膨润土的改性及对染料废水的处理研究

膨润土的改性及对染料废水的处理研究冀静平祝万鹏孙欣(清华大学)摘要通过对膨润土的转型和改性,大大提高了膨润土对染料废水的去除效率,阐述了膨润土对有机物的去除机理。改性膨润土吸附剂在投加量为5～6g/L时,处理酸性大红COD去除率达45%,处理活性艳红COD去除率达71%,处理酸性黑COD去除率达60%。关键词染料工业废水膨润土改性吸附剂染料工业废水在我国分布广、种类多,大多数废水中有机物浓度高、色度大,常带有苯环或荼环,具有高抗氧化性、抗光性和高化学稳定性,成为难处理的工业废水之一。膨润土在我国储量大,价格便宜。膨润土矿主要组分蒙脱石具有独特的晶体结构,拥有良好的阳离子交换性能和高比表面积等特性,作为废水处理的吸附剂在国内外已被广泛地应用。膨润土直接用于处理染料废水几乎没有处理效果,因此在使用前须进行转型和改性。本研究的目的是通过对膨润土的转型和改性提高其对染料废水的处理效果。1实验材料和实验方法1.1实验材料膨润土:山东莱芜地区产,为灰白色,化学成分为SiO260.09%、Al2O311.22%、Fe2O31.46%、MgO3.02%、CaO3.22%、Na2O2.56%、K2O1.18%、H2O5.31%、MnO0.045%、TiO20.15%。灼失(950℃)为9.36。总离子交换容量(CEC)为56.60meq/100g,碱性系数为0.57,属钙基膨润土。该膨润土的膨胀倍数为15.60mL/g,胶质价为95.60mL/15g,pH为9.90。实验废水:本实验所用废水为直接黑Ex染料废水,COD值为1070mg/L,pH值为7.70,Cl-离子浓度为25g/L。1.2实验方法膨润土的转型:把钙基膨润土加入3%Na2CO3溶液中浸泡2d并不断搅拌,期间更新一次Na2CO3溶液,离心分离,取出上清液。烘干沉淀后,研磨过筛,制成200目左右粉末状,即由钙型转化为钠型膨润土。转型膨润土的进一步改性:将已转型的膨润土用改性液浸泡2h,静置沉淀,制成的混合液中膨润土浓度为20g/L。将悬浮液装入磨口瓶中备用,使用前振荡摇匀。经实验研究,确定膨润土改性配方见表1。表1膨润土改性液配方改性吸附剂编号改性剂改性剂投加量1羟基铝[Al3+]0.057M2硫酸亚铁10%3高羟铁比聚合铁8%4低羟铁比聚合铁[Fe3+]0.3M注羟铁比=[OH]/[Fe]直接黑染料废水处理实验方法:取染料废水50mL放入200mL烧杯中,加入一定量的改性膨润土悬浮液,搅拌2h,静置30min,取上清液检测COD。2实验结果2.1不同改性剂对直接黑废水COD去除效果的影响在直接黑废水中加入不同量编号为1～4的改性剂,经振荡吸附和沉淀,检测COD。由实验结果可知:①羟基铝改性膨润土对直接黑废水的处理效果有一定的提高,但铝的投入量太大,不太经济;②硫酸亚铁改性膨润土对投加量和原水pH要求苛刻,对膨润土不具有良好的改性效果;③高羟铁比聚合铁改性膨润土对直接黑等染料废水有一定的处理效果,但投药量大且消耗大量的碱,一般投药量要达到5～6g/L,羟铁比10∶1时处理效果最好,但1t废水需消耗10kg氢氧化钠,经济上不合理;④低羟铁比的聚合铁有着特殊的混凝效能,对直接黑的处理效果良好,投加量较少。因此,主要探讨低羟铁比聚合铁改性膨润土的方法。2.2低羟铁比聚合铁对染料废水的处理效果2.2.1改性液中膨润土浓度和投加量对处理效果的影响No7.4中国给水排水CHINAWATER&WASTEWATER向50mL直接黑Ex染料废水溶液中投加聚铁改性膨润土悬浮液各5、10、15、20和25mL。改性液中膨润土浓度分别为0、10和20g/L,pH都调至1.0～1.1之间。搅拌振荡2h后,分别测定溶液的COD值,结果如图1。1.膨润土0g/L2.膨润土10g/L3.膨润土20g/L图1膨润土浓度对改性液去除效果的影响根据图1可知,当膨润土浓度为20g/L时,投加改性液15mL即可收到较好的效果,直接黑Ex废水COD去除率可达44%。2.2.2pH值对改性液处理效果的影响由于选用较低的羟铁比值,即[OH]/[Fe]=0～0.4之间,且膨润土本身为碱性。测聚铁溶液可知其pH为1.0～1.4之间,故采取缓慢滴加少量浓硫酸,利用pH计控制以达到改变羟铁比的目的。向50mL直接黑Ex染料废水溶液中投加聚铁改性膨润土悬浮液5、10、15、20和25mL。改性液中膨润土浓度为20g/L,pH值分别调到1.0、1.1、1.12和1.4之间。搅拌振荡2h,测定其COD值,结果如图2。1.羟铁比0.02.羟铁比0.13.羟铁比0.24.羟铁比0.4图2pH对改性液处理效果的影响从图2可以看出,当pH值为1.12左右时,去除效果较好,可达56%。2.2.3低羟铁比聚铁改性膨润土对其它染料废水的处理效果低羟铁比聚铁