改性粉煤灰處理印染廢水的試驗(yàn)研究

1、改性粉煤灰處理印染廢水的試驗(yàn)研究width=685 改性粉煤灰處理印染廢水的試驗(yàn)研究劉旭東 1,2,3胡桂玲 3解英麗 3王京城 2 (1. 大連理工大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)院遼寧大連116024;2. 遼寧省環(huán)科院沈陽110031; 3.沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院沈陽 110168) 摘要 : 通過比較不同改性劑改性的粉煤灰對(duì)印染廢水的處理效果,驗(yàn)證了 ca(oh)2改性粉煤灰的優(yōu)越性,并對(duì)影響廢水處理效果的主要操作條件進(jìn)行了試驗(yàn)研究,確定了最佳反應(yīng)條件。研究表明,改性粉煤灰的投加量、ph 、吸附時(shí)間等對(duì)廢水的處理效果影響很大。投加量為 20 g/l、ph=8 、吸附時(shí)間為30 min為最佳操作

2、條件,脫色率、 codcr 、ss 去除率分別達(dá)到 98.2%,80.9%,72.3%。改性粉煤灰不但能有效處理印染廢水,并且處理后的粉煤灰可以用來制磚或水泥。關(guān)鍵詞 :印染廢水改性粉煤灰吸附絮凝據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),每年大約有近1.6 億 m3 的含染料廢水排入各類水體中。這類廢水成分復(fù)雜 ,濃度高 ,色度大 ,含有大量難降解物質(zhì) ,硝基、胺基化合物及銅、 鉻、 鋅、 砷重金屬元素等多種有害物質(zhì)。如果未達(dá)標(biāo)排放,不僅直接危害人們的身體健康 ,而且嚴(yán)重破壞水體、土壤及其生態(tài)系統(tǒng)。因此,有效 解決印染廢水問題不僅應(yīng)能有效脫除廢水的色度,還應(yīng)能有效去除廢水中的污染物質(zhì),有效降低廢水中的codcr 、bod

3、 。 粉煤灰是燃煤電廠大量排放的一種固體廢棄物。我國每年排出的粉煤灰如不加以利用而直接送往貯灰場(chǎng),占地面積將達(dá)3.33萬 hm2以上 ,占用大量土地,浪費(fèi)大量資金。不 僅如此 ,還由于粉煤灰的滲濾和飛揚(yáng)等原因而污染地下水、大氣、土壤等。特別是粉煤灰中攜帶的有害物質(zhì),如致癌元素、放射性元素、 pahs( 多環(huán)芳烴類 ) 等有機(jī)污染物,可對(duì)人體健康造成危害。粉煤灰是一種多孔性松散固體集合物,其 主要成分是sio2 、 al2o3 、 fe2o3 、 feo, 占 70% 左右 , cao 、 和 mgo含量較少 ,比表面積較大(2 500-5 000 cm2/g)。因此 利用粉煤灰處理印染廢水,實(shí)

4、現(xiàn)以廢治廢 ,具有重大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。 1試驗(yàn)部分 1.1試驗(yàn)儀器與藥品試驗(yàn)儀器 :分析天平 ,分光光度計(jì) ,酸度計(jì) (phb-9901 測(cè)試儀 ), 攪拌機(jī) ,烘干機(jī) ,碾碎機(jī),500 ml全玻璃回流裝置, 加熱裝置 (電爐 )。實(shí)驗(yàn)藥品 :粉煤灰 (沈陽某火力發(fā)電廠),化學(xué)成分如表 1 所示。試劑包括:h2so4、 hcl、k2cr2o7、naoh 、ca(oh)2、 (nh4)2fe(so4)2、 agso4 、hgso4( 分析純 )。 1.2試驗(yàn)原水采用沈陽某印染廠廢水,該廢水的初始codcr=1 220 mg/l,ss=0.937 g/l,ph=9,色度為 1 000度。 1

5、.3試驗(yàn)方法采用不同的改性劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性,并且比較未改性粉煤灰和改性粉煤灰對(duì)印染廢水的處理效果 ,選出最佳改性方案 ,研究改性粉煤灰在不同的投加量、吸附時(shí)間、ph 值條件下對(duì)印染廢水處理效果的影響。 (1)粉煤灰改性的試驗(yàn)方法。取 400 ml改性劑溶液 ,投 加 100 g粉煤灰 ,然后在室溫下以 200 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30 min,靜置沉淀30 min,抽濾 ,最后將所得固體洗凈后烘干,碾 碎,制得改性粉煤灰。 (2)粉煤灰的效果試驗(yàn)。 取一定量的灰和100 ml印染 廢水加入到具塞錐形瓶中,在磁力攪拌器上以200 r/min的 速度攪拌吸附一定時(shí)間,離心分離后取上清液測(cè)定處理后

6、廢水的codcr 、色度、固體懸浮物ss 。 1.4分析方法重鉻酸鉀法測(cè)cod; 鉑鈷比色法測(cè)色度; 重量法測(cè)固體懸浮物 ss 。 2結(jié)果與討論 2.1最佳改性劑的選擇取粉煤灰、 h2so4改性粉煤灰、 hcl 改性粉煤灰、 ca(oh)2 改性粉煤灰各2 g分別加入到 100 ml印染廢水中 ,并調(diào)至 ph =2,在 20 下 200 r/min轉(zhuǎn)速攪拌30 min,然后靜置 30 min, 取部分上清液過濾烘干后測(cè)ss, 其余的固液混合物離心,取上清液測(cè)codcr和色度。結(jié)果見圖1- 圖 3。由圖 1- 圖 3 可以看出 ,ca(oh)2改性粉煤灰相對(duì)于其他2 種改性粉煤灰和未改性粉煤灰來

7、說 ,對(duì) codcr 去除率、脫色率以及 ss 去除率效果要好,它們分別是80.8%、97% 、70.4%。改性后的粉煤灰比未改性時(shí)處理效果好,其中脫色率由未改性前的 85% 增加到97% ,codcr去除率由 56.07%增至 80.8%。從圖中還可以觀察到堿改性粉煤灰比酸改性粉煤灰處理印染廢水效果稍微好些。粉煤灰能處理印染廢水是因?yàn)榉勖夯抑饕煞譃閟io2 和 al2o3, 屬硅鋁酸鹽 ,而且還含有一定量的 fe2o3 、cao 、mgo 和未燃盡的碳,并且粉煤灰的比表面積較大 ,表面能高 ,存在著許多鋁、硅等活性點(diǎn)1(si o si鍵、 al o al鍵與具有一定極性的有害分子產(chǎn)生偶極偶

8、極鍵的吸附,粉煤灰中次生的帶正電荷的硅酸鋁、硅酸鈣和硅酸鐵和發(fā)色基團(tuán)等陰離子之間可形成離子交換或離子對(duì)的吸附 ), 因此具有較強(qiáng)的吸附能力。粉煤灰中的一些成分還能與廢水中的有害物質(zhì)發(fā)生吸附 絮凝沉淀協(xié)同作 用而使廢水得以凈化。此外 ,由于粉煤灰是多種顆粒的混合物,空隙率較大 ,廢水通過粉煤灰時(shí) ,粉煤灰也能起到過濾截留一部分懸浮物的作用。酸改性能提高廢水處理效果的主要原因是由于粉煤灰成分中含有al2o3 、cao 、fe2o3+feo等金屬氧化物 ,酸浸的結(jié)果使這些金屬氧化物與酸反應(yīng),生成了鐵和鋁的硫酸鹽、氯化物等具有較強(qiáng)的吸附脫色及凝聚作用的無機(jī)鹽。當(dāng)改性粉煤灰投加到廢水中時(shí),吸附于粉煤灰表

9、面的鐵和鋁的硫酸鹽、氯化物與水中的染料分子結(jié)合,而粉煤灰顆粒又可作 為絮凝體的載體,提高了混凝沉淀的速率。另一方面 ,用酸 改性的粉煤灰,表面狀況發(fā)生了較大變化 ,由原來的光滑致密變得粗糙不平,出現(xiàn)了許多深淺不一的孔洞,空隙的通透性也有大的改善 ,使粉煤灰顆粒的比表面積增加,增強(qiáng)了吸附能力 ,更有利于染料的吸附去除。 ca(oh)2改性粉煤灰之所以處理效果比酸改性粉煤灰好在于 2:加入的ca2+ 與染料中的磺酸基作用生成磺酸鹽沉淀 ,與粉煤灰構(gòu)成吸附絮凝沉淀協(xié)同作用;粉煤灰中sio2 、 a12o3等雖具有化學(xué)活性,但這種活性是潛在的,要 靠 ca(oh)2等堿性物質(zhì)來激發(fā)其活性 ,破壞粉煤灰

10、所具有的致密玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)和表面保護(hù)膜層,使其內(nèi)部可溶性al2o3 、 sio2的活性被釋放出來,使它們進(jìn)行水化反應(yīng),生成二次水化產(chǎn)物 ,使粉煤灰中玻璃體的 si o, al o鍵在水化反應(yīng)中快速斷裂 ,從而大大提高了粉煤灰的吸附能力;改性后 的粉煤灰表面含大量al3+ 等離子 ,具有較高正電荷,對(duì)原水 中懸浮顆粒表面具有強(qiáng)烈吸附性 ,可有效地降低或消除水中懸浮膠體的 電位 ,壓縮雙電層 ,使其脫穩(wěn) ,并水解成多種多核絡(luò)合物 ,電荷隨著縮聚反應(yīng)的進(jìn)行不斷升高,使絮凝向更有利于除去水中懸浮物的方向進(jìn)行。 2.2ca(oh)2改性粉煤灰最佳投加量的確定取 5 份 100 ml印染廢水 ,分別投加 ca

11、(oh)2改性粉煤灰 0.5 g、 1 g 、 1.5 g 、 2.0 g 、2.5 g,在 20 下 200 r/min轉(zhuǎn)速攪拌吸附 30 min,測(cè)得投加量與脫色率、codcr 、ss的關(guān)系見圖4。從圖 4 中可以看到codcr去除率、脫色率、ss 去除率都是隨著粉煤灰投加量的增加處理效果越來越好。ss 去除率 由原來投加量為0.5 g/100 ml(廢水 ) 時(shí)的 54.54%增加到 70.1%。脫色率在投加量為2 g/100 ml(廢水 )時(shí)達(dá)到最大 96.8% ,因?yàn)樵谕都恿枯^小時(shí)以絮凝沉降為主,在投加量較大時(shí)以吸附作用為主,對(duì)于色度的去除,主要靠吸附作用。粉煤灰對(duì)印染廢水中有色物質(zhì)

12、的吸附3-6是固體在溶液中的吸附 ,其吸附劑、溶質(zhì)、溶劑3 者極性不同對(duì)吸附量是有影響的。一般非極性的吸附劑易于吸附非極性強(qiáng)的物質(zhì)。粉煤灰屬非極性吸附劑,而印染廢水中引起色度的物質(zhì),大多 數(shù)為極性較差的有機(jī)物,因此易被吸附劑吸附。 codcr去除 率達(dá)到 79.7%,略微小于投加量為2.5 g/100 ml(廢水 )時(shí)的80.0%,但當(dāng)改性粉煤灰的投加量大于2 g/100 ml(廢水 ) 時(shí),隨投加量的增加codcr的去除率增加并不明顯,這說明粉煤灰和其他吸附劑一樣,在達(dá)到吸附飽和之前,去除率隨投加量的增加而增加,但增加到一定程度就會(huì)飽和不再增加。其實(shí)并非投加量越大越好,因?yàn)橥都恿看罅藭?huì)給后續(xù)

13、廢渣處理帶來困難。綜合考慮選2g/100 ml(廢水 ) 為最佳投加量。 2.3ca(oh)2改性粉煤灰最佳ph 值的確定取 6 份 100 ml印染廢水 ,均投加 2.0 g粉煤灰 ,分別調(diào)節(jié) ph=2 、4、6 、8、10 、12,在 20 下 200 r/min轉(zhuǎn)速攪拌 ,吸附 30 min,測(cè)得 ph 與脫色率、 codcr 、ss 的關(guān)系見圖 5。 由圖 5 觀察到脫色率先從大變小,在 ph=4時(shí)最小 ,然 后上升達(dá)到98.2%。這可能是因?yàn)樵谒嵝詶l件下粉煤灰中的 al2o3 、fe2o3與 h+ 反應(yīng) ,生成了 al3+ 和 fe3+, 這樣既生成了無機(jī)絮凝劑 ,產(chǎn)生絮凝沉降作用,

14、同時(shí)又增加了粉煤灰的比表面積 ,提高了其吸附性。 但是由于粉煤灰在ph=4時(shí)的 電性和染料膠體顆粒的電性相同,它們之間強(qiáng)烈的排斥力占 了優(yōu)勢(shì) 7,8,使吸附效果變差。codcr的去除率在ph=6時(shí)達(dá) 到最大即81.2%,codcr的去除以絮凝沉降為主,可能是因?yàn)樵?ph=6時(shí)絮凝沉降效果最佳,所以處理效果最好。 ss 的 去除率由 ph=2時(shí)的 57.2%增加到 ph=12時(shí)的 73.8%,可 能在堿性條件下al3+ 和 fe3+ 與 oh- 反應(yīng)生成al(oh)3、fe (oh)3絮凝體 ,以粉煤灰為載體形成網(wǎng)捕 ,加快了沉淀速度, 使得 ss 的除去率提高。綜合3 方面的處理效果再結(jié)合此印

15、染廢水 ph=9,所以容易調(diào)節(jié)至最佳,于是確定ph=8時(shí)為最佳ph 值。 2.4ca(oh)2改性粉煤灰最佳吸附時(shí)間的確定取 100 ml印染廢水 ,投加 2.0 g粉煤灰 ,調(diào)節(jié) ph=8,在 20 的條件下200 r/min轉(zhuǎn)速攪拌每隔5 min測(cè)一下脫色率、 codcr 、 ss 去除率 ,直到穩(wěn)定不再變化,結(jié)果見圖 6。 由圖 6 可見 ,在吸附開始的一段時(shí)間內(nèi)codcr去除率 ,脫 色率、 ss 去除率均上升較快,以后慢慢趨于平緩。這種先快后慢的過程 ,是由于粉煤灰剛加入廢水中時(shí)粉煤灰表面和溶液中染料分子的濃度差最大,由此產(chǎn)生的吸附推動(dòng)力也最大 ,造成了吸附開始一段時(shí)間進(jìn)行較快9,1

16、0。隨著時(shí)間的推移 ,粉煤灰的表面和染料分子的濃度差逐漸減小,吸附推動(dòng)力減弱 ,吸附過程趨于緩慢。當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到30 min后,基 本穩(wěn)定 ,達(dá)到飽和。為了節(jié)能,選最佳吸附時(shí)間為30 min。 3結(jié)論 (1)粉煤灰的投加量、ph、吸附時(shí)間對(duì)印染廢水的處理效果都有很大影響,通過試驗(yàn)測(cè)得最佳的處理?xiàng)l件是:投加量 2 g/100ml(廢水 ),ph=8,吸附時(shí)間為30 min。不過由于不同 的粉煤灰化學(xué)成分不同,印染廢水的染料成分不同,所以在 此試驗(yàn)中測(cè)得的最佳處理?xiàng)l件有一定的局限性。 (2)改性粉煤灰處理印染廢水,可以用堿性或酸性的廢渣、 廢氣及廢液來改性,用其處理印染廢水達(dá)到 “ 以廢治廢 ”的

17、目的 ,同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。 (3)改性粉煤灰處理印染廢水效果顯著,處理后水質(zhì)達(dá)到三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),并且還可以用處理后的廢渣制磚和水泥11,既保護(hù)環(huán)境又節(jié)約能源。在此試驗(yàn)中沒有研究其制成磚或水泥的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。下一階段的試驗(yàn)將在實(shí)驗(yàn)室中制磚測(cè)其抗凍性及其結(jié)構(gòu)性能等。參考文獻(xiàn) 1趙利 ,原永濤 ,宗翔鵬 ,等.ph 值對(duì)粉煤灰處理印染廢水的影響. 粉煤灰綜合利用,2005(6):40-42. 2楊曉慶 .粉煤灰對(duì)水溶性染料脫色處理的研究: 學(xué)位論文 . 南 京: 南京理工大學(xué),2006. 3李亞峰 ,孫鳳海 ,牛晚揚(yáng) ,等.粉煤灰處理廢水的機(jī)理及應(yīng)用.礦業(yè) 安全與環(huán)保,2001,28(

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