几种环境矿物对印染废水处理性能的比较研究 4页

第39卷第1期非金属矿Vo1．39No．120l6年1月Non．MetallicMinesJanuary，2016几种环境矿物对印染废水处理性能的比较研究林明阳姚煜杰郝琦玮王趁义(浙江万里学院环境科学系，浙江宁波315100)摘要为了解决利用改性土处理废水易造成二次污染，且改性成本较高等缺点，以甲基橙模拟印染废水为例，探讨并比较了矿物原土(膨润土、高岭土、硅藻土)对印染废水的处理效果，研究了pH值、黏土矿物用量以及搅拌强度等对印染废水CODc值降低率、脱色率及其矿物沉降性能的影响。结果表明：膨i~g-+-在pH值为5，土量为0．125nL，搅拌强度为200r／min时对印染废水CODcr值降低率最大，为81．80％；脱色效果主要取决于膨润土的用量，膨润土用量越大脱色效果越好，最大为73．19％；酸性条件下的沉降效果较好。高岭土仅在酸性条件下对印染废水有处理效果，在中性和碱性下不起作用，pH值为1时的CODc值降低率可达65．23％，相应脱色率也最好。在相同pH值下，硅藻土用量越大，脱色效果越好，其中以pH值为7、用量为0．15g／mE时COD值降低效果最好，可达76．92％。与高岭土和膨润土相比，用硅藻土处理印染废水后的矿物沉降}生能最好，可明显缩短沉降时问。关键词膨润土；高岭土；硅藻土；印染废水；处理效果中图分类号：X703；TD985文献标识码：A文章编号：1000-8098(2016101—0024-04ComparativeStudyofSeveralEnvironmentalMineralProcessingPerformancesonPrintingandDyeingWastewaterLinMingyangYaoYijieHaoQiweiWangChenyi’(DepartmentofEnvironmentalScience，ZhejiangWanliUniversity,Ningbo，Zhejiang315100)AbstractInordertosolvetheshortcomingsaboutmodifiedsoilbeingeasytocausethesecondarypollutionandhighcosttreatingwithprintinganddyeingwastewater,thispaperdiscussesandcompares(bentonite，kaolin，diatomite)theoptimalconditionsoftheoriginalsoilminerals，suchasthepHvalue，thedosageofclaymineralsandstirringintensityonthereductionrateofCODcr，decoloringrateandtheinfluenceofthemineralsedimentation．ResultsshowthatwhenthepHvalueis5，soilmassis0．125g／mL，stiringintensityfor200r／min，reductionrateofCODcreachedamaximumusingbentonite；Thedecoloringefectmainlydependsontheamountofbentonite；Undertheacidicconditionsthesettlementefectisbe~er．Kaolinhasefectonprintinganddyeingwastewatertreatmentonlyunderacidcondition，withpHltheCODcreductionratecanreach65．23％，thedecoloringratealsoisthebest．UnderthesamepHvalue，thegreatertheamountofdiatomite，thebeRerofthedecoloringefect，withpH7，thedosageis0．15g／mL，theCODcreductioneffectisbest，whichcanbeach76．92％．Inaddition，comparedwithkaolinandbentonite，afterusingdiatomitetreatingprintinganddyeingwastewater,mineralsettlingperformanceisbe~er,whichcanobviouslyshortenthesetlingtime．Keywordsbentonite；kaoline；diatomite；printinganddyeingwastewater；treatmenteficiency印染行业是高耗水产业，生产过程中会产生大水中的无机和有机污染物]。膨润土、高岭土、硅藻量的有色废水，其成分复杂，COD值高，色度大，毒性土3种黏土矿物均对废水中某些污染物有较好的吸强，降解难，处理十分困难[1-3]o目前常见的印染废水附效果，特别是对废水中的重金属离子，如Cu、cr2+、处理方法有物理化学法和生化处理法。物理化学Pb、zn2十等的吸附作用已有较成熟的研究[1，但其对法对废水中难降解的助剂等降解效果较好，但成本较印染废水中COD和色度的处理研究则鲜见报道。高，在大批量的废水处理中推广困难。生物处理法成为研究上述3种黏土矿物原土对印染废水中本相对低廉，但其对印染废水中化学助剂的降解效果COD和色度的处理效果，通过正交实验分别探究了不理想[51。3种原土在不同pH值、投加量、搅拌强度下对CODc近年来，研究人员针对物理化学法中的吸附法，值降低率、色度去除率的影响，并通过处理污水后的利用某些黏土矿物的理化性能处理污水，可有效吸附矿物沉降体积来衡量矿物沉降性能，获得3种矿物的最优处理工艺方案。收稿日期：2015-12．021实验部分基金项目：国家自然科学基金(31071856)；浙江省自然科学1．1原料、试剂及仪器设备钠基膨润土、高岭土、硅基金(LY16C150002)；浙江省重中之重学科经费(ZS2013001、藻土均为试剂级，购自国药集团化学试剂公司。经过CX2014007)。通讯作者，E-mail：wcyxz@163．com。化学分析，主要化学成分见表1。．24一\n林明阳，姚煜杰，郝琦玮，等几种环境矿物对印染废水处理性能的比较研究表1原料主要化学成分(w／％)表2膨润土处理印染废水CODc~值降低率及脱色率原料SiO2A1203Fe203MgOCaOK20TiO2Na2OMnO其它重铬酸钾、硫酸亚铁铵、硫酸银、硫酸、盐酸、氢氧化钠、邻菲罗啉、甲基橙等，均为分析纯。印染废水采用分析纯甲基橙模拟水样，水样COD0值1200mg／L，pH值6．01，稀释5倍后的印染废水原水在最大吸收波长465nln下的吸光度为1．145。UV2800紫外分光光度计，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；78—1磁力加热搅拌器，江苏环宇科学仪器厂；BS224S电子分析天平，赛多利斯科学仪器有限公司；MD6微波COD消解仪，成都奥谱勒仪器有限公司。1．2实验步骤取200mL待处理的模拟印染废水，采用L日(3)正交表分别进行实验，其中3因素3水平分别是：矿物用量(0．1、0．125、0．15g／mL)，废水pH值沉降时间／rain(5、7、9)，搅拌速度(80、200、400r／min)，pH值用HC1／图1膨润土处理印染废水的矿物沉降效果图NaOH溶液调节；在相应的转速下先搅拌10min后，静止40mha，取上清液，用微波消解法测COD，用紫0．15g／mL、搅拌强度为80r／min时，脱色率达到最大值外分光光度计测色度；将处理后的溶液倒入100mL73．19％，但CODcr值降低率只有14．21％，是该组比较的量筒中静置，每隔30rain读1次矿物沉降的体积，研究中的最小值。因此，对于膨润土处理印染废水的观察其沉降性能情况，并通过矿物沉降体积来衡量沉最优条件应在酸性条件下，根据CODn值降低率和脱降眭能。每个实验取3次平行实验的平均值。色率的处理要求，从2、3号实验中选择出合适的方案。COD，值计算采用下式：由图1可看出，第1、3、4、6、9号实验矿物的沉降CODc=[(Vo—)×c×8×1000]／V(1)体积相对较小，达到20~35mL，表现出较好的沉降陛式中：C为硫酸亚铁铵标液的浓度，mol／L；Vo和分能。其中只有当土量为O．1nL时(第1、4号实验)，别为滴定空白时和滴定水样时硫酸亚铁铵标液的用在后续沉降过程(60～120rain)中矿物沉降体积在逐量，mL；V为水样体积，mL。渐减小；而土量为0．125g／mL(第2、5、8号实验)或脱色率按下式计算：O．15g／mL时(第3、6、9号实验)，在后续沉降过程中，叩=0一A)／A0×100％(2)沉降体积则逐渐增加。由此可知，膨润土用量对矿物式中：。和分别为原水样和处理后水样的吸光度沉降性能影响较大；pH值和搅拌强度对矿物沉降影测试值。响较小。2结果与讨论2-2高岭土处理印染废水经高岭土处理后的印染2．1膨润土处理印染废水经膨润土处理后的印染废水，其COD值降低率及脱色率见表3。废水COD。值降低率及脱色率见表2，矿物沉降效果实验发现，除1号外其余组的溶液均呈现出浑浊见图1。现象，无法取出上清液，因此COD0值和脱色率不做由表2可知，酸性条件下膨润土对CODc~值降低测定。当溶液为中性和碱性时(pH=7，pH=9)，或者效果普遍比中性和碱性废水好，2号实验即pH值为5、高岭土用量大(0．15g／mL)时，高岭土处理印染废水膨润土投加量为0．125g／rnL、搅拌强度为200r／min时，的效果不佳，主要原因是因为高岭土具有很强的分散COD值降低率可达到最大值81．80％。从脱色率的性和吸水性。为了研究酸性条件下高岭土的混凝处比较来看，在相同pH值下，随土量增大，脱色效果逐理效果，在土量为0．1gCmL的条件下增加了两组实验渐变好。在中性环境下，6号实验即膨润土投加量为(pH值分别为1和3)，结果见表4和图2。一25．\n第39卷第1期非金属矿2016年1月表3高岭土处理印染废水CODc~值降低率和脱色率表5硅藻土处理印染废水CODer值降低率及脱色率．1E＼逝曝∞∞∞∞牾们注：nd表示溶液浑浊，无法取出上清液。选择合适的处理条件以有效降低COD值。表4酸性条件下高岭土处理印染废水COD值降低率及脱色率沉降时l司／rain图3硅藻土处理印染废水后矿物沉降效果图由图3可知，硅藻土处理印染废水后的矿物沉降体积均较低，30min已经沉降完全，矿物沉降体积几乎不变，说明硅藻土处理印染废水后的矿物性质稳定。与高岭土和膨润土相比，用硅藻土处理更有利于矿物沉降。2．43种环境矿物处理效果的比较膨润土处理印沉降时I司／mm图2酸祭件下高岭土处理印染废水后矿物沉降效果染废水的最佳COD值降低方案为：pH值为5，用土由表4可知，当pH值为1时，COD值降低率和量为O．125g／mL，搅拌强度为200r／min，CODc值降脱色率相对最高，但与成熟废水处理工艺相比仍处于低率为81．80％；最佳色度去除方案为：废水pH值为中等水平【8j。同时由图2发现，虽然用1、2号实验高7，土量为0．15咖L，搅拌强度为80r／min，脱色率为岭土处理的印染废水矿物沉降体积都呈下降趋势，但73．19％。综合考虑COD值降低率和脱色率，最佳实是经过2h沉降后，矿物沉降体积仍在55-65mL，这验方案为：废水pH值为5，土量为0．15咖L，转速为说明经过高岭土处理的印染废水的矿物沉降性较差。400r／rain，此时废水中COD值降低率为66．20％，脱2．3硅藻土处理印染废水硅藻土对印染废水色率为72．84％。COD值降低率和色度去除率见表5，矿物沉降效果高岭土处理印染废水的最佳方案是：pH值为1，见图3。土量0．1咖L，转速80r／min，此时COD。值降低率为由表5可知，在2号实验即pn值为5、硅藻土65．23％，脱色率为58．52％。由于高岭土处理后的印投加量为O．125g／mL，和9号实验即pH值为9、土量染废水矿物沉降体积大，沉降性较差，且COD。值降为0．15g／mE时的COD值降低率较接近，并且降低低率及色度去除率较低，因此高岭土原土不适于处理率相对较大，接近70％；但两者脱色率均偏低，约为印染废水，可对其适当改性后再运用于水处理中。30％。在对印染废水色度去除率要求较高时，不建议硅藻土处理印染废水的最佳方案为：废水pH值采用硅藻土处理。由表5还可得出：在酸性和碱性条为7，土量为0．15g／mL，转速为80r／min，此时CODc件下，中速搅拌有利于降低COD0值；在中性条件下，值降低率为76．92％，脱色率为34．98％，脱色率较低，慢速搅拌有利于降低COD。值。可根据实际情况来但硅藻土较膨润土、高岭土更有利(下转第5l页)一26一\n张向东，李庆文，宋洋防冻剂对掺减水剂煤矸石混凝土抗冻性能研究入不同防冻剂煤矸石混凝土(以A组为基础)单位面抗冻性能明显减弱。硝酸钙虽对其抗冻性能也有劣积剥落量，见图5。化作用，但较氯化钙、亚硝酸钙不显著。乙二醇在较3．0低掺量0～1．O％范围内，使其抗冻融破坏能力得到提2．5升，提升空间为10％-30％。2-0●●●■3．无机盐防冻剂对其盐冻融剥蚀性能随掺量增舔15嶷10加而降低，乙二醇在小范围增强煤矸石混凝土抗盐冻Ⅲ丑●●JIs性能，其抗剥蚀能力显著性表现为乙二醇>硝酸钙>辏氯化钙>亚硝酸钙。氯化钙亚硝酸钙硝酸钙乙二醇槽昌昌昌不昌同-防l冻|剂种一类一图5掺防冻剂煤矸石混凝土抗盐冻剥离量参考文献：从图5可看出，掺氯化钙和亚硝酸钙显著降低煤[1】李永靖，张旭，闰宣澎，等．测定煤矸石骨料混凝土性能的试验分析矸石混凝土抗盐冻剥蚀性能，掺硝酸钙对煤矸石混凝饥．非金属矿，2013，36(3)：43-45．土抗盐冻性能影响没有前两者显著，但掺量超过1％[2】宋洋，赵禹，祝百茹，等．煤矸石轻集料混凝土性能试验研究明．非金属矿，2014，37(1)：28．30．后，剥落量与掺量成正相关；不同掺量乙二醇对其抗[3]王国平．辽宁阜新煤矸石资源化研究[D]．成都：成都理工大学，盐冻剥蚀影响水平比较稳定，约为0．9kg／m2。从本质2005．上看，因NaC1溶液迁移摩擦力比水大，使得未冻结水[4]李庆文，李桂秀，李洋．冻融和碳化交替作用煤矸石混凝土耐久性向煤矸石混凝土内部混凝土表层孔隙中的渗透相对研究[J]．非金属矿，2015，38(4)：39-42．困难，更大静水压力施加在表层煤矸石混凝土上，使[5】周梅，牟爽，王强．基于正交设计的大流动性自燃煤矸石全轻混凝得微裂缝加速形成和发展，发生盐冻融剥蚀破坏。土试验研究们．非金属矿，2012，35(6)：19．22，48．【6]张向东，李庆文，李桂秀，等．自燃煤矸石轻集料混凝土碳化性能试3结论验研究明．非金属矿，2015，38(3)：40-42，51．1．防冻剂与减水剂对煤矸石混凝土拌合物坍落[7】张军．防冻剂对混凝土性能影响的研究[J]．甘肃农业，2011(5)：76—度影响为二次函数关系，掺无机盐防冻剂对其减水剂77．无明显影响。乙二醇对掺减水剂煤矸石混凝土工作【8】文婧，李家和，朱卫中．负温务件下防冻组分对HCSA膨胀剂性能性有负作用，30min其坍落度损失随掺量增加有增大影响[J]．低温建筑技术，2008，3O(3)：8-10．[9】仇影．含泥量对掺高效减水剂的混凝土性能影响研究阴．硅酸盐通趋势。施工时应用乙二醇为防冻剂时，需注意其对萘报，2014，33(10)：2508-2513．系减水剂有负作用。【10]陈宝墙．MPEGAA．AA-6s改性聚羧酸高效减水剂在高性能混2．随氯化钙、亚硝酸钙掺量增加，煤矸石混凝土凝土中的保坍性能明．硅酸盐通报，2013，32(8)：1484—1489．^(上接第26页)于矿物沉降。在实际运用中如对印环境工程学报，2014，8(9)：3601．3606．染废水色度去除要求不高时，可采用硅藻土处理印染【2]马万征，刘丹丹，郑洪倩，等．改性高岭土对印染废水处理的研究明．废水。山东理工大学学报，2013，27(1)：34-37．3结论[3]GaoEnli，ZhongWeijia，FuXiaolan，eta1．DecolorizationonindigodyingwastewaterbYlaccasefromcoriolusversieolor[J]．Meteorological对于印染废水处理黏土矿物原土和改性土相比andEnvironmentalResearch，2013，4(1)：53—56．有较大优势：不造成二次污染，且成本低廉。综合考[4]刘汉阳．膨润土吸附处理染料／印染废水研究[D]．湘潭：湘潭大学，虑性价比，在原土具有较好的降低COD0值和色度的2012．前提下，优先选用原土。对于深度处理，可以采用联[5]闰金霞，成庆利．印染废水治理技术综述明．染料与染色，2007，用技术或多级处理。44(2)：48—51．膨润土和硅藻土各具优缺点，前者效果更好，但[6]王立璇，马宏瑞，何晓云，等．有机黏土对分散染料废水的处理闭．沉降性能较差；后者效果稍差，但沉降性能更优。而工业安全与环保，2012，38(9)：21-23．高岭土原土不进行改I生不适于处理印染废水。【7]范恒，聂锦旭，昊光锋，等．微波改性膨润土对合磷废水的吸附性能研究叨．非金属矿，2014，37(1)：69．71．参考文献：[8]杜玉成，孙广兵，郑广伟．硅藻土／WO-PAM复合吸附剂制备及去【l】薛懂，李长波，张洪林，等．絮凝-Fenton试剂氧化处理印染废水[J]除铯性能研究阴．非金属矿，2015，38(1)：69—72．腻．51．