混凝去除典型分子态染料的形态基团作用效应及过程机理研究

Textile industry effluents contain reactive dyes that may harm our receiving waters. The composition of wastewater from the dyeing and textile processes is highly variable depending on the dyestuff type and typically has high COD and color. Coagulation process is widely selected by most of wastewater treatment plants because of its low expense and easy maintenance. However, the mechanism of the reaction between the functional groups or structures of some kinds of dyes and species of some kinds of coagulants have not been revealed clearly. Therefore, the reaction between the function groups or structures of some kinds of typical dyes and species of some typical coagulants will be investigated firstly. During this stage research, the key functional groups or structures of dyes and the key species of typical coagulants will be identified and confirmed. The characteristics and the levels of the reactions will also be investigated and quantified. In the next stage, the whole coagulation reaction processes will be monitored and studied. The critical link points during the micro-reaction processes will also be identified and confirmed. The results of this research project could be utilized in the dye wastewater treatment plants directly and benefit them on controlling and promoting the performance of their coagulation process units.

印染行业是国民经济非常重要的组成部分之一，其废水量大，有毒难处理，对其加强治理刻不容缓。混凝便捷低廉，无二次污染，现实广泛采用但面临缺乏对分子态染料去除的相关系统理论。本项目将全面而系统性地研究混凝去除典型分子态染料污染物的内在作用机理和作用过程，为开发新型专效混凝剂和建立相关计算模型提供理论基础。首先从混凝剂角度出发，揭示混凝剂中能去除分子态染料的有效形态或“有效形态群”并定性其与特定染料分子的作用特征和定量此作用程度；其次，从染料分子结构和基团出发，两个层面研究染料自身关键基团和结构与混凝剂有效形态间的相互作用关系和作用特性；再次，研究混凝去除染料分子的微观过程机理，揭示两者相互作用的过程路径及关键环节，为实际印染废水混凝处理工艺优化调控和应用技术升级提供理论指导。

首先，大量可重复的科学实验证明了混凝仍然可以高效去除溶液中分子态染料，大大拓展了混凝技术及其工艺的应用范围。.其次，明确揭示了混凝去除染料分子的微观过程机理、两者相互作用的过程路径及关键环节，其中最重要的过程路径有三种：1）混凝剂产生瞬间水解形态-瞬间水解形态与染料分子产生化学结合形成新聚合物--新聚合物进一步凝聚成沉淀物--分离去除；2）混凝剂产生瞬间水解形态-瞬间水解形态吸附染料分子产生新吸附聚合体--新聚合体进一步凝聚成沉淀物--分离去除；3）混凝剂产生瞬间水解形态及稳定水解形态--瞬间及稳定水解形态与染料分子或聚集体产生电中和作用--电中和后聚合--新聚合物进一步凝聚成沉淀物--分离去除。.再次，从染料分子结构和基团，三个层面揭示了染料自身关键基团和结构与混凝剂有效形态（或形态群）间的相互作用关系和作用特性：1）对于在溶液中呈中性分子聚合式颗粒态的染料（如部分典型分散染料），需要能与之特定基团产生化学结合作用的混凝剂（如铝盐和铁盐类），而“电中和”非核心要素；2）对于在溶液中呈偏中性分子活性态的染料（如部分活性染料），则需要能产生具有较强吸附性能的瞬间水解形态的混凝剂（如铝铁镁等无机盐类混凝剂，特别是高投量镁盐类有突出效果，钙盐无效）；3）对于在溶液中呈离子态的染料，分两类不同情况，如果呈阴离子态的，则需要水解电中和能力强的无机混凝剂（如铝铁系，低聚形态或中高聚合形态均可）；如果呈阳离子形态的，则需要阴离子类有机高分子絮凝剂如阴离子型聚丙烯酰胺类混凝剂。