高浊水处理方法

2017-03-15 10:07:01 1

  粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废弃物,具有吸附和助凝作用,逐渐用于废水处理领域。研究表明,粉煤灰对废水中的COD、有机化合物、金属离子、浊度有去除作用,但将粉煤灰直接用于废水处理效果并不理想[1, 2, 3]。壳聚糖是一种有机高分子助凝剂,无毒,具有电中和与吸附架桥作用,但其在酸性条件下才溶解,且溶解速度较慢,直接应用受到一定限制,而且壳聚糖价格较贵,直接使用成本较高,故将其与膨润土、蒙脱石、硅藻土、粉煤灰等联合起来处理废水是当前的研究热点[4, 5, 6, 7]。笔者制备了改性粉煤灰与壳聚糖的复合吸附剂,利用壳聚糖的电中和与架桥作用,以及粉煤灰的吸附作用去除高浊水的浊度,并对其除浊性能进行研究。

  1 实验部分

  1.1 材料与仪器

  实验所用粉煤灰取自银川某电厂,其主要成分如表1所示。

  实验试剂:盐酸,分析纯,四川西陇化工有限公司;硫酸,分析纯,成都市科龙化工试剂厂;氢氧化钠,分析纯,天津市致远化学试剂有限公司;冰乙酸,分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司;壳聚糖,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;高岭土,分析纯,天津市光复精细化工研究所。主要仪器:T8-1型磁力加热搅拌器,重庆吉祥教学实验设备有限公司;FA2004B型电子天平,上海精密科学仪器有限公司;HSB-B88循环水式多用真空泵,郑州长城科工贸有限公司;101型电热鼓风干燥箱,北京科伟永兴仪器有限公司;pHS-25型pH计,上海精密科学仪器有限公司;ZD型浊度仪,无锡优量仪表公司。

  1.2 吸附剂的制备

  (1)粉煤灰的酸浸。选用2 mol/L H2SO4溶液,以液固比10 mL∶3 g对粉煤灰进行酸浸,常温搅拌后静置24 h,抽滤,并用蒸馏水多次冲洗,放入105 ℃电热鼓风干燥箱中烘干,冷却至室温,用研钵研细即得改性粉煤灰。

  (2)吸附剂的制备。将质量分数为98%的冰醋酸稀释至5%的溶液,用此稀释溶液将壳聚糖配制成质量分数为2%的壳聚糖溶液,按不同的质量比加入改性粉煤灰,常温下搅拌均匀呈糊状后,放入105 ℃电热鼓风干燥箱中烘干,冷却后磨细,即得吸附剂。

  1.3 实验方法

  取一定量校园池塘水加入一定量的高岭土,搅拌均匀,静置24 h后,取上清液。测其浊度为200 NTU,pH为6.8。

  取该高浊水100 mL,加入一定量的吸附剂,搅拌一定时间后静置15 min,用移液管吸取液面下10 mm处水样测定浊度,并计算除浊率。除浊率按式(1)计算。

  

  式中:N1——原水样的浊度,NTU;

  N2——水样经处理后的浊度,NTU。

  2 结果与讨论

  2.1 质量比对除浊率的影响

  取9份100 mL高浊水样置于150 mL烧杯中,分别加入壳聚糖与改性粉煤灰质量比为0∶10、1∶100、1∶50、1∶30、1∶20、1∶15、1∶10、1∶8、1∶6的吸附剂各0.3 g,搅拌30 min,静止15 min,测定其浊度,质量比对除浊率的影响见图1。

 

 图1 质量比对除浊率的影响

  由图1可知,随着壳聚糖与改性粉煤灰质量比的增加,废水除浊率先升高后下降,质量比为0.1时除浊率最高,达到89%。原因主要为改性粉煤灰单独存在时,其与高岭土表面的负电荷有一定排斥作用,除浊效果较差,当加入壳聚糖后可产生电中和与架桥作用,其包裹在粉煤灰表面使粉煤灰带正电荷,与高岭土表面的负电荷发生电中和作用,有利于吸附和凝聚;但随着壳聚糖的增加,粉煤灰与高岭土颗粒表面均被占据,不存在吸附空位,不利于壳聚糖的架桥作用,同时废水中高岭土颗粒表面的负电荷被完全中和后,剩余的正电荷使其表面电荷性质反转,颗粒间斥力增大,不利于除浊。因此壳聚糖与改性粉煤灰最佳质量比为0.1。

  2.2 吸附剂投加量对除浊率的影响

  取100 mL高浊水样7份置于150 mL烧杯中,分别加入0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.5、0.7 g质量比为1∶10的复合吸附剂,搅拌30 min后静止15 min,测定其浊度,投加量对除浊率的影响见图2。

 

 图2 复合吸附剂投加量对除浊率的影响

  由图2可知,复合吸附剂投加量对高浊水样的除浊效果影响比较明显,投加量从 0.05 g 增加到 0.3 g时除浊率由62.5%增加到 97.5%以上。这是由于吸附剂投加量增加,水中颗粒进入吸附架桥作用范围内的数量增加,同时正电荷增加,颗粒表面的负电荷不断被中和减少,有利于颗粒的去除;当吸附剂投加量超过 0.3 g 后,继续增加吸附剂的用量,浊度去除率反而降低,这可能是由于吸附剂投加量过大造成颗粒表面被高分子覆盖,使架桥作用难以发生,同时颗粒表面带有正电荷,相互排斥作用力增加,反而产生稳定作用,不利于絮凝沉降。因此,选择3 g/L 为吸附剂的最佳投加量。

  2.3 搅拌时间对除浊率的影响

  分别取100 mL高浊水样7份置于150 mL烧杯中,分别加入0.3 g质量比为1∶10的复合吸附剂,搅拌一定时间,静止15 min,测定其浊度,考察搅拌时间对除浊率的影响,结果见图3。由图3可知,搅拌时间对浊度去除率的影响较大。前10 min除浊率变化急剧,是因为搅拌时间太短,吸附剂与水中颗粒没有充分接触。10~30 min时除浊率随搅拌时间的增加而增大。搅拌时间超过30 min后,浊度去除率基本保持不变,说明此时吸附剂的吸附已接近饱和。因此最佳搅拌时间为30 min。

 

 图3 搅拌时间对除浊率的影响

  2.4 pH对除浊率的影响

  分别取100 mL高浊水样12份置于150 mL烧杯中,调节pH,分别加入0.3 g质量比为1∶10的复合吸附剂,搅拌30 min,静止15 min,测其浊度,考察pH对除浊率的影响,见图4。

  

 图4 pH对除浊率的影响

  由图4可知,pH对高浊水样的浊度去除率有很大影响。当 pH 在3~8 时吸附剂的除浊率较高,变动较小,pH为7~8时除浊率最高,可达98%;pH<3时除浊率急剧下降,这可能是因为在强酸性环境中壳聚糖会发生酸溶,影响其吸附性能;pH在9~10时除浊率急剧下降,这可能是由于碱性条件下壳聚糖的电离受阻,不能产生电中和作用;当pH继续增大时,除浊率有所增加,溶液中出现细小絮状物,鉴于高浊水是由高岭土配制而成,其主要成分含有Si、Al等,在强碱性条件下生成了硅铝酸盐,具有分子筛的吸附功能。实验确定最佳pH范围为7~8。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。

  3 结论

  对改性粉煤灰负载壳聚糖用于处理高浊水,结果表明:(1)随着壳聚糖与改性粉煤灰质量比的增大,除浊率先增加后降低,当壳聚糖与改性粉煤灰的质量比为0.1时,除浊效果最好;(2)搅拌时间为 30 min时除浊效果最佳,搅拌时间减少会降低除浊率;(3)pH对除浊效果影响较大,pH在3~8时除浊效果较好,pH为7~8时除浊率最高,达到98%;(4)随着吸附剂投加量的增加,除浊率先增加后降低,投加量为3 g/L时对废水的除浊率最高。

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