改性膨潤土處理含油廢水的實驗研究

陳維族

（福建高科環(huán)保研究院有限公司，福建泉州，362000）

含油廢水的來源十分廣泛，除了石油工業(yè)采油、煉油、貯油運輸和石油化工廠產(chǎn)生含油廢水之外，油輪壓艙水、洗艙水、機械工業(yè)的冷卻潤滑油以及食品工業(yè)等的廢水中也含有大量的油［1］。含油廢水的成分和特征因工業(yè)種類的不同相差較大，正因含油廢水成分復雜（含有浮油、分散油、乳化油、懸浮固體），若不經(jīng)處理排入水體、土壤中，將對植物、生物、人體健康造成嚴重傷害［2］。因此尋找治理效果好、成本低廉的廢水治理技術迫在眉睫。

目前含油廢水的處理方法主要分為物理法、化學法和生物法三大類。其中吸附法是處理廢水常用的一種物化方法，不僅處理效果好，且操作簡單［3］。然而目前常用的吸附劑主要為活性炭，處理效果雖好，但成本高，為其大范圍的推廣應用帶來了困難。因此尋找高效、來源廣泛價格低廉的吸附劑成為國內(nèi)外學者的研究熱點［4］。

膨潤土是一種以蒙脫石為主要礦物的粘土巖，表面具有親水的硅氧結(jié)構，無毒、無刺激性、耐高溫，且來源廣泛，可應用于污水處理［5］。改性后的膨潤土對污染物的吸附效果更好，在實際應用中，一般要對膨潤土進行改性［6］。目前應用較多的改性膨潤土主要有活化膨潤土、有機膨潤土和交聯(lián)膨潤土［7］。本實驗選擇酸改法對膨潤土進行改性，用于含油廢水的治理，為廢水治理實際應用提供科學的參考依據(jù)。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗用水

本實驗所用含油廢水取自某油庫，廢水的理化性質(zhì)見表1。

表1 含油廢水理化性質(zhì)

1.2 實驗方法

1.2.1 膨潤土的改性方法

本實驗采用硫酸對膨潤土進行改性，將膨潤土與50%硫酸按照1：10的比例混合，磁力攪拌4h后，使用蒸餾水多次沖洗，將處理后的膨潤土置于烘箱中105℃烘干，過200目篩，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 單因素實驗

（1）吸附劑投加量對含油廢水去除效果的影響：在一定的反應時間和反應溫度下，分別取1g、2g、4g、6g、8g原膨潤土和改性膨潤土處理300mL含油廢水。測定反應后廢水中油類濃度，計算油類的去除率，對比原膨潤土和改性膨潤土對油類的去除效果，并確定最佳吸附劑投加量。

（2）反應時間對含油廢水去除效果的影響：固定吸附劑投加量和反應溫度，分別設置反應時間1h、3h、5h、7h、9h，測定處理后含油廢水油類含量，確定最佳反應時間。

（3）反應溫度對含油廢水去除效果的影響：固定吸附劑投加量和反應時間，分別設置反應溫度為20℃、40℃、60℃、80℃，測定反應后油類的含量，計算油類去除率，確定最佳反應溫度。

1.2.3 吸附機理研究

通過等溫吸附曲線研究膨潤土對油類的吸附機理，稱取4.0g的原膨潤土和改性膨潤土分別投入盛有300mL含油廢水的錐形瓶內(nèi)，設置油類的初始濃度分別為1、5、16、32、64、100、128mg·L－1，在室溫下振蕩至吸附平衡，取上清液測定其中油類的濃度，得到平衡濃度Ce，通過飽和吸附量公式計算出飽和吸附量qe。在此基礎上，使用Langmuir方程對等溫吸附過程進行擬合，研究膨潤土對土壤的吸附機制。飽和吸附量的計算公式為：

qe＝（C0－Ce）V/M

其中：qe為平飽和吸附量（mg/g）；C0和 Ce分別為廢水中油類的初始濃度和平衡濃度（mg/L）；V為廢水的體積（L）；M為加入膨潤土、改性膨潤土的質(zhì)量（g）。

采用Langmuir方程和Freundlich方程對吸附過程進行擬合。

Langmuir方程如下：

Q0和b分別為與最大吸附容量和吸附能量相關的Langmuir常數(shù)。

Freundlich方程如下：

其中：K為異相吸附劑的Freundlich常數(shù)，n與吸附推動力大小和吸附位的能量分布有關。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

（1）吸附劑投加量對含油廢水去除效果的影響

考察了原膨潤土和改性膨潤土對油類的去除率，以及不同吸附劑投加量下含油廢水中油類的去除效果，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在同一吸附劑投加量條件下，改性膨潤土對油類的去除率均大于原膨潤土，這是因為酸改性后的膨潤土比表面積增大，對污染物的去除能力提高［8］。從圖1還能看出，無論是原膨潤土還是改性后的膨潤土，隨著投加量的增加，對油類的去除率也升高。對改性膨潤土來說，當投加量增加到4g/300mL時，去除率達到73.31%，之后隨著投加量的增加，去除率升高的緩慢，因此，本實驗選擇4g/300mL的投加量進行后續(xù)的研究。

圖1 吸附劑投加量對含油廢水去除率的影響

（2）反應時間對含油廢水去除效果的影響

固定改性膨潤土投加量為4g/300mL，在室溫下反應，研究不同反應時間對油類去除率的影響，結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，油類的去除率隨著反應時間的增加而升高。在反應剛開始時，油類的去除率隨時間增加快速升高，這是快速吸附階段，此階段的吸附由表面吸附起主導作用；當反應5h時，油類的去除率增加緩慢，這是慢速吸附階段，這一階段污染物向吸附劑內(nèi)部緩慢擴散，擴散速率較低，當反應7h時吸附達到平衡［9］。本實驗選擇7h為最佳反應時間。

圖2 反應時間對含油廢水去除效果的影響

（3）反應溫度對含油廢水去除效果的影響

固定改性膨潤土投加量為4g/300mL，反應時間為7h，研究不同反應溫度對油類去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，反應溫度對油類的去除率影響并不明顯，隨著溫度從20℃升高到40℃，油類的去除率從90.02%增加到91.18%?？紤]到操作條件和經(jīng)濟成本，本實驗選擇20℃為最佳反應溫度。

圖3 反應溫度對含油廢水去除效果的影響

2.2 等溫吸附擬合

原膨潤土和改性膨潤土對含油廢水的等溫吸附曲線如圖4所示。從圖4可以看出，改性膨潤土對油類的飽和吸附量7.2mg/g高于原膨潤土對油類的飽和吸附量5.0mg/g，說明經(jīng)酸改性后增大的比表面積提高了膨潤土對油類的吸附能力。

分別采用Langmuir方程和Freundlich方程對吸附過程進行擬合，擬合結(jié)果如表2所示。從表2可知，無論是原膨潤土還是改性膨潤土對油類的吸附過程都更符合Langmuir方程，這說明吸附過程由表面吸附起主要作用。

圖4 原膨潤土和改性膨潤土的等溫吸附曲線

表2 原膨潤土和改性膨潤土等溫吸附曲線擬合結(jié)果

3 結(jié)論

（1）與原膨潤土相比，改性膨潤土對油類的去除率提高了8%－12%；改性膨潤土處理含油廢水的最佳工藝條件為投加量4g/300mL，反應7h，溫度20℃，此時對油類的去除率達到90.02%。

（2）改性膨潤土對油類的飽和吸附量7.2mg/g高于原膨潤土對油類的飽和吸附量5.0mg/g，說明經(jīng)酸改性后增大了比表面積提高了膨潤土對油類的吸附能力。Langmuir方程比Freundlich方程更好地描述油類在膨潤土上的吸附過程，說明吸附主要是表面吸附作用的結(jié)果。

（3）改性后的膨潤土對含油廢水的去除效果更好，吸附過程操作簡便且膨潤土來源廣泛，具有廣泛的實際應用價值。

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