中和能力的正電多核羥基絡合物，從而與印染廢水中呈負電的膠體懸浮物發生反應，使其發生脫穩、凝聚及沉淀而被去除。另外，由于納米Fe3O4有著較大的比表面積與強吸附能力，在與PAC共同處理印染廢水的過程中，能夠以礬花核心的形式存在，產生異相成核的作用，從而強化絮凝體的密實度，縮短礬花形成、聚集及沉淀的時間，增強了PAC對印染廢水的處理效果。此外，印染廢水色度的去除率遠高于COD的去除率，原因可能為廢水中產生色度的官能團(如—SO3、—NH2、—OH等)容易與反應體系內的Al3+發生絡合反應而性質改變，從而易于被吸附去除[10]。
對比表1、表2可以看出，納米Fe3O4的引入能夠顯著增強PAC對廢水的處理效果，當納米Fe3O4的投加量為2.0g/L時，較之單一PAC的處理效果其COD及色度去除率增幅分別可達20.41%和23.74%。當納米Fe3O4的投加量進一步增大時，廢水綜合處理效果增幅變小，故選擇納米Fe3O4的投加量為2.0g/L。
2.3 pH值對復合混凝劑處理效果的影響
以PAC投加量為2.5g/L，納米Fe3O4的投加量為2.0g/L，依照1.3.2進行復合混凝劑制備，調節印染廢水初始pH值，依照1.3.3進行混凝沉淀實驗，其結果如表3所示。
從表3可以看出，當印染廢水的初始pH值為4～6.5時，復合混凝劑對COD及色度的去除效果明顯，當pH值為6.5時，廢水COD及色度去除率分別為54.27%及90.89%。而隨著pH值的進一步提升，水質處理效果急劇變差。
造成該現象的原因可能為：在弱酸性環境下，PAC水解產物主要是以帶正電荷形式存在的絡合物，如Al(OH)2+、Al(OH)2+、Al(OH)24+等，當廢水體系的pH值過高時，PAC的水解產物形式發生轉化，如AlO-2、Al(OH)4-等，電荷形式的轉變使其自身的電吸附、中和能力降低，溶液中帶負電荷的膠體得以穩定存在，故而造成廢水的混凝處理效果變差。
2.4 反應時間對復合混凝劑處理效果的影響
PAC投加量為2.5g/L，納米Fe3O4的投加量為2.0g/L，依照1.3.2進行復合混凝劑制備，調節印染廢水初始pH值為6.5，設定不同反應時間，依照1.3.3進行混凝沉淀實驗，其結果如表4所示。
從表4可以看出，隨著反應時間的延長，經復合混凝劑處理后廢水的COD去除率表現出先增加后輕微降低的態勢，色度的去除率基本不變。當反應時間為20min時，廢水COD及色度去除率分別為54.09%及90.72%。
原因可能為：經PAC及納米Fe3O4處理后的絡合、沉淀產物附著于印染廢水中膠體的外表面，不利于后續混凝沉淀處理，故表現為一定程度的降低。
3、結論
①納米Fe3O4的引入能夠顯著增強PAC對印染廢水的處理效果;
②當PAC投加量為2.5g/L，納米Fe3O4的投加量為2.0g/L，廢水的初始pH值為6.5，反應時間為20min時，印染廢水的COD及色度去除率可達54.09%及90.72%。(來源：中環信環保有限公司，河南中環信環保科技股份有限公司)
