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    改性凹土處理印染廢水的研究

    中國污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間:2010-1-18 11:49:31

    污水處理技術(shù) | 匯聚全球環(huán)保力量,降低企業(yè)治污成本

    印染廢水量大,組分復雜,色度深,毒性強,難降解,是較難處理的工業(yè)廢水之一。對其進(jìn)行經(jīng)濟有效的處理,一直是環(huán)保研究的熱點(diǎn)[1]。凹凸棒土(簡(jiǎn)稱(chēng)凹土)是一種富鎂的硅酸鹽粘土礦物,呈針狀結晶,具有獨特的三維空間結構和較大的比表面積[2]。天然凹土有很高的吸附活性,而且成本低,其價(jià)格僅為活性炭的1/5—1/10[3],而且資源豐富,現已探明江蘇盱眙儲量高達2.72億t,占全球凹土總儲量的近50% ,為世界優(yōu)質(zhì)礦藏[4]。本實(shí)驗采用的凹土來(lái)自盱眙原礦經(jīng)簡(jiǎn)單物理粉碎后的產(chǎn)品。印染廢水取自江蘇清印集團有限公司廢水處理中心,主要含有堿性綠染料和堿性淡黃色染料[5]。本文主要考察了凹凸棒土熱處理改性條件、投加量、吸附時(shí)間以及廢水pH值等因素對處理效果的影響。

    1 原料和儀器

    1.1 主要原料。凹凸棒土、印染廢水、鄰苯二甲酸氫鉀、鹽酸、氫氧化鈉。

    1.2 主要儀器。日立S-3000掃描電鏡、XH9004B型COD測定儀、XHgOO1B型恒溫消解器、JA1003型電子天平、PHS-3C型精密pH計、766型遠紅外電熱恒溫干燥箱、HH—S型恒溫水浴鍋、651l型電動(dòng)攪拌機、SG型坩堝電阻爐、K跚D4型溫度控制器、SHB多用真空。

    2 實(shí)驗方法

    將凹凸棒土置于坩堝電阻爐里,經(jīng)200oC、280oC、360oC、420oC、500oC、580oC焙燒lh,冷卻研磨至100目以上。稱(chēng)取一定量熱改性后的凹凸棒土置于0.25L錐形瓶中,注入100mL待處理印染廢水,在振蕩器中以180r/rain振蕩吸附lh(未單獨考慮吸附時(shí)間的影響時(shí)均取lh),靜置后取上清液測定有關(guān)水質(zhì)參數。用鄰苯二甲酸氫鉀配置高濃度試劑和標準溶液,用COD測定儀和恒溫消解器對印染廢水進(jìn)行檢測,用比色法檢測印染廢水的色度[6]。

    3 結果與討論

    3.1 凹凸棒土熱改性對印染廢水處理效果的影響

    天然凹土結構中含有吸附水、沸石水、結晶水和結構水[7]。在處理印染廢水之前對凹土進(jìn)行熱處理改性,一方面脫除水份,增大有效比表面積;另一方面活化吸附中心,提高其吸附效果。對于凹凸棒土改性還可以通過(guò)酸洗,來(lái)除去凹凸棒土礦中的雜質(zhì)[8],我們前期做過(guò)這個(gè)方面的試驗,但吸附效果提高并不顯著(zhù),而且還增加了處理成本,所以這里主要考慮熱處理改性。根據凹土的熱分析結果,在100 200℃之間,其沸石水和吸附水脫出:200 300℃之間結晶水脫出;400 500℃之間其內部的結構水脫出[9]。

    對高溫焙燒改性處理前、后凹凸棒土的三種典型形態(tài)用掃描電鏡觀(guān)察,選取的放大倍率為一萬(wàn)(10K)。從掃描電鏡可觀(guān)察到凹凸棒土的三種典型微觀(guān)形狀:原礦粉經(jīng)物理粉碎后,分散比較均勻,但表面光滑,比表面積較;經(jīng)420~C焙燒改性,凹凸棒土在脫出結構水后,孔隙率增大,表面相對較原礦疏松粗糙,纖維束較分散,有利于吸附;經(jīng)580~C高溫焙燒的凹凸棒土,部分孔道塌陷,針狀纖維束緊密燒結在一起,孔隙容積和比表面積均較420~C焙燒改性的樣品有所減小。下面將詳細考察不同熱活化改性的凹凸棒土對印染廢水的處理效果。

    取lg經(jīng)改性處理過(guò)的凹凸棒土對原始pH值為8.5的100mL(約100g)印染廢水COD(為1 400.2 mg/L)及色度(為620倍)的去除效果隨改性溫度的變化見(jiàn)圖4。未改性的原土在相同條件下處理該印染廢水后COD降為1 217.6mL/L,去除率為13.0%,色度降為478,去除率為22.9%。

    經(jīng)改性處理過(guò)的凹凸棒土對印染廢水COD及色度的去除率效果比原土均有明顯提高。從圖4中可見(jiàn),當凹凸棒土焙燒溫度低于420%;時(shí),印染廢水COD去除率隨著(zhù)焙燒溫度的上升而增加,當焙燒溫度為420%;時(shí),COD去除率達72.1%,色度去除率為93.8%。溫度繼續升高后,電鏡觀(guān)察到燒結現象造成比表面下降,活性吸附中心失活,印染廢水的COD和色度去除率均明顯下降(色度下降幅度沒(méi)有COD下降大,可能兩者吸附機理不同u叫)?梢(jiàn),適當溫度(420%;)的熱活化改性有利于疏通晶體中的通道,增大比表面積,改變表面特性,提高吸附性能。溫度過(guò)低或過(guò)高均降低了吸附力。

    3.2 印染廢水pH值對處理效果的影響。將100mL印染廢水的pH用鹽酸和氫氧化鈉調至310的范圍,分別投加1g經(jīng)420~C焙燒改性的凹凸棒土進(jìn)行振蕩吸附實(shí)驗,其COD及色度去除率隨pH值的變化見(jiàn)圖5。

     

    由圖5可知,在中性條件下,改性凹土對COD處理效果較差;當印染廢水呈酸性或堿性時(shí),改性凹凸棒土對印染廢水COD有較好的去除效果。在堿性條件下脫色和脫除COD效果比酸性條件好;當pH值為9時(shí),印染廢水的COD去除效果及脫色效果均較好,廢水中COD去除率為75.3%,色度去除率為94.5%。而該廢水本身pH值為8.5,所以綜合考慮,pH值為8.5~9.5時(shí)是用凹土處理堿性n¨印染廢水的較適宜條件。如果印染廢水本身為酸性,可以考慮將pH調節至6左右可能更合理。色度的變化雖然有與COD變化相似的趨勢,但pH為7時(shí)色度去除率并沒(méi)有明顯下降。這也再次說(shuō)明凹凸棒土對COD的去除和色度去除機理可能完全不同[12],色度去除可能僅是簡(jiǎn)單的表面物理吸附,而COD的去除還涉及到化學(xué)吸附,所以對pH的變化比較敏感,其吸附機理值得進(jìn)一步深入研究。

    3.3 凹凸棒土的投加量對印染廢水處理效果的影響。將pH調節為9的100mL印染廢水,分別投加0.5、1、1.5,2、2.5g經(jīng)420~C焙燒改性的凹凸棒土進(jìn)行振蕩吸附實(shí)驗,其COD及色度去除率隨添加量的變化見(jiàn)圖6。

    實(shí)驗結果表明,當420℃焙燒改性后的凹凸棒土處理pH為9的100mL印染廢水時(shí),COD和色度的去除率隨凹凸棒土投加量的增加而呈上升趨勢;當投加量為2.5g時(shí),COD去除率為81.2%,色度去除率為98.8%;但當投加量大于1g時(shí),COD和色度去除率的遞增變化不明顯。因此綜合考慮,此印染廢水的較佳投加量可選擇10—15g(凹土)/L(印染廢水)。

    3.4 吸附時(shí)間對印染廢水處理效果的影響。將pH調節為9的100mL印染廢水,投加lg經(jīng)420oC焙燒改性的凹凸棒土進(jìn)行振蕩吸附實(shí)驗,其COD及色度去除率隨吸附時(shí)間的變化見(jiàn)圖7。

    吸附初始階段,COD和色度的去除率呈明顯上升趨勢,當吸附時(shí)間達60min后,去除率曲線(xiàn)已趨于平坦,此時(shí)吸附基本平衡。說(shuō)明改性凹凸棒土處理此印染廢水的較佳吸附時(shí)間為60 90min。

    4 結論

    經(jīng)焙燒改性的凹凸棒土吸附劑在印染廢水治理應用中具有良好的效果,該吸附劑原料價(jià)格低廉,改性制備過(guò)程簡(jiǎn)單,成本低,具有工業(yè)應用價(jià)值。改性凹凸棒土處理此印染廢水的最佳工藝條件是:廢水pH控制在8.5 9.5范圍內,吸附劑投加量為10—15g(凹土)/L(印染廢水),吸附時(shí)間為60—90min。COD去除率可達80%,脫色率高達98%,處理過(guò)的廢水可以達到國家排放標準。

    參考文獻
    1 蔡冬鳴、李圭白、胡景霞.錳砂與粉末活性炭對印染廢水脫色的研究[J].給水排水.2OO4.3o(12):51—55.
    2 楊秀敏、胡桂娟.凹凸棒石修復鎘污染的土壤[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報.2OO4.14(2):80~82.
    3 夏新奎、劉德汞.酸化膨潤土對印染廢水脫色實(shí)驗研究[J].信陽(yáng)農業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報.2OO3.13(2):13~14.
    4 張國字、王鵬.凹凸棒石粘土及在水處理中的應用[J].工業(yè)水處理.2003.2.3(4):1~5. 作者: 胡 濤,郭迎衛,嚴 群

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