丙纶吸油毡吸附处理印染厂含油废水试验研究

Posted 2023-01-12 油毡

篇首语：不怕百事不利，就怕灰心丧气。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了丙纶吸油毡吸附处理印染厂含油废水试验研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

采用丙纶吸油毡吸附处理印染厂含油废水，饱和吸附量达10g/g。研究了静态吸附时间、温度、pH值对去除率的影响，通过正交试验确定最佳处理条件为温度35℃、pH值9、丙纶吸油毡用量7.5g/L、吸附时间1h，最佳试验条件下吸附除油率为87.12%；动态吸附试验表明去除效率与进水流速成反比关系。
吸附法利用亲油性材料吸附废水中的溶解油及其他溶解性有机物，由于不需投加化学药剂，不易产生二次污染一直以来受到人们重视。采用丙纶吸油毡从含油工业废水中吸附分离和回收油类物质具有良好的环境效益和经济效益。丙纶又称聚丙烯纤维，根据相似相容原理，丙纶吸油毡对于烷烃类油品具有极强的吸附性能，其吸油机理主要是利用极强的亲油疏水性，油粒首先在材料表面湿润并吸附，液相主体中的油粒与先吸附的油滴碰撞聚集，使材料表面上被吸附的油滴不断变大，加速油滴的下落，当油滴增大到一定程度时，便在重力作用下从材料表层进入材料内层，连续的湿润、碰撞、聚结，使油相和水相加以分离。同时，丙纶吸油毡具有多孔性网状结构，有一定的厚度，大大加大了油滴与材料的接触面积，提高了油水分离效果。本试验采用丙纶吸油毡吸附处理印染厂含油废水，研究了丙纶吸油毡对印染厂含油废水中油类物质的吸附性能，通过正交试验寻求含油废水的最佳处理条件。
1.实验部分
1.1仪器与材料
仪器：TU-1810型紫外可见分光光度计；YPW-Ⅰ型回转式恒温调速摇瓶柜；NEXUS-670傅里叶变换红外-拉曼光谱仪；BS110S型电子分析天平；SJ-4A型pH计。
材料：丙纶吸油毡；正己烷(分析纯正己烷重蒸馏，以去离子水做参比于波长225nm处测定，透光率不大于80%方可使用)；无水硫酸钠AR(400℃烘干1h，冷却后装瓶备用)；实验用油为浙江省某印染厂废水浮油经无水硫酸钠脱水过滤所得；含油废水等该印染厂排放的废水经隔油处理去除表面浮油及悬浮物后的出水，含油量为53.09mg/L，用硫酸酸化至pH<2，以抑制微生物降解油类物质。
标准油：现场收集的废油用重蒸馏后的正己烷萃取，经无水硫酸钠脱水后过滤，将滤液置于70±1℃水浴上蒸出正己烷，然后置于70±1℃恒温箱内赶尽残留的正己烷，即得标准油品。
1.2实验方法
1.2.1饱和吸油量的测定
采用称重法测定，当吸油毡的质量不随吸附时间的增加而增加时，可认为吸附达饱和，称其质量即为吸附饱和后的吸油毡总量，饱和吸油量的计算公式见式
(1)。

1式中，W2为吸附饱和后的吸油毡总重，g；W1为未吸附废油的吸油毡重，g。
1.2.2保油率的测定
将吸附饱和的丙纶吸油毡在3000rpm转速下离心1min后称重，保油率计算公式见式
(2)。

式中，W3为离心分离后的吸油毡总重，g；W1和W2的物理意义同公式
(1)。
1.2.3废水含油率η的测定
量取200mL的已酸化含油废水，加入4g氯化钠，用重蒸馏正己烷萃取含油废水三次，萃取液通过内铺约5mm厚的无水硫酸钠层的砂芯漏斗过滤后定容至50mL，于最大吸收波长处测其紫外吸光度，通过标准曲线查得其对应浓度，通过公式
(3)计算废水含油率η。

式中，η为废水含油率，mg/L；C为从标准曲线上查得的浓度，mg/L；V1为萃取液体积，本实验中为50mL；V2为所测废水体积，mL。根据废水含油率进而计算吸油毡的除油率，见公式
(4)。

式中，η1为原水含油率，mg/L；η2为吸附处理后的废水含油率，mg/L。
1.2.4正交试验方案

1.2.5动态吸附试验
动态吸附试验在室温(28～32℃)下进行，吸附装置如图1所示，称取5g吸油毡放入具玻璃活塞的吸附管内，将含油废水倒入分液漏斗中，调节漏斗开关以确保吸油毡上始终保持一段水柱，调节吸附管玻璃活塞，以控制水流速度，通过下部接水量筒读出过滤水量。

2.实验结果与讨论
2.1印染厂废水中油类污染物成分初步分析
将采自湖州市某印染厂的含油废水用CCl4萃取出油类物质，进行红外光谱分析，结果如图2所示。图2中1377cm-1处的峰为CH3的特征峰，2924cm-1和2855cm-1是CH3和CH2的C-H伸缩振动峰，1459cm-1为CH3、CH2的面内变形振动峰，位于723cm-1处的峰进一步说明该物质是烷烃类物质。同时对油样进行紫外吸收光谱测定，可以推断油样中含有具共轭双键的化合物[7-8]。

2.2标准曲线的绘制
以重蒸馏正己烷为溶剂配制浓度分别为3.164mg/L、15.82mg/L的标准油溶液并于215～255nm波长处进行光谱扫描，结果见图3。从图中得出该油样紫外最大吸收波长为230nm。紫外分光光度法测得的标准曲线如表2，从线性回归方程上可以看出具有较好的线性关系。

2.3丙纶吸油毡对废油的吸附性能研究
称取0.5g丙纶吸油毡分别吸附油温为20℃、35℃、45℃、55℃、60℃的废油，试验结果如图4。从图中可看出吸油毡吸油速率快，一般在10s之内就达到饱和吸附量的80%，低温时，吸油毡的饱和吸附量可达到10g/g。随着油温的升高，吸附与解吸速率加快，使得达到吸附饱和的时间缩短，但饱和吸附量有所下降，主要是由于随着温度的升高，油品粘度下降，不利于油粒滞留在吸油毡的疏松空隙内。

2.4吸附次数对丙纶吸油毡吸附性能的影响
将吸附饱和的丙纶吸油毡离心分离，测定保油率，之后用离心分离后的吸油毡吸附油温为35℃的废油，测定其饱和吸附量，如此循环试验，研究吸附次数对丙纶吸油毡吸附性能的影响，试验结果如图5所示。从图5可以看出随着吸附次数的增加，吸油毡饱和吸附量略微下降，但降幅不大，吸附量保持在8.8g/g左右。在离心力的作用下，滞留在吸油毡空隙间的油被排除，而吸附在材料表面的油仍会残留，总体上丙纶吸油毡的保油率维持在2%左右。

2.5丙纶吸油毡吸附处理含油废水
2.5.1静态吸附试验
取200mL印染厂含油废水，加入适量丙纶吸油毡，在恒温调速摇瓶柜中以200r/min转速进行静态吸附试验，研究吸附时间、吸附温度以及废水pH值对去除率的影响。
2.5.1.1吸附时间对油类污染物去除率的影响
废油去除率随吸附时间的变化情况见图6。在吸附初始阶段，随着吸附时间的增加，废油去除率急剧加大，此时吸附速率大于解吸速率，此后随着吸附的进行，吸附速率逐渐下降，解吸速率逐渐增大，当吸附时间达到35min时，吸附达到饱和，吸附与解吸达到平衡，废油去除率基本稳定在90%左右。

2.5.1.2吸附温度对油类污染物去除率的影响
不同吸附温度下废油的去除情况见图7。

随着吸附温度的升高，废油去除率有所增加，一方面是由于温度升高，水的密度变化不大，而油的密度降低较大，增加了油和水的密度差，加剧了油和水的分离，发送了废油去除的环境；另一方面，升高温度也降低了水的绝对粘度，增大了油滴的上浮速度，进一步改善了处理效果；此外，水粘度的降低也有利于小油滴的碰撞聚结，而且高温下乳化液的稳定性变差，使得悬浮在废水当中的细微油颗粒相互聚结，这些都在一定程度上提高了除油率。
2.5.1.3pH值对油类污染物去除率的影响
不同pH值下丙纶吸油毡对废油的去除情况见图8。

由图8可知，不同pH条件下的含油废水中丙纶吸油毡的吸油率大致相同，没有太大变化。这说明，吸附环境的酸碱度对丙纶吸油毡的吸油性能影响较小。

极差Rj的大小反映各因素水平变化对吸附除油率的影响，极差越大说明这个因素的水平改变对试验结果的影响越大，由此得出因素的重要性次序为：C>A>B>D，对含油废水处理效果最佳的方案是A2B2C3D3。因已做的正交试验不包括最佳方案，因此按最佳方案即在温度为35℃、pH值为9、丙纶吸油毡用量为1.5g、吸附时间为1h的条件下吸附处理200mL含油废水，得到吸附除油率为87.12%，出水含油量低于10mg/L。为了降低试验误差的影响，利用极差分析求出最优方案的工程平均，得到A2的水平效应a2=5.237，B2的水平效应b2=2.377，C3的水平效应c3=11.933，D3的水平效应d3=1.793。最优方案A2B2C3D3的工程平均为y优=87.05%，比已做过的9个试验中最高去除率的第5号试验的试验结果84.13%还要高，从另一个角度说明确定方案A2B2C3D3为最优方案是正确的。
2.5.2动态吸附试验
在室温(28～32℃)，吸附层厚为80mm，流速分别为0.25mL/s、0.5mL/s条件下，对含油废水进行动态吸附试验，研究随着吸附时间增加、处理水量的变大，吸油毡对含油废水处理效果的变化，为保证实验数据的可靠性，吸附试验重复进行3次，其结果见图9。

从图9可以看出初期去除率较低，随着处理水量的增加，含油废水的去除率基本稳定，进水流速为0.25mL/s去除率稳定在85%左右；进水流速为0.5mL/s去除率稳定在70%左右。造成这种原因主要是由于在废水含油量较低且单向非循环流经吸油毡的情况下，吸油毡新鲜表面最初对其捕捉能力不强，部分油微粒易随水流带走，水流过一段时间后，吸油毡表面的油微粒在孔表面富集，客观上增加了油微粒之间的碰撞机会，从而变为更大的油颗粒。这些油颗粒沿孔表面向孔隙逐渐渗透时产生毛细管作用力，加速油颗粒向内部的渗透，对随后流过的油微粒形成了更大的引力，导致吸油量增加并趋于平稳。进水流速越大，处理效率越低，主要是由于随着流速增加，废水与吸油毡的接触时间缩短，导致吸油毡吸油不充分，并且流速增加还会加大水流冲力，积聚的油微粒也易被带走。但是流速太小，处理水量将会减少，因而，实际工程中必须重点研究进水流速与去除率的有效搭配，将进水流速控制在合理范围内。
3.结论
(1)丙纶吸油毡对印染厂废油吸附随着油温的升高，吸附量有所下降，饱和吸附量可达到10g/g，吸附容量大；
(2)随着吸附次数的增加，丙纶吸油毡饱和吸附量略微下降，但降幅不大，总体上丙纶吸油毡的保油率保持在2%左右，说明丙纶吸油毡的再生性能良好；
(3)通过正交试验，得到含油废水最佳处理条件为温度35℃、pH值9、丙纶吸油毡用量1.5g、吸附时间1h，吸附除油率为87.12%；
(4)采用丙纶吸油毡处理含油废水，设备简单，操作方便，无堵塞现象，但要取得更理想的除油效果还需与其它技术联合使用。