復(fù)合樹脂吸附法脫除焦化廢水色度實(shí)驗(yàn)研究

張亞會(huì)

(四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究院,四川成都 610041)

復(fù)合樹脂吸附法脫除焦化廢水色度實(shí)驗(yàn)研究

張亞會(huì)

(四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究院,四川成都 610041)

本實(shí)驗(yàn)采用兩種樹脂復(fù)合吸附脫除焦化廢水色度,考察了溫度、p H、進(jìn)水流速和進(jìn)水色度對(duì)樹脂吸附的影響。靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)確定了所選樹脂的平衡吸附量,最佳吸附溫度為40℃,吸附等溫線滿足Langmuir方程。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定了最適宜工藝條件為：流速300 ml/h,進(jìn)水p H=6,進(jìn)水色度600倍;處理后廢水中CODCr濃度由308 mg/L降到106 mg/L,色度從800倍降到50倍以下。最佳解析條件為堿濃度2%,溫度55℃。

焦化廢水;樹脂;吸附;脫色

1 引言

焦化廢水中含有大量酚、氰、COD及氨氮等有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物,這些污染物大多以芳香族化合物或雜環(huán)化合物的形式存在,其生物可降解性較差[1]。目前大多的焦化廢水處理都是采用傳統(tǒng)的活性污泥法,焦化廢水經(jīng)過(guò)一級(jí)以及二級(jí)處理后,水中的酚、氰、COD基本能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),可水中依然含有大量的有機(jī)化合物,其成分相當(dāng)復(fù)雜,各種成分之間相互作用造成出水色度很難達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)[2-6]。

焦化生化廢水由于色度高,且含有水溶性、帶發(fā)色基團(tuán)、難以生化降解的有機(jī)污染物,很難徹底去除。而吸附樹脂不僅對(duì)溶解性小分子有較好的吸附能力,其脫色效果也較好,同時(shí),對(duì)焦化廢水生化處理過(guò)程中產(chǎn)生的腐殖酸等分子量相對(duì)較大的物質(zhì)也有較好的吸附作用[7]。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)儀器:DF-101Z型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(河南省予華儀器有限公司); BT100M蠕動(dòng)泵(保定創(chuàng)銳泵業(yè)有限公司); T6新世紀(jì)紫外分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司);FA2204B電子天平(上海精科天美科學(xué)儀器有限公司)

實(shí)驗(yàn)材料:氫氧化鈉;濃鹽酸(市售分析純,國(guó)藥化學(xué)試劑公司);1號(hào)、2號(hào)樹脂,樹脂性質(zhì)見表1。

實(shí)驗(yàn)用水:廢水取自四川某鋼鐵企業(yè)焦化廠廢水處理站,是生化處理后的出水經(jīng)無(wú)閥濾池過(guò)濾后的出水,其中氨氮和總氰指標(biāo)已滿足排放標(biāo)準(zhǔn),本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)考察樹脂吸附劑對(duì)色度的去除。經(jīng)直接測(cè)定,實(shí)驗(yàn)用水的p H為7.8、CODCr為308 mg/L、色度為800倍,氨氮為0.114 mg/L。

表1 樹脂基本性質(zhì)

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 樹脂預(yù)處理

先用一定濃度的堿液按照頂部入水底部出水的方式對(duì)樹脂進(jìn)行堿洗,洗至流出液p H等于10為止,堿洗完成后將樹脂浸泡12 h,使樹脂內(nèi)雜質(zhì)充分溶解后排空。后用一定濃度的酸溶液對(duì)樹脂進(jìn)行酸洗,洗至流出液p H等于4為止,浸泡3 h,使樹脂充分膨脹。酸洗完成后,用自來(lái)水對(duì)樹脂進(jìn)行反向沖洗,洗至流出液p H等于6時(shí),預(yù)處理結(jié)束。

2.2.2 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取1號(hào)和2號(hào)樹脂各5 g,預(yù)處理后分別置于1000 ml燒杯中,燒杯中加入廢水各500 ml。在溫度25℃,轉(zhuǎn)速120 r/min的條件下吸附12 h,后靜置12 h,使其達(dá)到飽和吸附。吸附完成后,取上層清液測(cè)色度,計(jì)算樹脂平衡吸附量。

2.2.3 動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

樹脂動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)在自制的小型玻璃吸附柱內(nèi)進(jìn)行。吸附柱內(nèi)徑為45 mm,高度為300 mm。實(shí)驗(yàn)采用4根吸附柱串聯(lián)方式進(jìn)行組裝,樹脂裝填方式按照1號(hào)、2號(hào)、1號(hào)、1號(hào)每柱裝入150 g預(yù)處理后的樹脂。樹脂填裝完成后,對(duì)進(jìn)水流速、進(jìn)水色度、進(jìn)水p H三種因素水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。通水方式采用上部進(jìn)水,下部出水。流速用BT100M型蠕動(dòng)泵控制,對(duì)吸附流出液定時(shí)收集并測(cè)定色度,記錄出水色度達(dá)到50倍時(shí)的水量,對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,得出最佳實(shí)驗(yàn)條件。

2.2.4 樹脂解析

按照廠家提供的解析方法對(duì)吸附結(jié)束后的樹脂進(jìn)行解析,記錄解析液耗量,計(jì)算樹脂的處理效率,對(duì)樹脂解析方法進(jìn)行優(yōu)化,選出最佳的解析條件。

2.3 分析方法

分別采用重鉻酸鉀法測(cè)定CODCr,稀釋倍數(shù)法測(cè)定焦化廢水的色度,納氏試劑光度法測(cè)定氨氮濃度,p H使用p HS-25酸度計(jì)測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 樹脂等溫吸附

樹脂從溶液中吸附物質(zhì)一般為單分子層吸附,其吸附規(guī)律符合Langmuir公式:

式中,Q為吸附量,qm為樹脂的最大吸附量,C為溶液中被吸附物質(zhì)的濃度,α為L(zhǎng)angmuir常數(shù)。

樹脂投加量5 g時(shí),本實(shí)驗(yàn)所選樹脂對(duì)焦化廢水色度去除率的吸附等溫線如圖1所示。

圖1 樹脂處理效率隨溫度變化趨勢(shì)

由圖1可知,隨著溫度的升高,樹脂處理效率增大,說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)所用樹脂吸附為吸熱反應(yīng),適當(dāng)升高溫度有利于樹脂的吸附。

3.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平及評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

因素水平:進(jìn)水色度、進(jìn)水流速、進(jìn)水p H。

評(píng)價(jià)指標(biāo):本實(shí)驗(yàn)以達(dá)標(biāo)出水量和處理效率兩個(gè)指標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

實(shí)驗(yàn)流程:根據(jù)因素水平設(shè)置情況,正交實(shí)驗(yàn)共分為9組。實(shí)驗(yàn)采用4柱串聯(lián)吸附,水流方向?yàn)轫敳窟M(jìn)水,底部出水;取樣頻次為100 ml/次;第4柱出水色度達(dá)到50倍時(shí)停止實(shí)驗(yàn),記錄整個(gè)流程的出水總量,計(jì)算不同組樹脂的處理效率。正交實(shí)驗(yàn)因素水平及結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表2、3所示。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制趨勢(shì)圖如圖2所示。

由趨勢(shì)圖可以看出:

①隨著進(jìn)水色度的增大,達(dá)標(biāo)出水量減少,處理效率降低。

②進(jìn)水流速的增大導(dǎo)致達(dá)標(biāo)出水量減少;流速由20 ml/min提升至35 ml/min時(shí),達(dá)標(biāo)水量及處理效率均有明顯下降。

③隨著進(jìn)水p H的增大,達(dá)標(biāo)水量出現(xiàn)先減少后增多的情況,p H等于7.8時(shí),達(dá)標(biāo)水量最少,處理效率最低。

3.2.2 方差分析

對(duì)因素進(jìn)行F-檢驗(yàn)時(shí),一般可考慮四種情況:

a.F＞F0.01,(f因,fc),則因素對(duì)結(jié)果的影響高度顯著,記為:**或***。

b.F 0.01,(f因,fc)≥F＞F 0.05,(f因,fc),則該因素對(duì)結(jié)果的影響為顯著,記為*。

c.F0.05,(f因,fc)≥F＞F0.10,(f因,fc),則該因素對(duì)結(jié)果有影響。

d.F≤F0.10,(f因,fc),則該因素對(duì)結(jié)果無(wú)影響。

經(jīng)計(jì)算,方差分析結(jié)果如表4、5所示:

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖2 趨勢(shì)圖

表4 方差分析表(以達(dá)標(biāo)水量為指標(biāo))

表5 方差分析表(以處理效率為指標(biāo))

由表4、5可知:以達(dá)標(biāo)水量為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),因素A高度顯著,因素B顯著,因素C不顯著。因素主次順序A-B-C。以處理效率為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),因素A顯著,因素B有影響,因素C無(wú)影響。因素主次順序AB-C。綜上所述,進(jìn)水色度對(duì)本實(shí)驗(yàn)影響最大,其次為進(jìn)水流速,水樣p H值對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較小。實(shí)驗(yàn)最佳運(yùn)行條件為:進(jìn)水色度600倍,流速5 ml/min,p H等于6,即最優(yōu)方案A1B1C1。

3.3 樹脂解析

本實(shí)驗(yàn)對(duì)解析過(guò)程中的主要影響因子進(jìn)行篩選及對(duì)比,確定最佳的解析條件。

篩選指標(biāo):進(jìn)堿濃度,解析溫度指標(biāo)范圍:堿濃度,2%、5%、8%解析溫度:10℃、15℃、25℃、35℃、55℃

不同條件下樹脂解析效果對(duì)比如表6和表7所示。

表6 不同堿濃度條件下樹脂解析率

表7 不同溫度條件下樹脂解析率

圖3 不同堿濃度及解析溫度條件下解析率對(duì)比

由圖3可知,隨著堿濃度的增加,樹脂解析率降低;解析溫度由10℃升高至55℃時(shí),樹脂解析率由38.9%提高為99.2%。

由此可知,本實(shí)驗(yàn)的最佳解析條件為:堿液濃度2%,解析溫度55℃。

4 結(jié)論

(1)樹脂最佳吸附條件為:進(jìn)水p H為6;溫度40℃,最佳吸附流速為300 ml/h;最佳進(jìn)水色度為600倍。樹脂吸附為吸熱反應(yīng),吸附等溫曲線滿足Langmuir方程。

(2)樹脂吸附后廢水中CODCr從306 mg/L降到108 mg/L以下,色度從600倍降到50倍以下,達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978-1996)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)樹脂最佳解析條件為:堿液濃度2%,解析溫度55℃。

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[2] 王紹文,幾錢雷,等.焦化廢水無(wú)害化處理與回用技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005:1 -4.

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Experimental Study on Removal of Coking Wastewater by Resin Adsorption Process

ZHANG Ya-hui

(Sichuan Academy of Industrial Environmental Monitoring,Chengdu 610041,Sichuan,China)

This experiment adopts two kinds of resin to remove the chroma of coking wastewater, examines the temperature,p H,water inflow chromaticity affection of the resin adsorption.The equilibrium adsorption capacity of the selected resin was determined by static adsorption experiments.The best adsorption temperature is 40℃,adsorption isotherm satisfies the Langmuir equation.The optimum technological conditions were determined by orthogonal experiment:flow rate is 300ml/h,influent p H=6,influent chroma is 600;After treatment,the concentration of CODCrin wastewater was reduced from 308mg/L to 106mg/L,and chroma was reduced from800 to 50.The best analytical condition is 2%,the temperature is 55℃.

coking wastewater,resin,adsorbent,decolorization

TQ520.9

A

張亞會(huì),助理工程師,碩士,主要從事節(jié)能環(huán)保工作。

1001-5108(2016)05-0072-03