沸石化粉煤灰的染色废水处理效果

沸石化粉煤灰的染色废水处理效果

摘要:文章利用粉煤灰处理染色废水,首先,用水热合成法制备沸石化粉煤灰,找出制备沸石化粉煤灰的最佳条件:NaOH浓度1mol/L,100℃水热晶化4h,在马弗炉中700℃焙烧1h。然后用沸石化粉煤灰处理亚甲基兰模拟废水,找出最佳处理条件:沸石化粉煤灰投加量10g/L,搅拌时间25min,废水pH值2,废水初始浓度0.06g/L,亚甲基兰废水处理后的脱色率和COD去除率最佳。此研究成果可用于染色废水处理,前景广阔。

关键词:沸石化粉煤灰;亚甲基兰废水;脱色率;COD去除率

印染行业的废水含有大量染料、化学品,色度、COD值和BOD值均很高,是难以处理的工业废水之一,而粉煤灰是煤燃烧后形成的多孔状材料,通过一系列处理可以增加其微孔隙,增大比表面积[1],对印染行业废水中的一些有机质和污染物具有良好的吸附性,降低印染废水的色度、COD值和BOD值,对高浓度的印染废水起到初步处理作用[2]。

1实验部分

1.1实验仪器

N752型红外分光光度计、PHS-25型数显酸度计、HH-SII恒温水浴锅、JB90-D磁力加热搅拌器、101A-TB电热鼓风干燥箱、106-4真空烘箱、BS223D电子天平、SHZ-IIIA真空抽滤机、SRJX-49箱式电阻炉(马弗炉)、100目筛网[3]。

1.2实验药品

粉煤灰(齐市热电厂)、亚甲基兰(工业级)、NaOH(分析纯)、浓硫酸(50%,分析纯)、高锰酸钾(分析纯)、邻菲罗啉(分析纯)、硫酸亚铁铵(分析纯)、硫酸汞(分析纯)、重铬酸钾(分析纯)、硫酸银(分析纯)等[3]。收稿日期:2019-09-08作者简介:龚真萍(1969—),女,黑龙江宝清人,副教授。

1.3用沸石化粉煤灰处理亚甲基兰废水

首先制备沸石化粉煤灰,将粉煤灰研碎,过100目筛网,得到粉煤灰粉末,后用水热合成法制备沸石化粉煤灰。用制备的沸石化粉煤灰处理亚甲基兰模拟废水(50mg/L),用重铬酸钾法测定处理前和处理后亚甲基兰模拟废水的COD值,计算COD去除率,用分光光度法测定吸附前和吸附后的亚甲基兰模拟废水的质量浓度,然后计算脱色率。研究沸石化粉煤灰处理亚甲基兰模拟废水的各种单因素条件对COD去除率和脱色率的影响。

1.4测试方法

1.4.1染色废水COD去除率的测定

沸石化粉煤灰处理前和处理后的亚甲基兰模拟废水的COD值均依照HJ828《水质化学需氧量的测定重铬酸钾法》来测定。

1.4.2染色废水脱色率的测定

将用沸石化粉煤灰处理前和处理后的亚甲基兰模拟废水各取5mL,稀释到50mL容量瓶中,用分光光度法测定吸附前和吸附后的亚甲基兰模拟废水的质量浓度,然后用式2计算脱色率。

2结果与讨论

2.1沸石化粉煤灰制备的最佳条件研究

用水热合成法制备沸石化粉煤灰[6]。先配制不同摩尔浓度的NaOH溶液,再投入50g粉煤灰,搅拌均匀,制成NaOH和粉煤灰的混合液;然后将二者的混合液置于水浴锅中在100℃水热晶化一定时间后取出,用真空抽滤机抽滤,把抽滤出的粉煤灰用干燥箱干燥;将烘干后的粉煤灰送入马弗炉中在不同温度下焙烧1h,取出冷却备用。依据脱色率找到制备沸石化粉煤灰的最佳工艺条件。可以看出,制备沸石化粉煤灰的最佳工艺条件为:NaOH浓度1mol/L,100℃水热晶化4h,在马弗炉中焙烧温度700℃,焙烧1h。

2.2沸石化粉煤灰处理亚甲基蓝模拟废水

用制备的沸石化粉煤灰处理亚甲基蓝模拟废水,用1.4.1和1.4.2的方法分别测定处理后亚甲基蓝模拟废水的COD去除率和脱色率。探讨沸石化粉煤灰的投加量、搅拌时间、亚甲基兰废水的pH值、亚甲基兰废水的初始浓度对COD去除率和脱色率的影响。

2.2.1沸石化粉煤灰投加量对亚甲基兰模拟废水处理效果的影响

亚甲基兰模拟废水初始浓度为0.05g/L,分别投入2g/L、4g/L、8g/L、10g/L、12g/L的沸石化粉煤灰,调节亚甲基兰废水的pH值为3,用磁力搅拌器搅拌20min,然后静置30min,取上层清液,测得处理后废水的COD去除率和脱色率分别如图1、图2所示。从图1、图2可知,刚开始,随着沸石化粉煤灰投加量的增加,亚甲基蓝模拟废水处理后的脱色率和COD去除率逐渐增加,当沸石化粉煤灰投加量达到10g/L时,脱色率和COD去除率达到最大值,然后随着粉煤灰投加量的增加,脱色率和COD去除率逐渐下降。这是因为刚开始投入的沸石化粉煤灰的量太少,不足以吸附亚甲基兰废水中的污染物,所以随着沸石化粉煤灰的投加量增加,对亚甲基兰废水中的污染物吸附量逐渐增加,使得脱色率和COD去除率逐渐下降,但是当沸石化粉煤灰的投加量超过一定浓度,除了一部分用于吸附废水中的污染物,多余的沸石化粉煤灰反而在水溶液中形成悬浮颗粒物,导致脱色率和COD去除率增加[7]。

2.2.2搅拌时间对亚甲基兰模拟废水处理效果的影响

亚甲基兰模拟废水初始浓度为0.05g/L,投入10g/L的沸石化粉煤灰,调节亚甲基兰废水的pH值为3,用磁力搅拌器分别搅拌5min、10min、15min、20min、25min、30min,然后静置30min,取上层清液,测得处理后废水的COD去除率和脱色率。可知,用沸石化粉煤灰处理亚甲基兰模拟废水,随着搅拌时间的延长,亚甲基兰废水的脱色率和COD去除率逐渐提高,但是当搅拌时间达到25min时,脱色率和COD去除率达到最大值,然后随着搅拌时间的延长,脱色率和COD去除率反而略微下降。这是因为刚开始随着搅拌时间的延长,粉煤灰颗粒与废水中污染物接触时间长,吸附量会逐渐增加,使得脱色率和COD去除率逐渐增加,但是当搅拌时间达到一定时间时,粉煤灰对废水中污染物的吸附已经达到平衡,再继续延长搅拌时间反而会破坏已经达到的吸附平衡,导致已经吸附的污染物部分解析,使得处理后废水的脱色率和COD去除率有所下降[8]。

2.2.3亚甲基兰废水的pH值对处理效果的影响

亚甲基兰模拟废水初始浓度为0.05g/L,投入10g/L的沸石化粉煤灰,分别调节亚甲基兰废水的pH值为2、4、6、8、10、12,用磁力搅拌器搅拌20min,然后静置30min,取上层清液,测得处理后废水的COD去除率和脱色率分别如图5、图6所示。可知,在酸性条件下,沸石化粉煤灰对亚甲基兰废水处理后的脱色率和COD去除率比较好,但是随着亚甲基兰废水的pH值逐渐增加,脱色率和COD去除率逐渐下降,尤其在碱性条件下,脱色率和COD去除率较差。这是因为在酸性条件下,废水中的H+能与粉煤灰中的氧化铝发生反应生成氢氧化铝絮凝剂,而且会使粉煤灰的比表面积增大,大大提高了粉煤灰的吸附效果,使得处理后废水的脱色率和COD去除率较高;但是随着废水的pH值升高,尤其到碱性条件时,废水中的OH-离子与同样是阴离子的染料分子形成竞争吸附,使得粉煤灰对染料分子的吸附能力大幅削弱,导致处理后废水的脱色率和COD去除率急剧下降[9]。因此,亚甲基兰废水的pH值为2时,处理效果最好。

2.2.4亚甲基兰废水初始浓度对处理效果的影响

可知,刚开始,随着亚甲基兰废水初始浓度的增加,沸石化粉煤灰对亚甲基兰废水处理后的脱色率和COD去除率逐渐提高,当亚甲基兰废水的初始浓度达到0.06g/L时,脱色率和COD去除率最高,而后随着亚甲基兰废水初始浓度的增加,脱色率和COD去除率逐渐下降,说明亚甲基兰废水的初始浓度对处理效果也有影响。

3结论

制备沸石化粉煤灰的最佳工艺条件为:NaOH浓度为1mol/L,100℃水热晶化4h,在马弗炉中焙烧温度700℃,焙烧1h。沸石化粉煤灰的投加量是10g/L,搅拌时间25min,废水的pH值为2,废水的初始浓度为0.06g/L时,沸石化粉煤灰处理亚甲基兰模拟废水的处理效果最好。

参考文献:

[1]宋剑飞,李立清,李丹.粉煤灰资源化及其综合利用[J].江苏环境科技,2003,16(2):41—42.

[2]姜照原,李妍,宋俊芳.粉煤灰在处理印染废水中的应用[J].水处理技术,1995,21(2):94.

[3]龚真萍.酸改性粉煤灰对活性染料废水的处理效果[J].染整技术,2017,39(3):58—61.

[4]HJ828—2017水质化学需氧量的测定重铬酸钾法[S].北京:中国环境出版社,2017.

[5]张竹清.粉煤灰对有机活性染料脱色效果的研究[J].吉林农业大学学报,2003,25(4):416—418,424.

[6]石德智,张金露,张超,等.粉煤灰水热法合成沸石的研究进展[J].安全与环境学报,2016,16(3):273—279.

[7]王小英,韩宝平.粉煤灰治理污染物的机理及应用[J].中国资源综合利用,2002,(3):19—22.

[8]张文艺,翟建平,李琴.粉煤灰吸附法处理污水机理[J].粉煤灰综合利用,2006,(2):54—56.

[9]阎存仙,周红,李世雄.粉煤灰对染料废水的脱色研究[J].环境污染与防治,2000,22(5):3—5,9.

作者:龚真萍 单位:齐齐哈尔大学