劉智峰
(陜西理工學(xué)院化工學(xué)院,陜西 漢中723001)
焦化廢水脫色一直是焦化廢水處理中存在的一個(gè)難題,這主要是因?yàn)榻够瘡U水中的某些有機(jī)化合物無法降解,這些化合物中有些含有烯鍵,磺酰胺基,羧基酰胺基,羰基和硝基等生色團(tuán),而且含有助色團(tuán),它們相互作用造成出水色度很高[1]。目前對焦化廢水脫色處理主要采用生化法,但生化法對焦化廢水色度的去除不很理想,關(guān)于焦化廢水色度達(dá)標(biāo)排放的報(bào)道也很少。 針對生化法脫色效果不理想這一問題,通常在生化出水后加上活性炭或粉煤灰吸附、 混凝等深度處理工藝對其進(jìn)行脫色。 活性炭脫色效果較好,但存在再生困難、運(yùn)行費(fèi)用高等問題;粉煤灰等成本低且達(dá)到以廢治廢的目的,但使用后大量粉煤灰的處置又是一個(gè)大問題。為解決這些傳統(tǒng)方法存在的問題,眾多學(xué)者致力于研究開發(fā)新的脫色技術(shù)和工藝。 聚合氯化鋁(縮寫PAC)是一種新型無機(jī)高分子凈水劑,具有混凝性能好、絮體大、效率高、用量少、沉淀快、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),其中的鋁主要以帶正電荷的聚羥陽離子形態(tài)存在,具有吸附電中和及壓縮雙電層的能力,從而可實(shí)現(xiàn)廢水的凈化與脫色的效果[2]。 本文采用聚硅酸氯化鋁對焦化廢水脫色效果進(jìn)行研究,為該類廢水在生產(chǎn)實(shí)踐中的處理提供借鑒。
實(shí)驗(yàn)所需焦化廢水取自漢中某焦化廠。 廢水水質(zhì)情況見表1。
表1 廢水水質(zhì)參數(shù)表
儀器:722 型分光光度計(jì);SHZ-ó 型循環(huán)水真空泵;DK-98-1 型電熱恒溫水浴鍋;JJ-4 型六聯(lián)攪拌器;PHS-3C 型pH 計(jì);GR-205 電子天平。
試劑:硅酸鈉(SiO2含量為35%);聚合氯化鋁(Al2O3含量為10%);1 mol/L 鹽酸;1 mol/L 氫氧化鈉溶液。
(1)選用pH、投加量、溫度、攪拌時(shí)間四因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn),研究聚硅酸氯化鋁對焦化廢水脫色的影響。 采用分光光度法測定色度。
(2)色度的測定:首先將水樣過濾,將濾液在754 型紫外分光光度計(jì)上掃描,確定特征光譜為415 nm。然后用色素配制一系列模擬有色廢水,使用722 型分光光度計(jì)在波長415 nm 處測定模擬有色廢水的吸光度,制作標(biāo)準(zhǔn)曲線[3]。 如圖1 所示,橫坐標(biāo)表示模擬廢水中色素的濃度。
圖1 模擬有色廢水的吸光度
(3)脫色率% =(色度值處理前-色度值處理后)/色度值處理前× 100%
聚硅酸的制備:稱取20 g 硅酸鈉固體,并用去離子水將其稀釋至SiO2含量為2.5%,用鹽酸調(diào)節(jié)其pH 值至5 ~6,當(dāng)出現(xiàn)淡藍(lán)色時(shí),停止聚合。
聚硅酸氯化鋁的制備:按Al/Si 為1.0 向聚硅酸中加入聚合氯化鋁固體 (Al2O3含量為10%),在室溫下攪拌30 min,熟化,即得聚硅酸氯化鋁絮凝劑[4](Si 的含量為7.1 mg/mL、Al 的含量為13.8 mg/mL)。
分別在7 個(gè)潔凈的燒杯中各取水樣50 mL,用1 mol/L 鹽酸和1 mol/L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值分別為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0,然后分別投加濃度為7.1 mg/mL 的聚硅酸氯化鋁絮凝劑18 mL,反應(yīng)溫度為28 ℃,攪拌時(shí)間為30 min,反應(yīng)完成后靜置30 min,取上清液測其吸光度,并計(jì)算其脫色率。 結(jié)果如圖2 所示。
圖2 pH 值對脫色率的影響
由圖2 可知,在pH 值為7 ~9 時(shí),脫色率的值較高,這是因?yàn)楫?dāng)廢水的pH 值較小時(shí)絮凝劑處于酸性條件下,聚硅酸氯化鋁聚合沉積,失去絮凝特性,故其絮凝效果較差;而當(dāng)pH 值較高時(shí),聚硅酸氯化鋁電離出的Al3+發(fā)生水解作用而降低絮凝效果。 因此,選擇該絮凝劑的最佳的pH值為8。
分別在9 個(gè)潔凈的燒杯中各取水樣50 mL,用1 mol/L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值為8.0,分別投加濃度為7.1 mg/mL 聚硅酸氯化鋁(以Si 的量計(jì))10、12、14、16、18、20、22 mL,攪拌時(shí)間為30 min,反應(yīng)溫度為28 ℃,反應(yīng)完成后靜置30 min,取上清液測其吸光度,并計(jì)算其脫色率。結(jié)果如圖3 所示。
圖3 投加量對脫色率的影響
由圖3 可知:隨著投加量的增加,脫色率也隨之增加,聚硅酸氯化鋁絮凝劑投加體積為16 ~20 mL 時(shí) (此時(shí)投加量為2.272 ~2.840 mg/mL),焦化廢水的色度去除率較高。 當(dāng)投加體積為18 mL(投加量為2.556 mg/mL)時(shí),色度的去除率達(dá)最大。 但隨著投加量的再增加,脫色率又開始下降,這是因?yàn)檫^量的Al3+使懸浮顆粒物所帶電荷為正電荷發(fā)生逆轉(zhuǎn),導(dǎo)致水中某些污染粒子的重新懸浮,發(fā)生再穩(wěn)定,混凝效果反而下降[5]。 綜合考慮,最佳投加體積為18 mL(投加量為2.556 mg/mL)。
分別在8 個(gè)潔凈的燒杯中各取水樣50 mL,用1 mol/L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值為8.0,攪拌時(shí)間為30 min,投加濃度為7.1 mg/mL 的聚硅酸氯化鋁18 mL,然后分別控制反應(yīng)溫度為20、22、24、26、28、30、32、34 ℃,反應(yīng)完成后靜置30 min,取上清液測其吸光度,并計(jì)算其脫色率。 結(jié)果如圖4所示。
圖4 溫度對脫色率的影響
由圖4 可知,隨著溫度的增加脫色率也隨之增加,當(dāng)溫度在26 ~28 ℃時(shí)脫色效果較好,當(dāng)溫度為28 ℃時(shí),脫色率達(dá)到最大值為63%,隨著溫度的增加脫色率趨于穩(wěn)定不變,這是因?yàn)榫酃杷崧然X水解是一個(gè)吸熱過程[6],水溫高有助于聚硅酸氯化鋁的水解,溫度繼續(xù)升高,水解達(dá)到飽和,所以綜合考慮最佳反應(yīng)溫度為28 ℃。
分別在8 個(gè)潔凈的燒杯中各取水樣50 mL,用1 mol/L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值為8.0,調(diào)節(jié)溫度為28 ℃,投加濃度為7.1 mg/mL 的聚硅酸氯化鋁18 mL,然后分別控制攪拌時(shí)間為5、10、15、20、25、30、35、40 min,反應(yīng)完成后靜置30 min,取上清液測其吸光度,并計(jì)算其脫色率。結(jié)果如圖5 所示。
圖5 攪拌時(shí)間對脫色率的影響
由圖5 可知,隨著攪拌時(shí)間的增加脫色率也隨之增加,當(dāng)攪拌時(shí)間為30 min 時(shí),達(dá)到最大脫色率值為67%,但隨著攪拌時(shí)間的再增加脫色率又開始下降,這是因?yàn)樗行鯛钗镌谶^度攪拌下都會破裂。 如果攪拌時(shí)間過長,絮體破裂后,暴露出新的吸附位置,吸附溶液中過量的聚合物。由于吸附的過量聚合物產(chǎn)生斥力,不能使絮體重新結(jié)合,則會將能夠沉降的顆粒被攪碎后又變成不可沉降的顆粒。 如果攪拌時(shí)間過短,則會使絮凝劑和固體顆粒不能充分接觸,不利于絮凝劑捕集膠體顆粒,而且絮凝劑的濃度分布也不均勻,不利于發(fā)揮絮凝作用。 所以得出最佳攪拌時(shí)間為30 min。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,最佳反應(yīng)條件為:聚硅酸氯化鋁的投加量為2.556 mg/mL,pH 值為8,攪拌時(shí)間為30 min,反應(yīng)溫度為28 ℃。此時(shí),焦化廢水的色度除去率達(dá)到67%。
[1]李琛. 陽離子淀粉對焦化廢水的脫色性能研究[J]. 杭州化工,2012,(02):22-23,26.
[2]李琛. 聚硅酸鋁鐵處理含鉻廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 電鍍與精飾,2013,(08):44-46.
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[6]陽立平.焦化廢水脫色研究進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水,2008,15(5):32-34.