改性凹土處理印染廢水的研究

印染廢水量大，組分復(fù)雜，色度深，毒性強(qiáng)，難降解，是較難處理的工業(yè)廢水之一。對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的處理，一直是環(huán)保研究的熱點(diǎn)[1]。凹凸棒土(簡(jiǎn)稱(chēng)凹土)是一種富鎂的硅酸鹽粘土礦物，呈針狀結(jié)晶，具有獨(dú)特的三維空間結(jié)構(gòu)和較大的比表面積[2]。天然凹土有很高的吸附活性，而且成本低，其價(jià)格僅為活性炭的1/5—1/10[3]，而且資源豐富，現(xiàn)已探明江蘇盱眙儲(chǔ)量高達(dá)2．72億t，占全球凹土總儲(chǔ)量的近50% ，為世界優(yōu)質(zhì)礦藏[4]。本實(shí)驗(yàn)采用的凹土來(lái)自盱眙原礦經(jīng)簡(jiǎn)單物理粉碎后的產(chǎn)品。印染廢水取自江蘇清印集團(tuán)有限公司廢水處理中心，主要含有堿性綠染料和堿性淡黃色染料[5]。本文主要考察了凹凸棒土熱處理改性條件、投加量、吸附時(shí)間以及廢水ph值等因素對(duì)處理效果的影響。

1 原料和儀器

1．1 主要原料。凹凸棒土、印染廢水、鄰苯二甲酸氫鉀、鹽酸、氫氧化鈉。

1．2 主要儀器。日立s-3000掃描電鏡、xh9004b型cod測(cè)定儀、xhgoo1b型恒溫消解器、ja1003型電子天平、phs-3c型精密ph計(jì)、766型遠(yuǎn)紅外電熱恒溫干燥箱、hh—s型恒溫水浴鍋、651l型電動(dòng)攪拌機(jī)、sg型坩堝電阻爐、k跚d4型溫度控制器、shb多用真空泵。

2 實(shí)驗(yàn)方法

將凹凸棒土置于坩堝電阻爐里，經(jīng)200oc、280oc、360oc、420oc、500oc、580oc焙燒lh，冷卻研磨至100目以上。稱(chēng)取一定量熱改性后的凹凸棒土置于0．25l錐形瓶中，注入100ml待處理印染廢水，在振蕩器中以180r/rain振蕩吸附lh(未單獨(dú)考慮吸附時(shí)間的影響時(shí)均取lh)，靜置后取上清液測(cè)定有關(guān)水質(zhì)參數(shù)。用鄰苯二甲酸氫鉀配置高濃度試劑和標(biāo)準(zhǔn)溶液，用cod測(cè)定儀和恒溫消解器對(duì)印染廢水進(jìn)行檢測(cè)，用比色法檢測(cè)印染廢水的色度[6]。

3 結(jié)果與討論

3．1 凹凸棒土熱改性對(duì)印染廢水處理效果的影響

天然凹土結(jié)構(gòu)中含有吸附水、沸石水、結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水[7]。在處理印染廢水之前對(duì)凹土進(jìn)行熱處理改性，一方面脫除水份，增大有效比表面積；另一方面活化吸附中心，提高其吸附效果。對(duì)于凹凸棒土改性還可以通過(guò)酸洗，來(lái)除去凹凸棒土礦中的雜質(zhì)[8]，我們前期做過(guò)這個(gè)方面的試驗(yàn)，但吸附效果提高并不顯著，而且還增加了處理成本，所以這里主要考慮熱處理改性。根據(jù)凹土的熱分析結(jié)果，在100 200℃之間，其沸石水和吸附水脫出：200 300℃之間結(jié)晶水脫出；400 500℃之間其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)水脫出[9]。

對(duì)高溫焙燒改性處理前、后凹凸棒土的三種典型形態(tài)用掃描電鏡觀(guān)察，選取的放大倍率為一萬(wàn)(10k)。從掃描電鏡可觀(guān)察到凹凸棒土的三種典型微觀(guān)形狀：原礦粉經(jīng)物理粉碎后，分散比較均勻，但表面光滑，比表面積較小；經(jīng)420~c焙燒改性，凹凸棒土在脫出結(jié)構(gòu)水后，孔隙率增大，表面相對(duì)較原礦疏松粗糙，纖維束較分散，有利于吸附；經(jīng)580~c高溫焙燒的凹凸棒土，部分孔道塌陷，針狀纖維束緊密燒結(jié)在一起，孔隙容積和比表面積均較420~c焙燒改性的樣品有所減小。下面將詳細(xì)考察不同熱活化改性的凹凸棒土對(duì)印染廢水的處理效果。

取lg經(jīng)改性處理過(guò)的凹凸棒土對(duì)原始ph值為8．5的100ml(約100g)印染廢水cod(為1 400．2 mg/l)及色度(為620倍)的去除效果隨改性溫度的變化見(jiàn)圖4。未改性的原土在相同條件下處理該印染廢水后cod降為1 217．6ml/l，去除率為13．0%，色度降為478，去除率為22．9%。

經(jīng)改性處理過(guò)的凹凸棒土對(duì)印染廢水cod及色度的去除率效果比原土均有明顯提高。從圖4中可見(jiàn)，當(dāng)凹凸棒土焙燒溫度低于420%；時(shí)，印染廢水cod去除率隨著焙燒溫度的上升而增加，當(dāng)焙燒溫度為420%；時(shí)，cod去除率達(dá)72．1%，色度去除率為93．8%。溫度繼續(xù)升高后，電鏡觀(guān)察到燒結(jié)現(xiàn)象造成比表面下降，活性吸附中心失活，印染廢水的cod和色度去除率均明顯下降(色度下降幅度沒(méi)有cod下降大，可能兩者吸附機(jī)理不同u叫)。可見(jiàn)，適當(dāng)溫度(420%；)的熱活化改性有利于疏通晶體中的通道，增大比表面積，改變表面特性，提高吸附性能。溫度過(guò)低或過(guò)高均降低了吸附力。

3．2 印染廢水ph值對(duì)處理效果的影響。將100ml印染廢水的ph用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)至310的范圍，分別投加1g經(jīng)420~c焙燒改性的凹凸棒土進(jìn)行振蕩吸附實(shí)驗(yàn)，其cod及色度去除率隨ph值的變化見(jiàn)圖5。

由圖5可知，在中性條件下，改性凹土對(duì)cod處理效果較差；當(dāng)印染廢水呈酸性或堿性時(shí)，改性凹凸棒土對(duì)印染廢水cod有較好的去除效果。在堿性條件下脫色和脫除cod效果比酸性條件好；當(dāng)ph值為9時(shí)，印染廢水的cod去除效果及脫色效果均較好，廢水中cod去除率為75．3%，色度去除率為94．5%。而該廢水本身ph值為8．5，所以綜合考慮，ph值為8．5～9．5時(shí)是用凹土處理堿性n¨印染廢水的較適宜條件。如果印染廢水本身為酸性，可以考慮將ph調(diào)節(jié)至6左右可能更合理。色度的變化雖然有與cod變化相似的趨勢(shì)，但ph為7時(shí)色度去除率并沒(méi)有明顯下降。這也再次說(shuō)明凹凸棒土對(duì)cod的去除和色度去除機(jī)理可能完全不同[12]，色度去除可能僅是簡(jiǎn)單的表面物理吸附，而cod的去除還涉及到化學(xué)吸附，所以對(duì)ph的變化比較敏感，其吸附機(jī)理值得進(jìn)一步深入研究。

3．3 凹凸棒土的投加量對(duì)印染廢水處理效果的影響。將ph調(diào)節(jié)為9的100ml印染廢水，分別投加0．5、1、1．5,2、2．5g經(jīng)420~c焙燒改性的凹凸棒土進(jìn)行振蕩吸附實(shí)驗(yàn)，其cod及色度去除率隨添加量的變化見(jiàn)圖6。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)420℃焙燒改性后的凹凸棒土處理ph為9的100ml印染廢水時(shí)，cod和色度的去除率隨凹凸棒土投加量的增加而呈上升趨勢(shì)；當(dāng)投加量為2．5g時(shí)，cod去除率為81．2%，色度去除率為98．8%；但當(dāng)投加量大于1g時(shí)，cod和色度去除率的遞增變化不明顯。因此綜合考慮，此印染廢水的較佳投加量可選擇10—15g(凹土)/l(印染廢水)。

3．4 吸附時(shí)間對(duì)印染廢水處理效果的影響。將ph調(diào)節(jié)為9的100ml印染廢水，投加lg經(jīng)420oc焙燒改性的凹凸棒土進(jìn)行振蕩吸附實(shí)驗(yàn)，其cod及色度去除率隨吸附時(shí)間的變化見(jiàn)圖7。

吸附初始階段，cod和色度的去除率呈明顯上升趨勢(shì)，當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)60min后，去除率曲線(xiàn)已趨于平坦，此時(shí)吸附基本平衡。說(shuō)明改性凹凸棒土處理此印染廢水的較佳吸附時(shí)間為60 90min。

4 結(jié)論

經(jīng)焙燒改性的凹凸棒土吸附劑在印染廢水治理應(yīng)用中具有良好的效果，該吸附劑原料價(jià)格低廉，改性制備過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低，具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。改性凹凸棒土處理此印染廢水的最佳工藝條件是：廢水ph控制在8．5 9．5范圍內(nèi)，吸附劑投加量為10—15g(凹土)/l(印染廢水)，吸附時(shí)間為60—90min。cod去除率可達(dá)80%，脫色率高達(dá)98%，處理過(guò)的廢水可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)
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4 張國(guó)字、王鵬．凹凸棒石粘土及在水處理中的應(yīng)用[j]．工業(yè)水處理．2003．2．3(4)：1～5．