凹凸棒石在造纸废水处理中的应用研究

Posted 2023-01-12 用量

篇首语：人非生而知之，孰能无惑？惑而不从师，其为惑也，终不解矣。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了凹凸棒石在造纸废水处理中的应用研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

针对难以生化降解的造纸废水，采用吸附材料凹凸棒石与高分子助凝剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)复合的处理工艺，以单因素实验考察了工艺参数对COD去除的影响。结果表明，各影响因素的优化为：凹凸棒石用量2.5g，助凝剂用量0.06g/100mL废水，反应温度50℃、时间75min。在引条件下，出水COD的去除率为78.96%，效果与优质活性炭的处理相近，但成本较低。
造纸工业废水排放量大、水污染严重、生态破坏性大，多年来一直是造纸工业和环境界研究的重点。在我国造纸工业废水使许多地区的农业、水产业的发展及人民健康受到严重的危害，严重污染了自然环境，已经成为造纸业发展的瓶颈。
造纸工艺可分为制浆和抄纸2大部分，其废水主要来源于蒸煮制浆废水。该废水不仅SS含量高、色度大，而且含有大量成分复杂的COD物质，其污染占整个造纸工业污染的90%以上。目前所用的方法为物理方法+化学方法+生化方法+深度处理方法，工艺过程复杂，处理成本高。因此研究一种应用简单且经济有效的技术方法具有重要的现实意义[1-3]。絮凝工艺在化工行业中目前已有较好的应用基础，因此通过对该工艺方法的改进强化处理效果、降低处理费用更具有可行性。本研究则是基于絮凝机理，用简单廉价的原料处理造纸废水，以期得到较好的COD去除效果，为后续工艺提供较好的条件[4-5]。
1.实验部分
1.1造纸废水
实验所用水样取自北京郊区一牛皮纸制造纸厂。该厂污水处理采用添加助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)在混合池混合后进入反应池作用，反应池设有刮泥机，后进入沉淀池沉淀，出水循环利用。从表观上看，该水样色度偏深，有恶臭味，含杂质多，COD为927mg/L。
1.2试剂与仪器
试剂：凹凸棒石；重铬酸钾，邻菲罗啉，硫酸亚铁铵，硫酸银，硫酸，活性炭，十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)[7-8]。
仪器：旋转式恒温振荡器，分光光度计，电子天平，球磨机。
1.3实验方法
将凹凸棒石进行分级，选择粒度为小于75μm的进行吸附实验。
将凹凸棒石和配制好的天然高分子CTMAB溶液同时加入待处理废水中，在一定的参数下于旋转式水浴加热振荡器中作用，沉淀后测定COD，计算其去除率。采用单因素法确定各参数的优化值，需测的量为变量，根据参考值设定其他参数。根据前期研究，各参考值为：振荡温度40℃，振荡转速120r/min，凹凸棒石用量3g，造纸废水处理量100mL，反应时间2h。
1.4分析方法
以GB11914-1989中的方法测定。
2.结果与讨论
2.1凹凸棒石用量的影响
首先在振荡温度40℃、转速130r/min、时间1h，CTMAB的质量浓度1g/L、用量10mL，废水用量100mL，沉淀时间24h的条件下优化凹凸棒石用量。凹凸棒石用量设定分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0g，结果如图1所示。

由图1可知，随着凹凸棒石的用量的增加，COD的去除效果逐渐提高。当凹凸棒石用量为2.5g时，废水COD的去除率最大，为84.2%。原因是凹凸棒石用量的增多增加了与废水作用的强度，增强了对其COD的去除效果。确定凹凸棒石的优化用量为2.5g。
2.2助凝剂用量的影响
助凝剂的用量也影响反应效果。实验在振荡温度40℃、转速130r/min、振荡时间1h，凹凸棒石用量2.5g、废水用量100mL，CTMAB的质量浓度1g/L，沉淀时间为24h的条件下优化CTMAB用量。CTMAB用量分别为20、30、40、50、60、70mL，出水的COD去除效果如表1所示。

从表1可以看出，随着CTMAB用量的增加，絮团不断增多，絮团的结合性不断增强，出水的COD去除率逐渐增大。当加入CTMAB的量为60mL时，出水COD的去除率为71.8%。而加入70mL时，COD的去除率降低，原因是当助凝剂过多时，较低的溶解度使助凝剂反而少量析出，反而影响其助凝效果，去除效果降低。因此，当CTMAB用量为60mL时，与2.5g的凹凸棒石匹配效果较好。
2.3反应温度的影响
实验在振荡转速130r/min、时间1h，凹凸棒用量2.5g，CTMAB的质量浓度1g/L、用量60mL，沉淀时间2h，废水用量100mL的条件下进行。振荡温度分别为30、35、40、45、50、60℃。出水的COD去除率随温度的变化如表2所示。

从表2可以看出，随着温度的上升，COD去除率不断增加。当温度上升至50℃时，COD的去除率达到最大75.3%。温度过低，会减小助凝剂在水中的溶解度，从而会增加处理水的COD。从测得数据看，当温度为25℃时，COD比原水的高，这就表明在此温度下，助凝剂有析出现象，导致出水的COD升高。从表2还可看出，当温度为60℃时，处理水的COD去除率下降，原因是温度过高使得水中的有机物发生了变化，减小了可吸附性，导致处理水的COD反升。因此，通过分析实验结果，优选择反应温度为50℃。
2.4反应时间的影响
实验在振荡转速130r/min、温度50℃，絮凝剂用量2.5g，CTMAB的质量浓度1g/L、用量60mL，沉淀时间24h，废水用量100mL的条件下进行，反应时间分别为5、10、20、45、50、60、75、100min。COD去除率随时间的变化如图2所示。

从图2可以看出，随着振荡时间的不断增加，其COD去除率不断增加。从整个曲线的趋势来看，75min前处理水的COD去除率增大较快，75min时达到最大值，为80.04%。而后，COD去除率基本没有变化。这说明，75min后絮凝核材料的吸附达到饱和。因此，优选择反应时间为75min。
2.5与活性炭净水效果比较
为了该方法的处理效果，实验采用活性炭处理造纸废水，与其对比。实验条件为：振荡温度50℃、时间75min、转速130r/min，沉淀时间2h，废水用量100mL，活性炭用量2.5g。2种材料处理造纸废水后的结果如表3所示。

与活性炭吸附相比，多孔材料凹凸棒石与有机助凝剂复配的方法在相同条件下处理造纸废水后出水的COD去除率与活性炭吸附后的值很接近。从经济的角度来看，凹凸棒石的成本比活性炭低很多，因此这也就为该复合吸附絮凝工艺选择了更经济有效的方法，为实际工业生产创造了新的价值。
3.结论
将多孔材料———凹凸棒石与有机高分子助凝剂相复配，在发挥凹凸棒石的吸附作用的同时，仅用一种助凝剂就同时达到了絮凝的效果，使造纸废水得到较好的处理效果。实验得出优化的凹凸棒石用量为2.5g，助凝剂CTMAB优化用量为0.06g/100mL。考察反应作用温度及时间对实验效果的影响，优化参数为：实验温度为50℃，作用时间为75min。本方法在优化条件下对造纸废水COD的去除率为78.96%，而采用活性炭法COD的去除率为80.04%，2者效果相近，但凹凸棒石法的成本低，更具经济价值。