爐渣對染料廢水的脫色研究

陳海豐，楊加元

（1. 江蘇科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212018； 2. 中海石油環(huán)保服務(wù)有限公司，天津 300452）

爐渣對染料廢水的脫色研究

陳海豐1，楊加元2

（1. 江蘇科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212018； 2. 中海石油環(huán)保服務(wù)有限公司，天津 300452）

實(shí)驗(yàn)研究了爐渣對活性黃、直接紅和酸性紅B 3種模擬染料廢水的脫色效果。實(shí)驗(yàn)采用恒溫震蕩吸附的方法，分別考查了溶液pH值、爐渣投加量、反應(yīng)時(shí)間和溫度等因素對脫色效果的影響。結(jié)果表明：中爐渣投加量達(dá)到60 g/L，反應(yīng)時(shí)間達(dá)到2 h，脫色效果最佳；3種染料廢水的最佳反應(yīng)pH值分別為4、6和7；溫度對脫色效果的影響相對較小，實(shí)驗(yàn)在常溫下進(jìn)行即可。

爐渣；染料廢水；脫色

爐渣是電廠鍋爐、各種工業(yè)及民用鍋爐，爐窯燃燒煤炭后排出的固體廢棄物。由于煤炭在燃燒過程中進(jìn)入大量空氣，冷卻后又逃逸，導(dǎo)致生成的爐渣形成多孔結(jié)構(gòu)。爐渣中含有的多種堿性氧化物（CaO、Al2O3等），在與工業(yè)廢水接觸后能溶出部分堿性物，因而對工業(yè)廢水中的有機(jī)物、重金屬、懸浮物具有一定的吸附、過濾、中和及絮凝作用[1]。倪曉斌等采用煤氣爐的爐渣進(jìn)行了有機(jī)廢水的處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明可消減COD 70%以上，消減SS 84%以上[2]。爐渣與活性炭相比較，爐渣具有一定效果的吸附作用、處理的成本比較低并且可實(shí)現(xiàn)廢物利用等優(yōu)點(diǎn)，是一種相對經(jīng)濟(jì)的高效的染料廢水的處理方法。

染料廢水的特點(diǎn)是水質(zhì)復(fù)雜，含各種有機(jī)物濃度高、堿度大、色度大，且染料廢水中難生物降解物質(zhì)較多。爐渣所具有的對廢水吸附和中和性能特別適宜對印染廢水中染料、漿料、助劑、色度、堿度等進(jìn)行吸附處理。因此國內(nèi)外對爐渣處理染料廢水應(yīng)用的研究日益增多。張小龍[3]等采用爐渣制成透水材料，對20 mg/L的甲基橙和酸性鉻藍(lán)K的去除率超過了70%。張麗麗等用爐渣吸附酸性大紅和活性艷紅模擬染料廢水，脫色率分別達(dá)到了71%和 83%[4]。肖和蓮等將爐渣吸附與絮凝沉降工藝結(jié)合處理某染織廠的廢水，處理后的水可用于印染工藝[5]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)儀器：722分光光度計(jì)（天津市拓普儀器有限公司）；DSHZ-300A旋轉(zhuǎn)式恒溫振蕩器（太倉市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠）；pH計(jì)（上海精科有限公司）。

爐渣：實(shí)驗(yàn)選用普通鍋爐燃燒后的爐渣碾碎，在去離子水中煮沸1 h，然后在105 ℃下烘24 h時(shí)，冷卻后過50目篩，密封在儲罐中備用。

模擬染料廢水：分別稱取0.15 g的活性黃，直接紅和酸性紅B染料，用去離子水定容到1 L，配制成濃度為150 mg/L的模擬染料廢水溶液。

在250 mL錐形瓶中加入100 mL上述模擬染料廢水和一定量的爐渣，恒溫振蕩一定時(shí)間后取出離心分離，取上清液用分光光度計(jì)測定色度。

2 結(jié)果與討論

2.1 爐渣投加量的影響

取100 mL濃度為150 mg/L的模擬染料廢水溶液，控制pH值為7，溫度為30 ℃，振蕩時(shí)間60 min不變的條件下，加入不同量的爐渣，進(jìn)行吸附脫色實(shí)驗(yàn)，得到爐渣投加量和染料廢水脫色率的關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 脫色率和爐渣投加量的關(guān)系Fig.1 Relationship between slag dosage and decoloration ratio

由圖1可知，3種模擬染料廢水的脫色率都隨著爐渣投加量的增加而增加。并且在爐渣投加量由10 g/L增加到60 g/L時(shí)，脫色率上升比較迅速，隨后再增加投加量，脫色率雖仍上升，但速度較緩慢。當(dāng)爐渣投加量為80 g/L時(shí)，直接紅和酸性紅的脫色率分別達(dá)到 62.4%和 62.9%，活性黃的脫色率也有54.7%?？梢姞t渣對這 3種染料都具有一定的吸附作用，相同條件下對直接紅染料廢水的脫色效果最好，活性染料最難處理，效果較差。

2.2 pH值的影響

取100 mL濃度為150 mg/L的模擬染料廢水溶液，在爐渣投加量為60 g/L，溫度為30℃，振蕩時(shí)間60 min不變的條件下，改變?nèi)芤旱膒H值，進(jìn)行吸附脫色實(shí)驗(yàn)，得到溶液 pH值和染料廢水脫色率的關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 脫色率和pH的關(guān)系Fig.2 Relationship between pH and decoloration ratio

由圖 2中可知，pH對該實(shí)驗(yàn)的脫色效果影響明顯。活性黃染料廢水在pH值為7時(shí)，脫色效率最高；直接紅染料廢水在pH值為6時(shí)，脫色率最高；酸性紅B在pH值為4時(shí)，脫色率最高。酸性紅B在pH值為8～12區(qū)域，隨pH值的升高，脫色率上升，此時(shí)并不是爐渣吸附效果的提高，而可能是酸性染料發(fā)生了酸堿化學(xué)反應(yīng)所引起。

2.3 溫度的影響

取100 mL濃度為150 mg/L的模擬染料廢水溶液，控制pH值為7，爐渣投加量為60 g/L，振蕩時(shí)間60 min不變的條件下，改變振蕩溫度，進(jìn)行吸附脫色實(shí)驗(yàn)，得到反應(yīng)溫度和染料廢水脫色率的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 脫色率和溫度的關(guān)系Fig.3 Relationship between temperature and decoloration ratio

由圖3可知，溫度對3種模擬染料廢水脫色效果影響較小。隨著溫度的升高，酸性紅B和活性黃的脫色率略有提高，而直接紅的脫色率有所降低。三種模擬染料因改變溫度帶來的脫色率的變化幅度均在 5%左右。因此，爐渣對染料廢水的吸附脫色實(shí)驗(yàn)在室溫下即可。

2.4 時(shí)間的影響

取100 mL濃度為150 mg/L的模擬染料廢水溶液，控制pH值為7，爐渣投加量為60 g/L，溫度為30 ℃不變的條件下，改變反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)行吸附脫色實(shí)驗(yàn)，得到反應(yīng)時(shí)間和染料廢水脫色率的關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 脫色率和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系Fig.4 Relationship between reaction time and decoloration ratio

由圖4中可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，爐渣對三種染料的脫色率也相應(yīng)隨之增加。在開始的一段時(shí)間內(nèi)脫色率上升較快，最終趨于平緩。反應(yīng)時(shí)間達(dá)到2 h，對直接紅的脫色率達(dá)到77%，對酸性紅B的脫色率為73%，而對活性黃脫色率在71%。

這是由于當(dāng)爐渣剛加入廢水時(shí)，爐渣表面和染料分子的濃度差較大，由此產(chǎn)生的吸附推動力也最大，從而造成吸附開始一段時(shí)間進(jìn)行較快。隨著時(shí)間的推移，吸附推動力會逐漸減弱，吸附也趨于緩慢。

3 結(jié) 論

(1) 爐渣對染料廢水具有一定的吸附脫色效果。脫色率隨爐渣投加量的增加而增加，當(dāng)投加量達(dá)到60 g/L后，繼續(xù)增加投加量，脫色率變化緩慢。

(2) pH對爐渣脫色效果的影響較明顯，本實(shí)驗(yàn)中酸性紅B、活性黃和直接紅染料廢水的最佳反應(yīng)pH值分別為4，6和7。酸性染料的脫色率不僅和爐渣吸附效果相關(guān)，還受酸堿反應(yīng)的影響。

(3) 溫度升高時(shí)，爐渣對直接染料廢水的脫色率略有降低，而對酸性染料和活性染料脫色率略有升高，變化都在5%左右，一般在常溫下進(jìn)行即可。

(4) 爐渣對 3種染料的脫色率隨時(shí)間的延長而增大，當(dāng)時(shí)間達(dá)到2 h時(shí)，脫色率變化已十分緩慢，基本達(dá)到平衡。

［1］ 盧聲.活性炭與爐渣對染料脫色作用的對比研究[J].當(dāng)代化工，2009，38（1）：21-23.

［2］ 倪曉斌，趙陳，童建穎.爐渣的吸附性能及在廢水處理中的應(yīng)用試驗(yàn)[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2005，12（6）：42-44.

［3］ 張小龍，張誠，高亮升，等.爐渣基透水材料的制備及其在染料廢水中的吸附作用[J].粉煤灰綜合利用，2010(4)：27-30.

［4］ 張莉莉，王開苗，李順濤.爐渣在印染廢水脫色處理中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009(5)：112.

［5］ 肖和蓮，陽立華，劉源，等.絮凝沉降-爐渣過濾深度處理印染廢水[J].印染，2005(11)：10-11.

Study on Decoloration of Dye Wastewater by Slag

CHEN Hai-feng1，YANG Jia-yuan2
（1. Jiangsu University of Science and Technology, Jiangsu Zhenjiang 212018, China；2. China Offshore Environmental Service Co.,Ltd., Tianjin 300452, China）

Experimental study on decoloration of reactive yellow, direct red and acid red simulated dye wastewater by slag was carried out. The influence of pH, slag dosage, reaction time and temperature on the decoloration effect was studied. The results show that the best decoloration effect can be given when the slag dosage is 60 g/L, the reaction time is 2 h; optimized pH for the three dye wastewater is 4, 6 and 7, respectively; the temperature has little influence on decoloration effect, so the experiment may be carried out at normal temperature.

Slag; Dye wastewater; Decoloration

X 778

A

1671-0460（2012）09-0937-02

2012-04-06

陳海豐（1980-），男，江蘇大豐人，講師，博士，2009年畢業(yè)于大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，研究方向：環(huán)境污染治理。E-mail：datou1980@yeah.net。