褐煤吸附絮凝印染废水的试验研究郭喜亮

第28卷增刊辽宁工程技术大学学报（自然科学版）2009年9月Vol.28Suppl.JournalofLiaoningTechnicalUniversity（NaturalScience）Sept.2009收稿日期：2009-06-02作者简介：郭喜亮（1982-），男，河南舞阳人，硕士研究生，主要从事染料废水治理与资源化技术研究。本文编校：焦丽文章编号：1008-0562(2009)增刊Ⅱ-0166-03褐煤吸附絮凝印染废水的试验研究郭喜亮，许端平，李叶青（辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新123000）摘要：采用褐煤为吸附、絮凝材料处理印染废水。结果表明，煤的投加量和pH值对废水的处理效果影响最为显著。在煤粒径为150µm（100目），煤水比（g/ml）为1/5，搅拌时间为4~5h和pH值为1左右的优化条件下，CODCr的去除率达95%以上。褐煤不但能有效处理印染废水，而且处理后的煤泥还可以进一步研究并加以合理利用，从而为印染、褐煤企业实现清洁生产探索出新的可行途径。关键词：褐煤；印染废水；吸附；絮凝中图分类号：TV122.5文献标识码：AResearchontreatmentoftextiledyeingwastewaterbyligniteGUOXiliang，XUDuanping，LIYeqing(CollegeofResourcesandEnvironmentEngineeringLiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China)Abstract：Textiledyeingwastewateristreatedwithlignite.Theresearchresultshows:thedosageoflignite,pHgreatlyaffectsthetreatmentefficiencyofwastewater.Withthegrainsizeofligniteof150µm,thedosageofligniteof10g/50ml,stirringtimeof4-5h,pHof1around,theresultshowsthatremovalratioofCODCrisover95%.Thelignitecannotonlyeffectivelytreattextilewastewater,butthecoalslurryafterthetreatmentcanberesearchedfurtherusedrationally.Thetextiledyeingandligniteenterprisescangainonenewwaytoachievecleanerproduction.Keywords：lignite；textiledyeingwastewater；adsorption；flocculation0引言全国纺织印染废水每天排放量为（3~4）×106m3，占全国工业废水总排放量日35%，并以1%的速度逐年增长[1]。印染废水具有有机污染物含量高、色度深、污染物组分差异大等特点，属难处理工业废水[2]。目前，印染废水的处理主要有物理法、化学法和生物法，或多种方法联合处理才能达到排放要求[3]。这些处理方法为达到国家标准，要么工艺复杂、占地面积大、运行成本高，要么运行周期长、产生二次污染。因此，开发经济有效的印染废水处理技术日益成为当今环保行业关注和研究的课题[4-5]。中国褐煤资源丰富，储量大约为1300多亿t，约占中国煤炭资源总储量的1/3[6]，褐煤含有丰富的腐殖酸，腐殖酸分子中含有酚羟基、羟基、醇羟基、烯醇基、磺酸基、氨基、醌基、羰基、甲氧基等多种基团。在碱性条件下，腐殖酸溶解于水溶液，而在酸性条件下，腐殖酸则絮凝沉淀。将褐煤加入处于碱性条件下的印染废水溶液中，其中的腐殖酸溶解，褐煤颗粒产生大量孔隙而增加表面积，对废水中的染料组分具有较强的吸附能力。另一方面，当向溶液中加入酸时，腐殖酸沉淀而对染料组分产生絮凝作用。吸附絮凝共同作用，使废水溶液中染料组分去除。1实验部分1.1实验试剂实验药品：褐煤（内蒙霍林河煤矿），H2SO4、HCl、K2Cr2O7、NaOH、Ca(OH)2、(NH4)2Fe(SO4)2、AgSO4、HgSO4，化学试剂均为分析纯。印染废水采用某印染厂，经测废水CODCr=20792.52mg/L，pH＝8.6。1.2实验方法褐煤经风干后，破碎，过筛，然后按照粒径不同进行收集。取粉碎后的煤与废水混合搅拌，转速为200r/min左右，搅拌一段时间后，加盐酸调节增刊郭喜亮，等：褐煤吸附絮凝印染废水的试验研究167pH≤3，静置沉淀，离心分离后取上清液测定CODCr。通过几组对比实验，选出最佳处理条件，研究褐煤在不同粒径、投加量、搅拌时间、pH值及是否需经过酸化预处理等条件下对印染废水的处理效果的影响。2结果与讨论2.1褐煤粒径对废水处理效果的影响取5份50ml印染废水，分别投加10克不同粒径的褐煤，粒径分别为250µm、180µm、150µm、120µm、109µm，室温条件下搅拌4-5h，分别加入盐酸调节pH值至1-2，静置一段时间，离心分离后取上清液测COD。测得结果与褐煤粒径的关系如图1。图1煤粒径对废水处理效果的影响Fig.1effectofparticlesizeoftheligniteonwastewatertreatment由图可以看出：随着煤粒径由大到小的变化，COD的值呈现由高到低的趋势，线性规律较明显，250µm到150µm，COD去除效果特别明显，150µm以下，差值不大。煤粒径越小，则颗粒比表面积越大，而且在弱碱性环境下，因褐煤中腐植酸被提取出，褐煤的孔隙率进一步增大，其表面能也随之进一步增大，其吸附能力也随之增强；另一方面，褐煤中含有丰富的腐植酸，腐植酸具有较好的絮凝功能，这两方面作用可以有效地吸附、絮凝印染废水中的染料组分，降低COD，使图中线性规律呈由高到低的趋势。但是，当粒径小于150µm时，由于一定质量的褐煤所含腐植酸的量是一定的，它不随粒径的大小而改变，而且，粒径越小，褐煤自身所含消耗COD的成份就越容易析出，这就决定了COD的去除量差别不太大这一特性。2.2褐煤投加量对废水处理效果的影响取5份不同质量的粒径为150µm褐煤，质量分别为5g、7.5g、10g、12.5g、15g，分别加入50ml废水中，搅拌4-5h，加入盐酸调节pH值为1~2，静置一段时间，离心分离后取上清液测COD。测得结果与褐煤质量线性关系如图2。由图可以看出：当煤与废水的质量、体积比值小于1:5时，随着煤量的增加，出水COD显著减小；当煤与废水的质量体积比大于该值时，随着煤量的增加，出水COD下降不明显。造成这一结果的原因可能是：一方面，水中所含耗氧性污染物不能被全部吸附、絮凝，当达到上述比值后，褐煤絮凝、吸附效果明显下降，该部分不能被吸附、絮凝的耗氧性污染物具体为何种污染物有待进一步研究分析；另一方面，由于腐植酸中有一种叫胡敏酸的有机高分子絮凝剂，该物质溶于弱碱性溶液，不溶于酸性溶液，所处理废水显弱碱性，胡敏酸在一定体积的废水中，溶解度是一定的，当其达到饱和状态时，其絮凝能力达最大值。图2褐煤质量对废水处理效果的影响Fig.2effectofqualityofligniteonwastewatertreatment2.3搅拌时间对废水处理效果的影响取5份质量为10g，粒径为150µm的褐煤与50ml废水混合，分别搅拌4.5h、5h、6h、7h、8h后，分别加入盐酸调节pH值为1~2，静置一段时间，离心分离后取上清液测COD。测得结果与搅拌时间的关系如图3。12001300140015001600507090130150粒径/µmCODCr/(mg·L-1)9001000110012001300140047101316煤投加量/g19CODCr/(mg·L-1)辽宁工程技术大学学报（自然科学版）第28卷168图3搅拌时间对废水处理效果的影响Fig.3effectofwhiskingtimeonwastewatertreatment由图可知：4~5h的搅拌时间已达较好效果。搅拌一方面可以促进褐煤中胡敏酸溶解于弱碱性废水中，另一方面促进煤及其析出的胡敏酸对水中污染物的吸附与絮凝，当煤的吸附能力达到饱和状态、胡敏酸基本上完全溶出并也达到絮凝饱和值后，搅拌的作用将明显减退，断续搅拌将不能使COD的值下降。5~6h时，COD的值有升高的迹象，其原因可能是煤中所含的耗氧性物质析出并溶于废水中，或废水中所含难被吸附、絮凝的耗氧性污染物与煤中某些耗氧性物质相结合，从而导致测量结果的反弹。8h左右，随着搅拌的不断进行，煤中析出的那部分物质可能挥发到空气中，使所测COD的值又接近4~5h时的水平。2.4pH值对废水处理效果的影响与上一步同样方法处理废水，搅拌5h，分别加入盐酸调节pH至略小于0.5、0.5~1、1.5、2、2-3范围，静置一段时间，离心分离后取上清液测COD。处理效果与pH值的关系如图4。由图可知：pH值对废水的处理效果有显著的影响，当pH值为0.75左右时，处理效果最好。由于胡敏酸不溶于酸性环境，故酸性环境有助于絮凝污染物后的胡敏酸沉降，从而达到净化水质的目的；盐酸与废水中某些物质发生化学反应，也减少了废水的耗氧性物质，降低了COD；另外，废水中的pH值直接影响废水悬浮粒子的ζ电位，因而高分子絮凝剂的絮凝性能也就与废水的pH具有密切的关系[7]，尽管有机高分子絮凝剂受pH影响较小，但是由图中所反映出的线性规律可以看出，过强的酸性环境对废水的处理效果有一定的抑制作用。图4pH值对废水处理效果的影响Fig.4effectofpHonwastewatertreatment3结论（1）褐煤的粒径、投加量、搅拌时间、pH值对印染废水的处理效果都有很大影响，通过试验测得最佳处理条件为：150µm，投加量为10g/50ml（废水），搅拌时间为4~5h，pH值为1左右。（2）褐煤处理印染废水可以用碱性或酸性废水、废气来调节pH值，以达到“以废治废”的目的，同时实现环境效益和经济效益。（3）废水原液COD高达20000mg/L，经此法处理后，COD去除率可达95%以上，在当前提倡清洁生产、资源的可持续发展的国际环境下，此法作为印染废水的前处理工序是一种行之有效的途径，处理后产生的煤泥可通过进一步研究得以合理利用。参考文献：[1]戴日成,曹建舞.印染废水水质特征及处理技术综述[J].给水排水.2000,6(10):65-67.[2]程云,周启星,马奇英,等.染料废水处理技术的研究与进展[J].环境污染治理技术与设备,2003,(6):56-60.[3]JuttnerK,GallaU,SchmiederH.EnvironmentalElectrochemistry,FundamentalsandApplicationsinPollutionAbatement[J].Eledrochim,Acta.2000,45(15):2575-2594.[4]郑曦,陈日耀,陈晓,等.电化学法生成Fenton试剂及其在工业染料废水降解脱色中的应用[J].环境污染治理技术与设备,2001,2(4):72-76.[5]MarcoP.Electrochemicaltreatmentofwastewatercontainingpolyaromaticorganicpollutants[J].Wat.Rec,2000,34(9):2601-2605[6]戴和武,谢可玉.褐煤利用技术[M].北京:煤炭工业出版社,1998.[7]王春梅,胡啸林,章忠秀.高分子絮凝剂在印染废水处理中的应用[J.南通工学院学报,2006,17(2):22-25.11451155116511751185119545678搅拌时间/hCODCr/(mg·L-1)5007001100150019000123pH值CODCr/(mg·L-1)