环境矿物对印染废水处理性能的比较摘要: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CODCr值降低率、脱色率及其矿物沉降性能的影响。结果表明:膨润土在pH值为5,土量为0.125g/mL,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CODCr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/mL时CODCr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性能最好,可明显缩短沉降时间。

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(2016)01-0024-04

印染行业是高耗水产业,生产过程中会产生大量的有色废水,其成分复杂,COD值高,色度大,毒性强,降解难,处理十分困难[1-3]。目前常见的印染废水处理方法有物理化学法和生化处理法[4]。物理化学法对废水中难降解的助剂等降解效果较好,但成本较高,在大批量的废水处理中推广困难。生物处理法成本相对低廉,但其对印染废水中化学助剂的降解效果不理想[5]。近年来,研究人员针对物理化学法中的吸附法,利用某些黏土矿物的理化性能处理污水,可有效吸附水中的无机和有机污染物[6]。膨润土、高岭土、硅藻土3种黏土矿物均对废水中某些污染物有较好的吸附效果,特别是对废水中的重金属离子,如Cu2+、Cr2+、Pb2+、Zn2+等的吸附作用已有较成熟的研究[7],但其对印染废水中COD和色度的处理研究则鲜见报道。为研究上述3种黏土矿物原土对印染废水中CODCr和色度的处理效果,通过正交实验分别探究了3种原土在不同pH值、投加量、搅拌强度下对CODCr值降低率、色度去除率的影响,并通过处理污水后的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。

1实验部分

1.1原料、试剂及仪器设备

钠基膨润土、高岭土、硅藻土均为试剂级,购自国药集团化学试剂公司。经过化学分析,主要化学成分见表1。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CODCr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465nm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L9(33)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(5、7、9),搅拌速度(80、200、400r/min),pH值用HCl/NaOH溶液调节;在相应的转速下先搅拌10min后,静止40min,取上清液,用微波消解法测CODCr,用紫外分光光度计测色度;将处理后的溶液倒入100mL的量筒中静置,每隔30min读1次矿物沉降的体积,观察其沉降性能情况,并通过矿物沉降体积来衡量沉降性能。每个实验取3次平行实验的平均值。CODCr值计算采用下式:CODCr=[(V0-Vi)×c×8×1000]/V(1)式中:c为硫酸亚铁铵标液的浓度,mol/L;V0和Vi分别为滴定空白时和滴定水样时硫酸亚铁铵标液的用量,mL;V为水样体积,mL。脱色率按下式计算:η=(A0-A)/A0×100%(2)式中:A0和A分别为原水样和处理后水样的吸光度测试值。

2结果与讨论

2.1膨润土处理印染废水

经膨润土处理后的印染废水CODCr值降低率及脱色率见表2,矿物沉降效果见图1。由表2可知,酸性条件下膨润土对CODCr值降低效果普遍比中性和碱性废水好,2号实验即pH值为5、膨润土投加量为0.125g/mL、搅拌强度为200r/min时,CODCr值降低率可达到最大值81.80%。从脱色率的比较来看,在相同pH值下,随土量增大,脱色效果逐渐变好。在中性环境下,6号实验即膨润土投加量为0.15g/mL、搅拌强度为80r/min时,脱色率达到最大值73.19%,但CODCr值降低率只有14.21%,是该组比较研究中的最小值。因此,对于膨润土处理印染废水的最优条件应在酸性条件下,根据CODCr值降低率和脱色率的处理要求,从2、3号实验中选择出合适的方案。由图1可看出,第1、3、4、6、9号实验矿物的沉降体积相对较小,达到20~35mL,表现出较好的沉降性能。其中只有当土量为0.1g/mL时(第1、4号实验),在后续沉降过程(60~120min)中矿物沉降体积在逐渐减小;而土量为0.125g/mL(第2、5、8号实验)或0.15g/mL时(第3、6、9号实验),在后续沉降过程中,沉降体积则逐渐增加。由此可知,膨润土用量对矿物沉降性能影响较大;pH值和搅拌强度对矿物沉降影响较小。

2.2高岭土处理印染废水

经高岭土处理后的印染废水,其CODCr值降低率及脱色率见表3。实验发现,除1号外其余组的溶液均呈现出浑浊现象,无法取出上清液,因此CODCr值和脱色率不做测定。当溶液为中性和碱性时(pH=7,pH=9),或者高岭土用量大(0.15g/mL)时,高岭土处理印染废水的效果不佳,主要原因是因为高岭土具有很强的分散性和吸水性。为了研究酸性条件下高岭土的混凝处理效果,在土量为0.1g/mL的条件下增加了两组实验(pH值分别为1和3),结果见表4和图2。由表4可知,当pH值为1时,CODCr值降低率和脱色率相对最高,但与成熟废水处理工艺相比仍处于中等水平[8]。同时由图2发现,虽然用1、2号实验高岭土处理的印染废水矿物沉降体积都呈下降趋势,但是经过2h沉降后,矿物沉降体积仍在55~65mL,这说明经过高岭土处理的印染废水的矿物沉降性较差。2.3硅藻土处理印染废水硅藻土对印染废水CODCr值降低率和色度去除率见表5,矿物沉降效果见图3。由表5可知,在2号实验即pH值为5、硅藻土投加量为0.125g/mL,和9号实验即pH值为9、土量为0.15g/mL时的CODCr值降低率较接近,并且降低率相对较大,接近70%;但两者脱色率均偏低,约为30%。在对印染废水色度去除率要求较高时,不建议采用硅藻土处理。由表5还可得出:在酸性和碱性条件下,中速搅拌有利于降低CODCr值;在中性条件下,慢速搅拌有利于降低CODCr值。可根据实际情况来选择合适的处理条件以有效降低CODCr值。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染废水的最佳CODCr值降低方案为:pH值为5,用土量为0.125g/mL,搅拌强度为200r/min,CODCr值降低率为81.80%;最佳色度去除方案为:废水pH值为7,土量为0.15g/mL,搅拌强度为80r/min,脱色率为73.19%。综合考虑CODCr值降低率和脱色率,最佳实验方案为:废水pH值为5,土量为0.15g/mL,转速为400r/min,此时废水中CODCr值降低率为66.20%,脱色率为72.84%。高岭土处理印染废水的最佳方案是:pH值为1,土量0.1g/mL,转速80r/min,此时CODCr值降低率为65.23%,脱色率为58.52%。由于高岭土处理后的印染废水矿物沉降体积大,沉降性较差,且CODCr值降低率及色度去除率较低,因此高岭土原土不适于处理印染废水,可对其适当改性后再运用于水处理中。硅藻土处理印染废水的最佳方案为:废水pH值为7,土量为0.15g/mL,转速为80r/min,此时CODCr值降低率为76.92%,脱色率为34.98%,脱色率较低,但硅藻土较膨润土、高岭土更有利于矿物沉降。在实际运用中如对印染废水色度去除要求不高时,可采用硅藻土处理印染废水。

3结论

对于印染废水处理黏土矿物原土和改性土相比有较大优势:不造成二次污染,且成本低廉。综合考虑性价比,在原土具有较好的降低CODCr值和色度的前提下,优先选用原土。对于深度处理,可以采用联用技术或多级处理。膨润土和硅藻土各具优缺点,前者效果更好,但沉降性能较差;后者效果稍差,但沉降性能更优。而高岭土原土不进行改性不适于处理印染废水。

参考文献:

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作者:林明阳 姚煜杰 郝琦玮 王趁义 单位:浙江万里学院环境科学系