离子交换纤维处理农药废水的研究

周绍箕，汪继国，吴政
（北京服装学院材料工程系 北京市重点实验室，北京 100029）

　　摘　要：研究用离子交换纤维处理含农药阿特拉津的废水，用静态法、动态法，对强酸、弱酸阳离子交换纤维的吸附性能进行了比较，研究结果表明，强酸阳离子交换纤维可处理含阿特拉津等有机物废水，废水CODcr可降低86％，经2级吸附交换后，CODcr可达排放标准。离子交换纤维可用浓度为lmol／L的氯化钠或氢氧化钠溶液再生。
　　关键词：农药废水；废水处理；离子交换纤维；阿特拉津
　　中图分类号：X786；X703
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009－2455（2002）06－0035－03

A Study on Treatment of Atrazine-Containing Wastewater with Ion Exchange Fibers.
ZHOU Shao-ji, WANG Ji-guo,. WU Zheng
(Department of Material Technology, Beijing Institute of Clothing Technology. Beijing 100029, China)

　　Abstract: In studying the treatment of atrazine-containing wastewater with ion exchange fibers, comparisons were made between the adsorptive capacities of strong acid type cation exchange fiher and weak acid type cation exchange fiber with static method and dynamic method. Results of the study showed that strong acid type cation exchange fiber can be use in the treatment of wastewater which contains atrazine and other organisms, with which the CODcr in the wastewater can be reduced by 86% and the CODcr can be up to the discharge standard after atwo-stage adsorption. The ion exchange fiber can be regenerated with 1 mol/L sodium chloride solution or sodium hydroxide solution.
　　Key words: pesticide-containing wastewater; wasterwater treatment; ion exchange fiber for treatment of
wastewater; atrazine

　　离子交换纤维是一种新型离子交换材料，它和离子交换树脂一样，含有固定离子，并有与固定离子符号相反的活动离子，在水中，活动离子可和相同符号的离子进行交换，和离子交换树脂相比，它的特点是比表面积较大、交换与洗脱速度快、容易再生，可以短纤维、无纺布、网、织物等多种形式应用，可去除水中微量无机离子或有机物。 阿特拉津是一种农药（除草剂），化学名2－氯4-乙胺基6-异丙胺基1，2，3三嗪，又名莠去津（Atrazine），应用广泛，但毒性较大。本文对采用离子交换纤维处理这种废水进行了研究。

1 试验部分

1．1 试验用水
　　阿特拉津饱和水溶液为实验室配制，农药厂废水为工厂提供。农药厂废水含阿特拉津、乙胺、异丙胺、苯胺及氢氧化钠。氯化钠等，种类多含量低，尤其是吸附后含量更低，用一般方法很难分别测定，故采用化学耗氧量（CODcr）来代表总有机物的污染程度。经测定，阿特拉津饱和水溶液的CODcr的质量浓度为160mg／L，农药厂废水CODcr的质量浓度为728mg／L。
1．2 纤维及其预处理
　　强酸阳离子交换纤维（含-SO₃H）、弱酸阳离子交换纤维（含-COOH）为本实验室制备。 取强酸阳离子交换纤维，用浓度为1mol／L氢氧化钠溶液浸泡纤维12h洗至中性即得到强酸（钠型）。
　　取弱酸阳离子交换纤维，用浓度为1mol／L的氢氧化钠溶液浸泡纤维12h洗至中性即得到弱酸（钠型）。用浓度为1mol／L的盐酸浸泡纤维12h洗至中性即得到弱酸（氢型）。
1.3 静态离子交换法
　　准确称取强酸（钠型）、弱酸（钠型）、弱酸（氢型）各1g，各2份分别放人烧杯中，加入阿特拉津饱和水溶液100mL，静置3h，测定溶液的化学耗氧量（CODcr)。
1.4 动态离子交换法
　　准确称取强酸（钠型）、弱酸（钠型）、弱酸（氢型）各4g，先浸湿，再装入吸附柱中，加入清水，使水的液面稍高于纤维层，取100mL阿特拉津饱和水溶液移人滴液漏斗中，控制滴加的速度和流过纤维的速度基本相同，液面位置基本不变，流下的水弃之，流下的尾液再循环流过纤维，测尾液的化学耗氧量（CODcr）。

2 结果和讨论

2．1 静态法试验结果
　　阿特拉津饱和水溶液的ρ（CODcr）测定值为160mg／L。静态试验对饱和阿特拉津水溶液CODcr的去除效果如表1所示。

表1　结果表明3种纤维都能吸附农药阿特拉

纤维类型 尾液ρ（CODcr）/（mg.L^-1) CODcr去除率/% 强酸（钠型） 36.7 77.06 弱酸（钠型） 51.0 68.12 弱酸（氢型） 62.8 60.75

　　表1结果表明3种纤维都能吸附农药阿特拉津，使CODcr值降低60％以上，其净化效果大小次序：强酸（钠型）＞弱酸（钠型）＞弱酸（氢型）。静态法的结果可说明用此种纤维净化农药阿特拉津是可行的。
2．2 动态法试验结果
　　由于农药厂废水中含有大量钠离子，弱酸（氢型）在实际应用中也会是钠型，故动态法只用强酸（钠型）和弱酸（钠型）纤维；阿特拉津饱和水溶液的试验仍采用3种纤维，试验结果如表2、表3所示。

表2 阿特拉津饱和水溶液动态法试验结果

纤维类型 停留时间/min 尾液ρ（CODcr)/(mg.L^-1) CODcr去除率/% 强酸（钠型） 20 41.6 74.0 弱酸（钠型） 23 85.3 46.69 弱酸（氢型） 22 69.0 56.88

　　注：阿特拉津饱和水溶液CODcr的质量浓度（测定）为160mg/L。

表3 浓药厂废水动态试验结果

纤维类型 停留时间/min 尾液ρ（CODcr)/(mg.L^-1) CODcr去除率/% 强酸（钠型） 30 202 72.20 弱酸（钠型） 35 414 43.05

　　注：农药厂废水CODcr的质量浓度（测定）为728mg/L。

　　表2结果表明，强酸纤维优于弱酸纤维，这可能是前者在水中离解度较大之故。
　　表3结果表明，对农药厂废水的处理同样是强酸纤维优于弱酸纤维，经强酸纤维处理的废水，CODcr值可降低70％以上。废水中阿特拉津及有机胺是弱碱，可以和钠离子进行交换，除此之外，有机碱的憎水链还可和纤维骨架的憎水部分通过范德华力吸附，因此比无机离子有更好的离子交换选择性。
2．3 强酸阳离子交换纤维处理农药厂废水
　　表3结果表明，在实验条件下100mL农药厂废水流过4g纤维，其CODcr值可降低70％以上，尚不能达排放标准，可进行2级处理，即再通过另一吸附柱，提高CODcr的去除率。2级处理的试验结果如表4所示。

表4 2级吸附交换试验结果

分析项目 1级交换 2级交换 纤维重/g 8 6 进水ρ（CODcr）/（mg.L^-1) 728 116 停留时间/min 30 28 出水ρ（CODcr)/(mg/L^-1) 116 6.96 CODcr去除率/% 84.03 94

　　表4结果表明，经过2级吸附交换，CODcr值已达6.96，说明采用适当的条件，经2级处理可使废水尾液CODcr值达排放标准。
　　为了考察纤维吸附情况，吸附柱中装填8g强酸（钠型）纤维，5次通过农药废水，每次100mL，待废水完全通过时，测定废水CODcr值，结果如表5所示。

表5 吸附次数对CODcr去除率的影响

流过100mL废水时间/min ρ（CODcr）/（mg.L^-1) CODcr去除率/% 30 116 84 28 139 81 30 124 83 29 403 44 26 442 39

　　表5结果表明多次吸附、交换，尾液的CODcr值逐渐升高，到第5次时CODcr的去除率仍可达39％，说明纤维仍未饱和。在本试验条件下，如采用吸附柱，可用逆流串联方式，使废水从纤维接近饱和柱流入，最后从新纤维柱流出，控制一定条件就可使尾液达标。
2．4 强酸阳离子交换纤维的再生
　　NaOH或NaCl水溶液均可使纤维的性能完全恢复，但考虑到价格和再生剂的来源，本试验采用浓度为1mol／L的NaCl溶液再生。将前述吸附过阿特拉津饱和液和农药废水的强酸离子交换纤维用浓度为1mol／L的氯化钠再生后，再用其处理废水，结果列于表6。

表6 再生纤维与新纤维处理效果比较

纤维类型 新强酸纤维（钠型） 再生过的强酸纤维（钠型） 停留时间/min 30 29 尾液ρ（CODcr）/（mg.L^-1) 116 101 CODcr去除率/% 84.06 86.13

　　表6结果表明，用氯化钠再生的纤维性能可复原，废水CODcr值仍能降低80％以上。
　　从表3--表6结果看，强酸纤维（钠型）动态下能净化含阿特拉津等有机物废水。

3 结论

　　强酸性阳离子交换纤维。弱酸性阳离子交换纤维可处理含阿特拉津等有机物的废水，强酸性纤维优于弱酸性纤维。
　　强酸性纤维吸附有机物后，可用浓度为1mol／L氢氧化钠或氯化钠溶液再生，性能可恢复，建议采用浓度为1mol／L的NaCl溶液再生。

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　　作者简介：周绍箕（1932－）．男，天津人，教授，从事离子交换纤维、表面活性剂、染整助剂研究．电话（010）63523913。