王 群,成 岳,郑 鹏
从目前研究的成果看,直接利用粉煤灰作为 吸附剂、絮凝/混凝剂进行印染废水处理,效果并 不理想,而对粉煤灰进行适当的改性或活化后,其 吸附性能会大大改善[1~6]。分散染料废水可采用 电化学、还原—中和、絮凝—生化—粉煤灰吸附法 处理,废水初沉后COD为2800~3200mg/l、色度 为2000,处理后出水COD<200mg/l,色度低于 20[7]。本试验主要利用低浓度的酸对粉煤灰改 性,并对模拟分散黑染料废水进行吸附性能研究 找到较好的工艺条件与最佳吸附效果。
1 实验
1.1 实验原料
本实验所用粉煤灰取自火力发电厂,其主要 化学成分见表1。
模拟废水:分散黑染料废水。分散染料(Di perse Dyes)是一种水溶性低,疏水性较强的非离 子型染料[8]。
1.2 实验仪器
实验主要仪器:101-2A电热鼓风烘箱 JA2003N电子天平,SZCL-2数码智能控温磁力 搅拌器,HH-6电热恒温水浴锅,TD5H-WS台 式低离心机,VIS-7220可见分光光度计。
1.3 试验过程
取一定量的粉煤灰于水中,去掉块状物及悬 浮渣子,用水洗去堆积吸附物,过滤后在105℃下 烘干并研细,过200目筛,装入封口袋中,置于干 燥器中备用。用0.1mol/l硫酸浸泡粉煤灰24h, 洗涤到中性,过滤,于105℃下烘干,用干燥容器 储存备用。粉煤灰用量,吸附时间,pH和温度等 对脱色效果的影响。实验中搅拌速度为 300r/min,离心速度为1500 r/min。
1.4 分析方法
(1)印染废水的脱色率:
脱色率=((A—A0)/A)×100%;
其中:A———吸附前的印染废水溶液的吸光 度;
A0———吸附后的印染废水溶液的吸光度
(2)pH值:采用pH/电导计或pH试纸测量 水样pH值。
(3)COD:采用GB11914-89重铬酸钾法。
2 结果与讨论
2.1 粉煤灰用量的影响
在50ml浓度为10~150mg/l的染料模拟 废水中,分别加入0.5、1.0、1.5、2.0、3.0g粉煤灰,搅拌吸附30min。实验结果如图1所示。从图1可以看出,10mg/l时投加粉煤灰后吸 光度反而大于原水的吸光度,这可能是因为原水 吸光度较低,加入粉煤灰后反而造成淤泥量增加 使吸光度变大。对20~150mg/l的染料模拟废 水,脱色率随粉煤灰用量的增加而增加。随着染 料浓度的增加,粉煤灰用量也增加。但当粉煤灰 投加量为3.0g时脱色率反而小于2.0g的,可能 原因是加灰量的增加导致淤泥量的增加使得吸光 度变大。对于20~100mg/l的染料溶液,当粉煤 灰用量在2.0g时,染料溶液脱色率效果是最好 的。因此,粉煤灰用量以40g/l为宜。
王 群,成 岳,郑 鹏
从目前研究的成果看,直接利用粉煤灰作为 吸附剂、絮凝/混凝剂进行印染废水处理,效果并 不理想,而对粉煤灰进行适当的改性或活化后,其 吸附性能会大大改善[1~6]。分散染料废水可采用 电化学、还原—中和、絮凝—生化—粉煤灰吸附法 处理,废水初沉后COD为2800~3200mg/l、色度 为2000,处理后出水COD<200mg/l,色度低于 20[7]。本试验主要利用低浓度的酸对粉煤灰改 性,并对模拟分散黑染料废水进行吸附性能研究 找到较好的工艺条件与最佳吸附效果。
1 实验
1.1 实验原料
本实验所用粉煤灰取自火力发电厂,其主要 化学成分见表1。
模拟废水:分散黑染料废水。分散染料(Di perse Dyes)是一种水溶性低,疏水性较强的非离 子型染料[8]。
1.2 实验仪器
实验主要仪器:101-2A电热鼓风烘箱 JA2003N电子天平,SZCL-2数码智能控温磁力 搅拌器,HH-6电热恒温水浴锅,TD5H-WS台 式低离心机,VIS-7220可见分光光度计。
1.3 试验过程
取一定量的粉煤灰于水中,去掉块状物及悬 浮渣子,用水洗去堆积吸附物,过滤后在105℃下 烘干并研细,过200目筛,装入封口袋中,置于干 燥器中备用。用0.1mol/l硫酸浸泡粉煤灰24h, 洗涤到中性,过滤,于105℃下烘干,用干燥容器 储存备用。粉煤灰用量,吸附时间,pH和温度等 对脱色效果的影响。实验中搅拌速度为 300r/min,离心速度为1500 r/min。
1.4 分析方法
(1)印染废水的脱色率:
脱色率=((A—A0)/A)×100%;
其中:A———吸附前的印染废水溶液的吸光 度;
A0———吸附后的印染废水溶液的吸光度
(2)pH值:采用pH/电导计或pH试纸测量 水样pH值。
(3)COD:采用GB11914-89重铬酸钾法。
2 结果与讨论
2.1 粉煤灰用量的影响
在50ml浓度为10~150mg/l的染料模拟 废水中,分别加入0.5、1.0、1.5、2.0、3.0g粉煤灰,搅拌吸附30min。实验结果如图1所示。从图1可以看出,10mg/l时投加粉煤灰后吸 光度反而大于原水的吸光度,这可能是因为原水 吸光度较低,加入粉煤灰后反而造成淤泥量增加 使吸光度变大。对20~150mg/l的染料模拟废 水,脱色率随粉煤灰用量的增加而增加。随着染 料浓度的增加,粉煤灰用量也增加。但当粉煤灰 投加量为3.0g时脱色率反而小于2.0g的,可能 原因是加灰量的增加导致淤泥量的增加使得吸光 度变大。对于20~100mg/l的染料溶液,当粉煤 灰用量在2.0g时,染料溶液脱色率效果是最好 的。因此,粉煤灰用量以40g/l为宜。
2.2 吸附时间对脱色率的影响
加2.0g粉煤灰于50ml,100mg/l染料模拟 废水中,搅拌吸附,每隔一段时间取样品进行分 析,当所测浓度不再变化时,即达到吸附平衡。原 水吸光度为0.750。
由图2中曲线可见,20min到30min曲线有 所上升,以后慢慢趋于平缓。这种先快后慢的过 程,是由于当灰刚加入废水中时,粉煤灰表面和溶 液中染料分子的浓度差最大,由此产生的吸附推 动力也最大,造成了吸附开始一段时间进行较快。 随着时间的推移,粉煤灰的表面和染料分子的浓 度差逐渐减小,因而吸附推动力减弱,吸附过程趋 于缓慢,搅拌30min基本达到平衡。
2.3 pH值对脱色率的影响
模拟废水浓度100mg/l,吸附时间30min。 原水吸光度为0.750。调整pH值分别为2.0、 4.0、6.0、8.0、10.0、12.0,粉煤灰的投加量为 40g/l。pH值对脱色效果的影响见图3。
由图3可以看出,在强酸和强碱条件下脱色效 果较好。pH=4时脱色率最高。因为此时分散黑 的溶解度变小,一定程度降低色度。另外可能是粉 煤灰表面吸附了大量羟基离子,这些羟基与染料中 的-OH-、-SO3-、-NH2或-COO-等发生氢 键联结,增强了粉煤灰对染料分子的吸附能力。在 pH值为8时存在一个最低点,这可能是由于粉煤 灰在此pH值时的电性和染料胶体颗粒的电性相 同,它们之间强烈的排斥力占了优势,使吸附效果 变差。
2.4 温度的影响
废水浓度100mg/l,pH值为10.0,吸附时间 为30min,粉煤灰的投加量为20g/l。原水吸光度 为0.750。调整温度分别为5、10、15、20、25、 30℃,温度对脱色效果的影响见图4。
由图4可知,在不同温度条件下粉煤灰对分散黑染料溶液的脱色率影响不大,但随温度升高, 脱色率有所下降。其中,在20℃时脱色率为 21.6%。因为吸附是放热反应,温度升高使粉煤 灰的脱色率呈下降趋势。
2.5 酸改性粉煤灰最佳pH的确定 取50ml分散黑染料废水,加入0.1g酸改性 粉煤灰,搅拌30min,原水吸光度为0.750。在不 同pH值下测定脱色率,如图5所示。 此图表明,随着pH值由酸性向中性变化,吸 附脱色率有所降低。在pH值为8时出现极低 点,这可能是由于改性灰在此pH值时的电性和 染料微粒的电性相同,它们之间强烈的排斥占了 优势,使吸附效果变差。当pH值大于8以后,脱 色率上升。在pH值4左右时脱色效果最好。
2.6 酸改性粉煤灰改性投加量的确定 取50ml活性艳红染料废水,在最佳pH值下 (4.0左右),分别投加改性粉煤灰0.1、0.3、0.5、 0.7、0.9、1.2、1.5g,搅拌吸附30min,原水吸光度 为0.750。投加量与脱色率的关系如图6。
由图6可见,粉煤灰酸改性后脱色效果显著。 这是因为粉煤灰在强酸环境下,粉煤灰颗粒表面 变得粗糙,颗粒表面出现了许多大的孔洞,增加了粉煤灰颗粒的吸附能力,且酸洗后的粉煤灰释放 出铝离子和铁离子,可有效降低水中悬浮胶粒的 电位,使悬浮胶粒脱稳,被粉煤灰吸附。同时,粉 煤灰还起到絮凝沉降作用和混凝沉降架桥作用, 导致脱色率降低。
2.7 最佳吸附效果
测出配制的浓度为100mg/l模拟分散黑染 料废水COD为96.27mg/l ,在pH为4.0,改性 投加量为1.2g时,室温下搅拌吸附50ml浓度为 100mg/l分散黑染料废水30min,脱色率为 47.6%,此时测得吸附处理后废水COD为 76mg/l,COD去除率为21%。
3 结论
3.1 粉煤灰改性的条件为:硫酸浓度为 0.1mol/l,粉煤灰的粒度为-200目。对于20~ 200mg/l的染料溶液,当粉煤灰用量在2.0g时, 染料溶液脱色率均达32%以上,继续增加用灰 量,其脱色率增高变得较为缓慢。为使淤泥量尽 可能少,粉煤灰用量以40g/l为宜。
3.2 改性灰的吸附条件是投加量为24g/l,搅拌 时间为30min,pH值为4左右,分散黑染料浓度 为100mg/l。其吸附染料废水的脱色率达到47. 6%。在酸性条件下粉煤灰的脱色率较高,碱性条 件下次之,中性条件下最差,最佳pH值为4.0。 在环境温度范围内影响不是很大,因此不作为主 要影响因素考虑。
3.3 在改性吸附条件下测得COD为76mg/l,去 除率为21%。去除率不高,主要是因为改性酸浓 度较低,为0.1mol/l,相信提高改性酸浓度后试 验效果会大大提高。
