改性煤矸石吸附处理印染废水的试验研究

Posted 2023-01-12 煤矸石

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利用改性后的煤矸石吸附处理印染废水，分别考察了改性煤矸石粒径、投加量、振荡吸附时间对印染废水处理效果的影响。试验结果表明：在原水COD为3298.8mg/L，色度为1100倍，投加4g粒度为120目的改性煤矸石与50mL废水反应5min时，改性煤矸石对COD和色度的吸附去除率分别达到46.2%和83.7%，出水COD和色度分别为1774.8mg/L、180倍。该项研究为改性煤矸石作为水处理吸附剂在印染废水预处理中的应用提供了理论依据，同时也为印染废水的处理提供一种途径。
目前人们已经发现了许多处理废水效果较好的吸附剂，但由于受材料价格等方面的影响，很少应用于实际生产中，开发廉价、处理效果好的吸附剂成为研究的焦点。煤炭是我国最主要的能源，煤矸石作为采煤过程中的固体废弃物随着煤炭生产的不断发展与日俱增，每年新增煤矸石占地400多hm2，且堆积量还以1.5～2.0亿t/a的速度增加[1-2]，矸石山几乎成为我国煤矿的“标志"。目前对煤矸石的的利用主要是粗放式的直接利用，集中在烧砖、生产水泥和混凝土砌块、发电等方面，这使得煤矸石潜在的活性未得到充分发挥，实际上大大降低了其作为一种资源的附加价值。煤矸石基水处理药剂在废水处理方面的研究尚欠深入，且缺乏系统性，因而该废料的利用研究仍处于较低的水平上，利用率较低。因此，对煤矸石改性后作为水处理吸附剂的研究将具有较高的科学与现实意义。
该项研究以改性煤矸石吸附处理印染废水，考察了不同粒径、不同投加量及不同吸附时间对废水中主要污染物的去除效果的影响，以期找到最佳的工艺条件。同时该项研究为改性煤矸石作为水处理吸附剂在其他高浓度难降解工业废水处理中的应用提供了科学依据，也为印染废水的处理提供了一种途径。
1 试验材料及分析检测方法
1)改性煤矸石制备。煤矸石粉碎—焙烧(650℃，2h，缺氧环境)—酸化回流(CHCl=1.2mol/L，1h)—冲洗至中性—干燥(105℃，1h)。
2)废水来源。试验用废水取自某绢纺厂，废水为暗红色，COD为3298.8mg/L，色度为1100倍。
3)分析检测方法。COD测定采用重铬酸钾法，色度测定采用稀释倍数法。
2 试验结果与讨论
2.1 改性煤矸石粒径对废水处理效果的影响
将改性煤矸石筛分，得到40，60，80，100，120，180目改性煤矸石，分别取2g与50mL废水混合，振荡吸附2h，对混合液进行离心分离，取上清液测COD及色度，考察了不同粒径的改性煤矸石对染料废水的处理效果，见图1。

试验结果表明，随着改性煤矸石粒径的减小，改性煤矸石对COD和色度的吸附去除率不断提高。由图1可见，在改性煤矸石粒径由40目减小到120目时，对COD的去除率由42.21%增加到48.54%，对色度的去除率由21.99%增加到74.24%。而当改性煤矸石粒径由120目减小到180目时，对COD的去除率由48.54%增加到49.71%，仅增加了1.17%，对色度去除率由74.24%增加到76.99%，仅增加了2.75%。同时在试验过程中发现，在振荡吸附后沉淀分离过程中，120目煤矸石很快沉淀下来，而对于180目煤矸石则需要较长时间才能沉淀下来，同时由于粒径较小，部分颗粒仍处于悬浮状态。因而120目的改性煤矸石为最佳粒径。
2.2 改性煤矸石投加量对废水处理效果的影响
分别取120目改性煤矸石1，2，4，5，6，8g，与50mL废水混合，振荡吸附2h，考察了改性煤矸石投加量对印染废水的处理效果，见图2。

试验结果表明，随着改性煤矸石投加量的不断增加，对COD和色度的去除率不断提高。由图2可以看出，在改性煤矸石投加量从0增加到4g时，对COD的去除率由0增加到55.56%，对色度的去除率由0增加到88.91%，分别增加了55.56%和88.91%。而当改性煤矸石的投加量从4g增加到8g时，对COD的去除率由55.56%增加到60.23%，对色度的去除率由88.91%增加到91.11%，去除率增加幅度较小，COD和色度去除率分别仅增加4.67%和2.2%。同时由于改性煤矸石投加量的增加，振荡吸附后分离较困难。因而选择最佳投加量为4g。
2.3 不同吸附时间对印染废水处理效果的影响
取120目改性煤矸石4g与50mL废水混合，分别在5，10，15，30，60，90，120，180，240min时取离心后上清液测定其COD及色度，考察了不同吸附时间时改性煤矸石对印染废水的处理效果，见图3。

从试验结果可以看出，在振荡吸附时间从0增加到5min时，改性煤矸石对COD和色度的去除率分别由0增加到46.2%和83.07%。当振荡吸附时间大于5min时，去除率提高较慢；当振荡吸附时间从5min增加到180min时，改性煤矸石对COD去除率由46.02%增加到57.31%，对色度的去除率由83.07%增加到90.18%，分别仅增加了11.29%和7.11%。因而选择最佳吸附时间为5min。
3 结论
1)改性煤矸石可有效去除印染废水中的COD和色度。在原水COD为3298.8mg/L，色度为1100倍，投加4g粒度为120目的改性煤矸石与50mL废水反应5min时，改性煤矸石对COD和色度的吸附去除率分别达到46.2%和83.07%，出水COD和色度分别为1774.8mg/L、180倍。
2)该研究为改性煤矸石作为水处理吸附剂在印染废水预处理中的应用提供了理论依据。
3)该研究为印染废水的处理提供了一种途径，同时也为煤矸石的有效利用提供了理论依据。