沸石化粉煤灰對(duì)染色廢水處理效果研究

龔真萍

(齊齊哈爾大學(xué) 輕工與紡織學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

印染行業(yè)的廢水含有大量染料、化學(xué)品，色度、COD值和BOD值均很高，是難以處理的工業(yè)廢水之一，而粉煤灰是煤燃燒后形成的多孔狀材料，通過一系列處理可以增加其微孔隙，增大比表面積[1]，對(duì)印染行業(yè)廢水中的一些有機(jī)質(zhì)和污染物具有良好的吸附性，降低印染廢水的色度、COD值和BOD值，對(duì)高濃度的印染廢水起到初步處理作用[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

N752型紅外分光光度計(jì)、PHS-25型數(shù)顯酸度計(jì)、HH-SII恒溫水浴鍋、JB90-D磁力加熱攪拌器、101A-TB電熱鼓風(fēng)干燥箱、106-4真空烘箱、BS223D電子天平、SHZ-IIIA真空抽濾機(jī)、SRJX-49箱式電阻爐(馬弗爐)、100目篩網(wǎng)[3]。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

粉煤灰(齊市熱電廠)、亞甲基蘭(工業(yè)級(jí))、NaOH(分析純)、濃硫酸(50%，分析純)、高錳酸鉀(分析純)、鄰菲羅啉(分析純)、硫酸亞鐵銨(分析純)、硫酸汞(分析純)、重鉻酸鉀(分析純)、硫酸銀(分析純)等[3]。

1.3 用沸石化粉煤灰處理亞甲基蘭廢水

首先制備沸石化粉煤灰，將粉煤灰研碎，過100目篩網(wǎng)，得到粉煤灰粉末，后用水熱合成法制備沸石化粉煤灰。用制備的沸石化粉煤灰處理亞甲基蘭模擬廢水(50 mg/L)，用重鉻酸鉀法測定處理前和處理后亞甲基蘭模擬廢水的COD值，計(jì)算COD去除率，用分光光度法測定吸附前和吸附后的亞甲基蘭模擬廢水的質(zhì)量濃度，然后計(jì)算脫色率。研究沸石化粉煤灰處理亞甲基蘭模擬廢水的各種單因素條件對(duì)COD去除率和脫色率的影響。

1.4 測試方法

1.4.1染色廢水COD去除率的測定

沸石化粉煤灰處理前和處理后的亞甲基蘭模擬廢水的COD值均依照HJ 828《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鉀法》來測定[4]。

(1)

式中：A為COD去除率(%)，COD0為處理前亞甲基蘭廢水的COD值，CODi為處理后亞甲基蘭廢水COD值。

1.4.2染色廢水脫色率的測定

將用沸石化粉煤灰處理前和處理后的亞甲基蘭模擬廢水各取5 mL，稀釋到50 mL容量瓶中，用分光光度法測定吸附前和吸附后的亞甲基蘭模擬廢水的質(zhì)量濃度，然后用式2計(jì)算脫色率[5]。

(2)

式中：R為脫色率(%)，A0為吸附前的亞甲基蘭廢水質(zhì)量濃度(mg/L)，Ai為吸附后的亞甲基蘭廢水質(zhì)量濃度(mg/L)。

2 結(jié)果與討論

2.1 沸石化粉煤灰制備的最佳條件研究

用水熱合成法制備沸石化粉煤灰[6]。先配制不同摩爾濃度的NaOH溶液，再投入50 g粉煤灰，攪拌均勻，制成NaOH和粉煤灰的混合液；然后將二者的混合液置于水浴鍋中在100℃水熱晶化一定時(shí)間后取出，用真空抽濾機(jī)抽濾，把抽濾出的粉煤灰用干燥箱干燥；將烘干后的粉煤灰送入馬弗爐中在不同溫度下焙燒1 h，取出冷卻備用。依據(jù)脫色率找到制備沸石化粉煤灰的最佳工藝條件，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，制備沸石化粉煤灰的最佳工藝條件為：NaOH濃度1 mol/L，100℃水熱晶化4 h，在馬弗爐中焙燒溫度700℃，焙燒1 h。

2.2 沸石化粉煤灰處理亞甲基藍(lán)模擬廢水

用制備的沸石化粉煤灰處理亞甲基藍(lán)模擬廢水，用1.4.1和1.4.2的方法分別測定處理后亞甲基藍(lán)模擬廢水的COD去除率和脫色率。探討沸石化粉煤灰的投加量、攪拌時(shí)間、亞甲基蘭廢水的pH值、亞甲基蘭廢水的初始濃度對(duì)COD去除率和脫色率的影響。

2.2.1沸石化粉煤灰投加量對(duì)亞甲基蘭模擬廢水處理效果的影響

亞甲基蘭模擬廢水初始濃度為0.05 g/L，分別投入2 g/L、4 g/L、8 g/L、10 g/L、12 g/L的沸石化粉煤灰，調(diào)節(jié)亞甲基蘭廢水的pH值為3，用磁力攪拌器攪拌20 min，然后靜置30 min，取上層清液，測得處理后廢水的COD去除率和脫色率分別如圖1、圖2所示。

從圖1、圖2可知，剛開始，隨著沸石化粉煤灰投加量的增加，亞甲基藍(lán)模擬廢水處理后的脫色率和COD去除率逐漸增加，當(dāng)沸石化粉煤灰投加量達(dá)到10 g/L時(shí)，脫色率和COD去除率達(dá)到最大值，然后隨著粉煤灰投加量的增加，脫色率和COD去除率逐漸下降。這是因?yàn)閯傞_始投入的沸石化粉煤灰的量太少，不足以吸附亞甲基蘭廢水中的污染物，所以隨著沸石化粉煤灰的投加量增加，對(duì)亞甲基蘭廢水中的污染物吸附量逐漸增加，使得脫色率和COD去除率逐漸下降，但是當(dāng)沸石化粉煤灰的投加量超過一定濃度，除了一部分用于吸附廢水中的污染物，多余的沸石化粉煤灰反而在水溶液中形成懸浮顆粒物，導(dǎo)致脫色率和COD去除率增加[7]。

2.2.2攪拌時(shí)間對(duì)亞甲基蘭模擬廢水處理效果的影響

亞甲基蘭模擬廢水初始濃度為0.05 g/L，投入10 g/L的沸石化粉煤灰，調(diào)節(jié)亞甲基蘭廢水的pH值為3，用磁力攪拌器分別攪拌5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min，然后靜置30 min，取上層清液，測得處理后廢水的COD去除率和脫色率分別如圖3、圖4所示。

從圖3和圖4可知，用沸石化粉煤灰處理亞甲基蘭模擬廢水，隨著攪拌時(shí)間的延長，亞甲基蘭廢水的脫色率和COD去除率逐漸提高，但是當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到25 min時(shí)，脫色率和COD去除率達(dá)到最大值，然后隨著攪拌時(shí)間的延長，脫色率和COD去除率反而略微下降。這是因?yàn)閯傞_始隨著攪拌時(shí)間的延長，粉煤灰顆粒與廢水中污染物接觸時(shí)間長，吸附量會(huì)逐漸增加，使得脫色率和COD去除率逐漸增加，但是當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到一定時(shí)間時(shí)，粉煤灰對(duì)廢水中污染物的吸附已經(jīng)達(dá)到平衡，再繼續(xù)延長攪拌時(shí)間反而會(huì)破壞已經(jīng)達(dá)到的吸附平衡，導(dǎo)致已經(jīng)吸附的污染物部分解析，使得處理后廢水的脫色率和COD去除率有所下降[8]。

2.2.3亞甲基蘭廢水的pH值對(duì)處理效果的影響

亞甲基蘭模擬廢水初始濃度為0.05 g/L，投入10 g/L的沸石化粉煤灰，分別調(diào)節(jié)亞甲基蘭廢水的pH值為2、4、6、8、10、12，用磁力攪拌器攪拌20 min，然后靜置30 min，取上層清液，測得處理后廢水的COD去除率和脫色率分別如圖5、圖6所示。

從圖5和圖6可知，在酸性條件下，沸石化粉煤灰對(duì)亞甲基蘭廢水處理后的脫色率和COD去除率比較好，但是隨著亞甲基蘭廢水的pH值逐漸增加，脫色率和COD去除率逐漸下降，尤其在堿性條件下，脫色率和COD去除率較差。這是因?yàn)樵谒嵝詶l件下，廢水中的H+能與粉煤灰中的氧化鋁發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鋁絮凝劑，而且會(huì)使粉煤灰的比表面積增大，大大提高了粉煤灰的吸附效果，使得處理后廢水的脫色率和COD去除率較高；但是隨著廢水的pH值升高，尤其到堿性條件時(shí)，廢水中的OH-離子與同樣是陰離子的染料分子形成競爭吸附，使得粉煤灰對(duì)染料分子的吸附能力大幅削弱，導(dǎo)致處理后廢水的脫色率和COD去除率急劇下降[9]。因此，亞甲基蘭廢水的pH值為2時(shí)，處理效果最好。

2.2.4亞甲基蘭廢水初始濃度對(duì)處理效果的影響

亞甲基蘭模擬廢水初始濃度分別為0.02 g/L、0.04 g/L、0.06 g/L、0.08 g/L、0.10 g/L、0.12 g/L，投入10 g/L的沸石化粉煤灰，調(diào)節(jié)亞甲基蘭廢水的pH值為3，用磁力攪拌器分別攪拌20 min，然后靜置30 min，取上層清液，測得處理后廢水的COD去除率和脫色率分別如圖7、圖8所示。

從圖7和圖8可知，剛開始，隨著亞甲基蘭廢水初始濃度的增加，沸石化粉煤灰對(duì)亞甲基蘭廢水處理后的脫色率和COD去除率逐漸提高，當(dāng)亞甲基蘭廢水的初始濃度達(dá)到0.06 g/L時(shí)，脫色率和COD去除率最高，而后隨著亞甲基蘭廢水初始濃度的增加，脫色率和COD去除率逐漸下降，說明亞甲基蘭廢水的初始濃度對(duì)處理效果也有影響。

3 結(jié)論

制備沸石化粉煤灰的最佳工藝條件為：NaOH濃度為1 mol/L，100℃水熱晶化4 h，在馬弗爐中焙燒溫度700℃，焙燒1 h。

沸石化粉煤灰的投加量是10 g/L，攪拌時(shí)間25 min，廢水的pH值為2，廢水的初始濃度為0.06 g/L時(shí)，沸石化粉煤灰處理亞甲基蘭模擬廢水的處理效果最好。