改性粉煤灰對(duì)酸性大紅染料模擬廢水的脫色研究

溫丙奎，劉珊珊，楊鴻凱，馬苑紅，何 江，張豐如

(嘉應(yīng)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 梅州 514015)

粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤粉鍋爐排出的固體廢棄物，其比表面積大，呈多孔性蜂窩狀組織，因而具有良好的吸附性能，近幾年來(lái)被廣泛應(yīng)用于廢水處理、空氣凈化等環(huán)境治理方面[1-6]。

本研究對(duì)廣東梅縣某火電廠粉煤灰進(jìn)行改性，改性后作為吸附劑對(duì)酸性大紅染料模擬廢水進(jìn)行脫色研究，探討粉煤灰改性類型及其投加量、反應(yīng)溫度、吸附時(shí)間、反應(yīng)pH值、廢水濃度、廢水中NaCl含量等對(duì)模擬廢水脫色效果的影響規(guī)律及吸附脫色效果，找出最佳吸附處理?xiàng)l件，使粉煤灰達(dá)到以廢治廢的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

磁力攪拌器(79-1)；可見(jiàn)分光光度計(jì)(722S)；pH計(jì)(Phs-3C)；電子天平(AL104)；氣浴恒溫振蕩器(ZD-85)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥劑

粉煤灰(廣東梅縣某電廠，過(guò)200目篩子)；硫酸(H2SO4)；氫氧化鈉(NaOH)；鹽酸(HCl)；酸性大紅染料等。

1.3 酸性大紅溶液的配置和測(cè)定

稱取酸性大紅染料0.14 g，移入1000 mL的容量瓶中，用蒸餾水稀釋至標(biāo)線，搖勻。該模擬廢水的濃度為140 mg/L，吸光度A為2.131，溶液pH值5～5.5。

配置一定量的200 mg/L的酸性大紅標(biāo)準(zhǔn)液，分別移取0、1、2、4、8、16 mL于比色管中，用蒸餾水稀釋至50 mL，則其濃度分別為0、4、8、16、32、64 mg/L，在最大吸收波長(zhǎng)500 nm處分別測(cè)定各濃度標(biāo)準(zhǔn)液的吸光度。

在縱坐標(biāo)處繪制吸光度，對(duì)應(yīng)在橫坐標(biāo)處繪制酸性大紅濃度，得出標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

圖1 酸性大紅標(biāo)準(zhǔn)曲線

標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性函數(shù)式為：y = 0.0151x + 0.0173，線性相關(guān)系數(shù)R2= 0.9992。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)計(jì)算其吸附后濃度。

1.4 改性粉煤灰的制備

取400 mL濃度為2 mol/L的NaOH與濃度為2 mol/L的HCl作為改性劑溶液，分別投加100 g粉煤灰，在室溫條件下用磁力攪拌器以200 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，靜置沉淀30 min，抽濾，最后將所得固體洗凈后烘干，碾碎，制得酸、堿改性粉煤灰。

2 實(shí)驗(yàn)部分

移取一定體積的酸性大紅模擬廢水于具塞錐形瓶中并調(diào)節(jié)至一定pH值，再稱取一定量的吸附劑加入具塞錐形瓶中，然后將錐形瓶置于恒溫振蕩箱中進(jìn)行振蕩，在一定溫度下，振蕩一定時(shí)間后取出，靜置，經(jīng)定量濾紙過(guò)濾后，用可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定濾液的吸光度并計(jì)算不同條件下其脫色率，求出處理后廢水濃度。

脫色率的計(jì)算公式如下：

上式中A0為初始模擬廢水的吸光度，A為處理后模擬廢水的吸光度，色度采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定。

吸附量的計(jì)算公式：

Qe為吸附量(mg/g)，C1為吸附前染料廢水的濃度(mg/mL)，C2為吸附平衡染料廢水的濃度(mg/L)，V為取用染料廢水的體積(mL)，m投加的為吸附劑的質(zhì)量(g)。

3 結(jié)果與討論

3.1 最佳吸附劑選擇結(jié)果

在3個(gè)100 mL酸性大紅模擬廢水樣中，分別加入未改性粉煤灰、NaOH改性粉煤灰、HCl改性粉煤灰各4 g，于振蕩箱中在溫度為20℃的條件下以200 r/min的轉(zhuǎn)速振蕩30 min，然后靜置30 min，經(jīng)定量濾紙過(guò)濾后，取濾液測(cè)吸光度并計(jì)算脫色率，如表1所示。

表1 不同吸附劑對(duì)酸性大紅模擬廢水的脫色率

由表1可知，NaOH改性粉煤灰相對(duì)于其他兩種粉煤灰，對(duì)酸性大紅模擬廢水的脫色效果較好，選為本實(shí)驗(yàn)的吸附劑。

3.2 改性粉煤灰投加量對(duì)廢水脫色的影響

分別稱量改性粉煤灰1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 g加入10個(gè)盛有100 mL濃度為140 mg/L的酸性大紅模擬廢水的具塞錐形瓶中，于振蕩箱中在溫度為20℃的條件下，以200 r/min的速度進(jìn)行振蕩，振蕩30 min后取出，經(jīng)定量濾紙過(guò)濾后，取濾液測(cè)吸光度并計(jì)算脫色率，如表2所示。

由表2可知，隨著吸附劑投加量不斷增加，吸附后濃度不斷降低，脫色率不斷增大，但改性粉煤灰吸附劑的投加量大于7 g以后，脫色率增大不再明顯。所以從處理效果、處理成本等方面綜合考慮，吸附劑的投加量以7 g為宜。

表2 改性粉煤灰投加量與脫色率的關(guān)系

3.3 反應(yīng)溫度對(duì)吸附效果的影響

分別取100 mL的濃度為140 mg/L的酸性大紅模擬廢水于5個(gè)具塞錐形瓶中，各投加7 g改性粉煤灰，控制溫度20、25、30、35、40℃，在恒溫振蕩箱內(nèi)以200 r/min的速度進(jìn)行振蕩，振蕩30 min后取出，經(jīng)定量濾紙過(guò)濾后取濾液測(cè)其吸光度并計(jì)算脫色率，如表3所示。

由表3可知，改性粉煤灰吸附酸性大紅模擬廢水，隨著溫度升高，脫色率也上升，說(shuō)明升溫有利于改性粉煤灰對(duì)酸性大紅模擬廢水的吸附。但溫度對(duì)脫色率影響不大，本文選用常溫20℃作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)條件。

表3 反應(yīng)溫度與吸附效果關(guān)系

3.4 最佳振蕩吸附時(shí)間的確定

分別稱取7 g改性粉煤灰于6個(gè)盛有100 mL濃度為140 mg/L的酸性大紅模擬廢水的具塞錐形瓶中，將錐形瓶放入振蕩箱中在溫度為20℃的條件下，以200 r/min的速度進(jìn)行振蕩，依次在振蕩時(shí)間為10、20、30、40、50、60 min時(shí)取出，經(jīng)定量濾紙過(guò)濾后，取濾液測(cè)其吸光度，并計(jì)算脫色率，如表4所示。

表4 振蕩時(shí)間與脫色率關(guān)系

從表4可知，改性粉煤灰吸附酸性大紅模擬廢水，隨著振蕩時(shí)間的增加，脫色率隨著增大，但在振蕩時(shí)間超過(guò)50 min以后增加不再明顯，本研究認(rèn)為振蕩50 min為較佳的反應(yīng)時(shí)間，將其作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的振蕩時(shí)間。

3.5 確定吸附的最佳pH值

移取體積為100 mL的140 mg/L酸性大紅模擬廢水于8個(gè)具塞錐形瓶中，用硫酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)瓶中的pH值，使各錐形瓶中的酸性大紅模擬廢水的pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9，各加入7 g改性粉煤灰倒入錐形瓶后放入振蕩箱中溫度為20℃的條件下，以200 r/min的速度進(jìn)行振蕩50 min后取出，經(jīng)定量濾紙過(guò)濾后，取濾液測(cè)量吸光度并計(jì)算脫色率。測(cè)量結(jié)果如表5所示。

表5 pH值與脫色率的關(guān)系

從表5可知，改性粉煤灰吸附酸性大紅模擬廢水，廢水的pH的變化會(huì)對(duì)脫色率造成影響，當(dāng)pH值為3時(shí)脫色率達(dá)到最小值，pH值為7時(shí)脫色率最大，本研究認(rèn)為最佳pH值為7。

3.6 染料廢水濃度對(duì)脫色效果的影響

分別稱取7 g改性粉煤灰于6個(gè)盛有100 mL濃度分別為100、140、200、300、400、500 mg/L的酸性大紅模擬廢水的具塞錐形瓶中，將pH值調(diào)節(jié)至7后放入振蕩箱中，在溫度為20℃的條件下，以200 r/min的速度進(jìn)行振蕩50 min后取出，經(jīng)定量濾紙過(guò)濾后，取其濾液測(cè)其吸光度并計(jì)算脫色率，結(jié)果如表6所示。

表6 廢水濃度與脫色率的關(guān)系

從表6可知，改性粉煤灰對(duì)酸性大紅模擬廢水的吸附受模擬廢水的濃度影響，隨著模擬廢水濃度的不斷增大，吸附劑脫色效果不斷降低。分析其原因，是因吸附劑投加量不足造成。所以在處理較高濃度印染廢水時(shí)，需較大的粉煤灰投加量才能使廢水達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4287-2012)。

3.7 印染廢水中NaCl的含量對(duì)脫色率的影響

移取100 mL濃度為140 mg/L的酸性大紅模擬廢水于6個(gè)具塞錐形瓶中，分別加入7 g改性粉煤灰， 再分別往其中5個(gè)錐形瓶中投加質(zhì)量為0.1、0.2、0.5、1、2 g的NaCl，將全部錐形瓶放入振蕩箱中，在溫度為20℃的條件下，以200 r/min的速度進(jìn)行振蕩50 min后取出，經(jīng)定量濾紙過(guò)濾后，取濾液測(cè)量吸光度并計(jì)算脫色率。結(jié)果如表7所示。

表7 廢水中NaCl含量對(duì)脫色的影響

由圖7可知，染料廢水中隨著氯化鈉量的增加，改性粉煤灰對(duì)染料廢水中的燃料的吸附性能逐漸降低，脫色率也隨著降低。

4 結(jié)論

通過(guò)改性粉煤灰對(duì)印染廢水的吸附脫色處理的研究中得出：

(1)廢水的濃度越高需要投加的改性粉煤灰的量也越多，或稀釋廢水后再進(jìn)行吸附處理。

(2)吸附質(zhì)溫度會(huì)對(duì)吸附效果造成一定影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，吸附質(zhì)的溫度較高時(shí)，吸附效果較好，現(xiàn)實(shí)中由于印染加工大多在高溫條件下進(jìn)行，排放廢水的水溫一般比較高，所以用改性粉煤灰對(duì)溫度較高的印染廢水進(jìn)行吸附時(shí)，不需要做降溫預(yù)處理。

(3)印染廢水中的氯化鈉含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致粉煤灰的吸附能力降低，脫色率降低，因此要盡量除鹽。

(4)試驗(yàn)后得出了該種改性粉煤灰最佳脫色條件是：在pH值為7的時(shí)，每100 mL酸性大紅模擬廢水投加7 g改性粉煤灰，振蕩吸附50 min后，改性粉煤灰對(duì)酸性大紅染料廢水的吸附能力強(qiáng)，脫色效果最好。脫色后印染廢水可以達(dá)到國(guó)標(biāo)《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4287-2012)的間接排放標(biāo)準(zhǔn)。

(5)改性粉煤灰作為吸附劑能除去印染廢水中大部分的色度，通過(guò)改性的方法改變粉煤灰的吸附性能，能使粉煤灰達(dá)到較好的吸附性能，當(dāng)模擬廢水濃度較高時(shí)也能達(dá)到較好的脫色效率，有很好的應(yīng)用前景。