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1、个人资料整理仅限学习使用改性粉煤灰处理印染废水的实验研究idth=685 改性粉煤灰处理印染废水的实验研究刘旭东 1,2,3胡桂玲 3解英丽 3王京城 2 1. 大连理工大学环境与生命学院辽宁大连116024。2. 辽宁省环科院沈阳 110031。 3. 沈阳建筑大学市政与环境工程学院阳 110168 摘要 : 通过比较不同改性剂改性的粉煤灰对印染废水的处理效果,验证了 Ca(OH2改性粉煤灰的优越性,并对影响废水处理效果的要操作条件进行了实验研究,确定了最佳反应条件。研究表明,改性粉煤灰的投加量、pH、吸附时间等对废水的处理效果影响很大。加量为 20 g/L、pH=8 、吸附时间为30 mi
2、n为最佳操作条件,脱色率、 CODCr 、SS 去除率分别达到 98.2%,80.9%,72.3%。性粉煤灰不但能有效处理印染废水,并且处理后的粉煤灰可以用来制砖或水泥。关键词 : 印染废水改性粉煤灰吸附絮凝据不完全统计,每年大约有近1.6亿 m3 的含染料废水排入各类水体中。这类废水成分复杂,浓度高 ,色度大 ,含有大 量难降解物质基、胺基化合物及铜、铬、锌、砷重金属元素等多种有害物质。如果未达标排放,不仅直接危害人们的身体健康 ,而且严重破坏水、土壤及其生态系统。因此,有效 解决印染废水问题不仅应能有效脱除废水的色度,还应能有效去除废水中的污染物质,有效降低废中的 CODCr 、BOD 。
3、 粉煤灰是燃煤电厂大量排放的一种固体废弃物。我国每年排出的粉煤灰如不加以利用而直接送往贮灰场,占面 积将达 3.33万 hm2以上 ,占用大量土地 ,浪费大量资金。不仅如此 ,还由于粉煤灰的渗滤和飞扬等原因而污染地下水、大气、土等。特别是粉煤灰中携带的有害物质,如致癌元素、放射性元素、PAHS( 多环芳烃类 等有机污染物,可对人 体健康造成危害。粉煤是一种多孔性松散固体集合物,其 主要成分是SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、FeO, 占 70% 左右 , CaO 、和 MgO含量较少 ,比表面积较大2 500-5 000 cm2/g。因此 利用粉煤灰处理印染废水,实现以废治废,具有重大的
4、环境效益和经济效益。 1实验部分 1.1实验仪器与药品实验仪器 : 分析天平 ,分光光度计 ,酸度计 (PHB-9901 测试仪 , 搅拌机 ,烘干机 ,碾碎机 ,500 mL全玻璃回流装置, 加热装置 (电炉 验药品 :粉煤灰 (沈阳某火力发电厂, 化学成分如表 1 所示。试剂包括:H2SO4、HCl 、K2Cr2O7、NaOH 、a(OH2 、 (NH42Fe(SO42、AgSO4 、HgSO4(分析纯 。 1.2实验原水采用沈阳某印染厂废水,该废水的初始CODCr=1 220 mg/L,SS=0.937 g/L,pH=9,色度为 1 000度。精选学习资料 - - - - - - - -
5、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用 1.3实验方法采用不同的改性剂对粉煤灰进行改性,并且比较未改性粉煤灰和改性粉煤灰对印染废水的处理效果,选出最佳改性方案 ,研究改性粉灰在不同的投加量、吸附时间、pH 值条件下对印染废水处理效果的影响。 (1 粉煤灰改性的实验方法。取400 mL改性剂溶液 ,投 加 100 g粉煤灰 ,然后在室温下以200 r/min的转速搅拌30 min,静置沉30 min,抽滤 ,最后将所得固体洗净后烘干,碾 碎,制得改性粉煤灰。 (2 粉煤灰的效果实验。取一定量的灰和100 mL印染 废水加入到具塞锥形瓶中,在磁
6、力搅拌器上以200 r/min的 速度搅拌吸附定时间 ,离心分离后取上清液测定处理后废水的 CODCr 、色度、固体悬浮物SS 。 1.4分析方法重铬酸钾法测COD 。铂钴比色法测色度。重量法测固体悬浮物 SS 。 2结果与讨论 2.1最佳改性剂的选择取粉煤灰、 H2SO4改性粉煤灰、HCl 改性粉煤灰、Ca(OH2 改性粉煤灰各2 g 分别加入到100 mL印染废水中 ,并调至H =2, 在 20 下 200 r/min转速搅拌30 min,然后静置30 min, 取部分上清液过滤烘干后测SS, 其余的固液混合物离心,取上清液CODCr 和色度。结果见图1- 图 3。精选学习资料 - - -
7、 - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用由图 1- 图 3 可以看出 ,Ca(OH2改性粉煤灰相对于其他2 种改性粉煤灰和未改性粉煤灰来说,对 CODCr 去除率、脱色率以及 S除率效果要好 ,它们分别是80.8%、97% 、 70.4%。改性后的粉煤灰比未改性时处理效果好,其中脱色率由未改性前的 85% 增加97% ,CODCr去除率由56.07%增至 80.8%。 从图中还可以观察到碱改性粉煤灰比酸改性粉煤灰处理印染废水效果稍微好些。煤灰能处理印染废水是因为粉煤灰主要成分为SiO2 和 Al2O3, 属硅铝酸盐 ,而且
8、还含有一定量的 Fe2O3 、CaO 、MgO 和未燃尽的,并且粉煤灰的比表面积较大 ,表面能高 ,存在着许多铝、硅等活性点1(Si O Si键、 Al O Al键与具有一定极性的有害分子产生偶偶极键的吸附 ,粉煤灰中次生的带正电荷的硅酸铝、硅酸钙和硅酸铁和发色基团等阴离子之间可形成离子交换或离子对的吸附 此具有较强的吸附能力。粉煤灰中的一些成分还能与废水中的有害物质发生吸附絮凝沉淀协同作用而使废水得以净化。此外,由粉煤灰是多种颗粒的混合物,空隙率较大 ,废水通过粉煤灰时,粉煤灰也能起到过滤截留一部分悬浮物的作用。酸改性能提高废水处理效果的主要原因是由于粉煤灰成分中含有Al2O3 、CaO 、
9、Fe2O3+FeO等金属氧化物 ,酸浸的结果使这些属氧化物与酸反应,生成了铁和铝的硫酸盐、氯化物等具有较强的吸附脱色及凝聚作用的无机盐。当改性粉煤灰投加到废水中时,吸于粉煤灰表面的铁和铝的硫酸盐、氯化物与水中的染料分子结合,而粉煤灰颗粒又可作为絮凝体的载体,提高了混凝沉淀的速率。另方面,用酸 改性的粉煤灰 ,表面状况发生了较大变化,由原来的光滑致密变得粗糙不平,出现了许多深浅不一的孔洞,空隙的通透性也大的改善 ,使粉煤灰颗粒的比表面积增加,增强了吸附能力 ,更有利于染料的吸附去除。 Ca(OH2改性粉煤灰之所以处理效果比酸改性粉煤灰好在于 2:加入的 Ca2+ 与染料中的磺酸基作用生成磺酸盐沉
10、淀 ,与粉煤构成吸附 絮凝沉淀协同作用。粉煤灰中 SiO2 、A12O3等虽具有化学活性,但这种活性是潜在的,要 靠 Ca(OH2等碱性物质激发其活性 ,破坏粉煤灰所具有的致密玻璃态结构和表面保护膜层,使其内部可溶性Al2O3 、 SiO2的活性被释放出来,使它们进行水反应,生成二次水化产物 ,使粉煤灰中玻璃体的Si O, Al O键在水化反应中快速断裂 ,从而大大提高了粉煤灰的吸附能力。改性的粉煤灰表面含大量Al3+ 等离子 ,具有较高正电荷,对原水中悬浮颗粒表面具有强烈吸附性,可有效地降低或消除水中悬浮胶体的位,压缩双电层 ,使其脱稳 ,并水解成多种多核络合物,电荷随着缩聚反应的进行不断升
11、高,使絮凝向更有利于除去水中悬浮物的方向进。 2.2Ca(OH2改性粉煤灰最佳投加量的确定取 5 份 100 mL印染废水 ,分别投加Ca(OH2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转速搅吸附 30 min,测得投加量与脱色率、CODCr 、SS 的关系见图4。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用从图 4 中可以看到CODCr 去除率、脱色率、SS 去除率都是随着粉煤灰投加量的增加处理效果越来越好。SS 去除率 由原来投加
12、为 0.5 g/100 mL(废水 时的 54.54%增加到 70.1%。脱色率在投加量为2 g/100 mL(废水 时达到最大 96.8% ,因为在投加较小时以絮凝沉降为主,在投加量较大时以吸附作用为主,对于色度的去除,主要靠吸附作用。粉煤灰对印染废水中有色物质的吸附3-6是固体在溶液中的吸附 ,其吸附剂、溶质、溶剂3 者极性不同对吸附量是有影响的。一般非极性的吸附剂易于吸附非极性强的物。粉煤灰属非极性吸附剂,而印染废水中引起色度的物质,大多 数为极性较差的有机物,因此易被吸附剂吸附。CODCr去除 率达到9.7%, 略微小于投加量为2.5 g/100 mL(废水 时的 80.0%,但当改性
13、粉煤灰的投加量大于2 g/100 mL(废水 时,随投加量的增CODCr 的去除率增加并不明显,这说明粉煤灰和其他吸附剂一样,在达到吸附饱和之前,去除率随投加量的增加而增加,但增加到一程度就会饱和不再增加。其实并非投加量越大越好,因为投加量大了会给后续废渣处理带来困难。综合考虑选2g/100 mL(废水 佳投加量。 2.3Ca(OH2改性粉煤灰最佳pH 值的确定取 6 份 100 mL印染废水 ,均投加 2.0 g粉煤灰 ,分别调节 pH=2 、4、6、8、10 、12, 在 20 下 200 r/min转速搅拌 ,吸 30 min,测得 pH 与脱色率、 CODCr 、SS 的关系见图5。
14、由图 5 观察到脱色率先从大变小,在 pH=4时最小 ,然 后上升达到8.2% 。这可能是因为在酸性条件下粉煤灰中的 Al2O3 、Fe2O3与 H+ 反应 ,生成了 Al3+ 和 Fe3+, 这样既生成了无机絮凝剂,产生凝沉降作用 ,同时又增加了粉煤灰的比表面积 ,提高了其吸附性。但是由于粉煤灰在pH=4时的 电性和染料胶体颗粒的电性相同,它之间强烈的排斥力占了优势 7,8,使吸附效果变差。CODCr的去除率在pH=6时达 到最大即 81.2%,CODCr的去除以絮凝沉降主,可能是因为在 pH=6时絮凝沉降效果最佳,所以处理效果最好。SS 的 去除率由 pH=2时的 57.2%增加到 pH=
15、12时的3.8%, 可 能在碱性条件下Al3+ 和 Fe3+ 与 OH- 反应生成Al(OH3、Fe (OH3絮凝体 ,以粉煤灰为载体形成网捕,加快了沉淀速, 使得 SS 的除去率提高。综合3 方面的处理效果再结合此印染废水 pH=9,所以容易调节至最佳,于是确定pH=8时为最佳pH。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用 2.4Ca(OH2改性粉煤灰最佳吸附时间的确定取 100 mL印染废水 ,投加 2.0 g粉煤灰 ,调节 pH=8,在 20 的条件下200 r/min转速搅拌每隔5 min测
16、一下脱色、 CODCr 、SS 去除率 ,直到稳定不再变化,结果见图6。 由图 6 可见 ,在吸附开始的一段时间内CODCr 去除率 ,脱 色率、 SS 去除均上升较快 ,以后慢慢趋于平缓。这种先快后慢的过程 ,是由于粉煤灰刚加入废水中时粉煤灰表面和溶液中染料分子的浓度差最大,此产生的吸附推动力也最大,造成了吸附开始一段时间进行较快9,10。随着时间的推移,粉煤灰的表面和染料分子的浓度差逐渐减,吸附推动力减弱 ,吸附过程趋于缓慢。当吸附时间达到30 min后,基 本稳定 ,达到饱和。为了节能,选最佳吸附时间为30 min。 3结论 (1 粉煤灰的投加量、pH 、吸附时间对印染废水的处理效果都有
17、很大影响,通过实验测得最佳的处理条件是:投加 2 g/100mL(废水 ,pH=8,吸附时间为30 min。不过由于不同的粉煤灰化学成分不同,印染废水的染料成分不同,所以在 此实验测得的最佳处理条件有一定的局限性。 (2 改性粉煤灰处理印染废水,可以用碱性或酸性的废渣、废气及废液来改性,用其处理印染废水达到“ 以废治废 ”的目的 ,同时实现境效益与经济效益。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用 (3 改性粉煤灰处理印染废水效果显著,处理后水质达到三级排放标准,并且还可以用处理后的废渣制砖和水泥1
18、1,既保护环境又约能源。在此实验中没有研究其制成砖或水泥的抗压强度和抗折强度。下一阶段的实验将在实验室中制砖测其抗冻性及其结构性能。参考文献 1 赵利 ,原永涛 ,宗翔鹏 ,等.pH 值对粉煤灰处理印染废水的影响. 粉煤灰综合利用,2005(6:40-42. 2 杨晓庆 .粉煤灰对水溶性染料脱色处理的研究: 学位论文 . 南 京: 南京理工大学,2006. 3 李亚峰 ,孙凤海 ,牛晚扬 ,等.粉煤灰处理废水的机理及应用.矿业 安全与环保 ,2001,28(2: 31-33. 4Mohan Dinesh,Singh Kunwar P, Singh Gurdeep et al. Removal
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