改性粉煤灰對有機廢水的吸附試驗研究

王 群 成 岳 鄭 鵬

摘要 本文分別用改性前和改性后的粉煤灰對模擬印染廢水進行吸附研究,通過試驗得到較優(yōu)化的工藝條件,結果表明,粉煤灰經(jīng)酸改性后,其吸附效果大大提高。

關鍵詞 粉煤灰;改性;吸附;模擬印染廢水

1引 言

從目前的研究成果看,直接利用粉煤灰作為吸附劑與絮凝/混凝劑對印染廢水進行處理,效果并不理想,而對粉煤灰進行適當?shù)母男曰蚧罨?其吸附性能會大大改善^[1～6]。有關研究表明,分散染料廢水可采用電化學、還原-中和、絮凝-生化-粉煤灰吸附法進行處理,初沉后化學需氧量(Chemical Oxygen Demand,簡稱COD)為2800～3200mg/L、色度為2000的廢水,經(jīng)粉煤灰處理后其COD<200mg/L,色度低于20^[7]。本試驗利用低濃度的酸對粉煤灰進行改性,并對模擬分散黑染料廢水進行吸附性能研究,通過優(yōu)化工藝條件,獲得了較好的吸附效果。

2實 驗

2.1 實驗原料

本實驗所用粉煤灰取自景德鎮(zhèn)火力發(fā)電廠,其主要化學成分見表1。

模擬廢水:分散黑染料廢水,其中分散染料是一種水溶性低、疏水性較強的非離子型染料^[8]。

2.2 實驗儀器

實驗主要儀器:101-2A電熱鼓風烘箱;JA2003N電子天平;SZCL-2數(shù)碼智能控溫磁力攪拌器;HH-6電熱恒溫水浴鍋;TD5H-WS臺式低離心機;VIS-7220可見分光光度計。

2.3 實驗過程

取一定量的粉煤灰于水中,去掉塊狀物及懸浮渣子,用水洗去堆積吸附物,過濾后在105℃下烘干并研細,過200目篩,裝入封口袋中,置于干燥器中備用。用0.1mol/L硫酸浸泡粉煤灰24h,洗滌至中性,過濾,于105℃下烘干,用干燥器儲存?zhèn)溆?。分別將改性前和改性后的粉煤灰按不同量投入模擬廢水中,不斷攪拌,攪拌速度為300r/min,離心速度為1500r/min,研究粉煤灰用量、吸附時間、模擬廢水的pH值和溫度等對其脫色效果的影響。

2.4 分析方法

(1) 印染廢水的脫色率:

脫色率=((A-A₀)/A)×100%;

式中:

A——吸附前印染廢水的吸光度;

A0——吸附后印染廢水的吸光度。

(2) 印染廢水的pH值:采用pH/電導計或pH試紙測量水樣的pH值;

(3) 印染廢水的COD值:采用GB11914-89重鉻酸鉀法測定。

3結果與討論

3.1 改性前粉煤灰用量對脫色效果的影響

取50mL濃度分別為20、50、100、150mg/L的模擬染料廢水,分別加入0.5、1.0、1.5、2.0、3.0g粉煤灰,攪拌吸附30min,實驗結果如圖1所示。

從圖1可以看出,四種不同濃度的模擬染料廢水,其脫色率隨著粉煤灰加入量的變化具有相似的規(guī)律:最初都隨著粉煤灰用量的增大而增大,粉煤灰用量為2.0g時,染料廢水脫色率最高,吸附效果最好,而隨著粉煤灰的繼續(xù)加入,脫色率反而下降?？赡艿脑蚴沁^量的粉煤灰導致淤泥量增加,使吸光度變大,因此,對于濃度為20～150mgL/的模擬染料廢水,粉煤灰的加入濃度以40g/L為宜。

3.2 吸附時間對脫色效果的影響

取50mL濃度為100mg/L、吸光度為0.750的模擬染料廢水,加入2.0g粉煤灰,不斷攪拌,使粉煤灰充分吸附廢水中的分散染料,每隔一段時間取樣并測定其吸光度,當所測吸光度不再變化時,即達到吸附平衡。模擬染料廢水的脫色率隨吸附時間的變化如圖2所示。

由圖2可見,改性前粉煤灰加入濃度為40g/L時,濃度為100g/L的模擬廢水的脫色率在20%～25%之間;當吸附時間在20～30min時,模擬廢水的脫色率有所上升,以后慢慢趨于平緩。這是由于當粉煤灰剛加入廢水中時,其表面和廢水中分散染料分子的濃度差最大,由此產(chǎn)生的吸附推動力也最大,因而吸附速度較快;而隨著時間的推移,粉煤灰表面與廢水中的染料分子的濃度差逐漸減小,因而吸附推動力減弱,吸附過程趨于緩慢;在攪拌30min后,兩者濃度基本達到平衡,脫色率增加不明顯。

3.3 模擬廢水的pH值對脫色效果的影響

取50mL濃度為100mg/L、吸光度為0.750的模擬染料廢水若干份,分別調整其pH值為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0,加入2.0g粉煤灰,攪拌吸附30min后測定廢水的脫色率,結果見圖3。

由圖3 可以看出,在強酸和強堿條件下模擬廢水的脫色效果較好。pH=4時脫色率最高,達到32%,這一方面是因為此時分散染料的溶解度變小,一定程度上降低了色度;另一方面,可能是粉煤灰表面吸附了大量的羥基離子,這些羥基離子與染料中的-OH、-SO3-、-NH2或-COO-等發(fā)生氫鍵聯(lián)結,增強了粉煤灰對染料分子的吸附能力。在pH值為8時存在一個脫色率的最低點,這可能是由于粉煤灰在此pH值下的電性與染料膠體顆粒的電性接近,它們之間強烈的排斥力使吸附效果變差。

3.4 模擬廢水的溫度對其脫色效果的影響

取50mL濃度為100mg/L、吸光度為0.750、pH值為10.0的模擬染料廢水若干份,分別調整其溫度為10、15、20、25、30℃,加入2.0g粉煤灰,攪拌吸附30min,測定其吸光度并計算出脫色率,具體數(shù)據(jù)見圖4。

由圖4 可知,在不同溫度下,粉煤灰對模擬廢水的脫色率影響不大,隨著溫度的升高,脫色率略有下降,究其原因,主要是由于吸附是放熱反應,溫度升高不利于反應的進行,使粉煤灰的脫色率呈下降趨勢。

3.5 改性后粉煤灰加入量的確定

配置50mL濃度為100mg/L、吸光度為0.750、COD值為96.27mg/L的模擬分散黑染料廢水若干份,調整其pH值為4.0,分別加入經(jīng)0.1mol/L硫酸改性后的粉煤灰0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.2、1.5g并攪拌吸附30min,測得的脫色率數(shù)據(jù)見圖5 。

由圖5 可見,粉煤灰經(jīng)酸改性后脫色效果顯著增強,加入少量的改性粉煤灰即可獲得較好的脫色效果,這是由于粉煤灰在強酸環(huán)境下,其顆粒表面變得粗糙, 出現(xiàn)了許多大的孔洞, 增加了顆粒的吸附能力;且酸洗后的粉煤灰釋放出鋁離子和鐵離子, 可有效降低廢水中懸浮膠粒的電位, 使懸浮膠粒脫穩(wěn),易被粉煤灰吸附;同時, 改性后的粉煤灰還起到絮凝沉降和混凝沉降的架橋作用,使脫色率升高。由圖5可知,加入1.2g酸改性粉煤灰(添加濃度為24g/L),模擬廢水的脫色率可達到47.6%,比改性前后,粉煤灰的脫色效果顯著增強。經(jīng)測定,經(jīng)酸改性粉煤灰吸附后模擬廢水的COD值由96.27 mg/L下降至76 mg/L,COD去除率為21%。

3.6 模擬廢水的pH值對改性后粉煤灰吸附效果的影響

取50mL濃度為100mg/L、吸光度為0.750的模擬染料廢水,加入0.1g酸改性粉煤灰,攪拌30min,在不同pH值下測定廢水的脫色率,具體數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6表明,模擬廢水的pH值對改性前與改性后粉煤灰吸附效果的影響具有相似的規(guī)律,均隨著pH值由酸性向中性再向堿性的變化,模擬廢水的脫色率先下降后上升,pH值為4時脫色效果最佳,而pH值為8時出現(xiàn)一個極低點,這也是由于粉煤灰在此pH值下的電性與染料微粒的電性相同,它們之間強烈的排斥作用使吸附效果變差。

4結 論

(1)改性前粉煤灰的優(yōu)化吸附條件為:對濃度為100mg/L的模擬染料廢水,當粉煤灰加入量為2.0g(加入濃度為40g/L)、模擬廢水pH值為4、攪拌吸附30min后,模擬廢水的脫色率可達32%。在酸性條件下,粉煤灰的脫色率較高,堿性條件下次之,中性條件下最差,最佳pH值為4.0。模擬廢水的溫度在環(huán)境溫度范圍內影響不是很大,因此不作為主要影響因素考慮;

(2)用濃度為0.1mol/L的稀硫酸對粉煤灰進行改性,改性后粉煤灰的優(yōu)化吸附條件為:對濃度為100mg/L的模擬染料廢水,當改性粉煤灰加入量在1.2g(加入濃度為24g/L)、模擬廢水pH值為4、攪拌吸附30min后,模擬廢水的脫色率可達47.6%;

(3)酸改性粉煤灰比改性前粉煤灰的脫色效果顯著增強,吸附處理后模擬廢水的COD值由96.27 mg/L下降至76 mg/L,COD去除率為21%。下一步的研究方向是提高改性酸的濃度,研究改性酸的濃度對粉煤灰吸附效果的影響。

參考文獻略