_凹土处理造纸废水的技术研究

凹土处理造纸废水的技术研究＊胡涛金叶玲严群(淮阴工学院生化系,江苏淮安,223001)摘要讨论了凹凸棒土的热处理改性方法,利用改性凹凸棒土对造纸黑液进行吸附脱色和降低COD性能研究,考察了改性温度,pH值、凹凸棒土投加量、吸附时间等因素的影响。结果表明:改性凹凸棒土对造纸黑液CODcr和色度有较好的去除能力,具有工业应用前景。关键词凹凸棒土造纸废水吸附中图分类号X793文献标识码B文章编号1008-9411(2005)05-0029-03全国水污染总量的30%来自造纸黑液,其中85%是草浆黑液。在我国,众多中小型造纸厂多为草浆造纸,其高COD黑液污水的治理尚缺乏成熟而经济可行的方法[1]。如何使用廉价高效的治污手段是造纸黑液处理的关键。凹凸棒土(简称凹土)是一种富镁的硅酸盐粘土矿物,呈针状结晶,具有独特的三维空间结构和较大的比表面积[2]。天然凹土有很高的吸附活性,成本低廉,其价格仅为活性炭的1/5～1/10,而且资源丰富,现已探明江苏盱眙储量高达2.72亿t,占全球凹土总储量的近50%,为世界优质矿藏[3]。本实验采用的凹土来自盱眙原矿经简单物理粉碎后的产品。造纸黑液取自江苏省某造纸厂废水处理中心,该造纸废水为深褐色,COD值较高。本文主要考察了凹凸棒土热处理改性条件,投加量、吸附时间以及造纸废水pH值等因素对处理效果的影响。1原料和仪器1.1主要原料凹凸棒土、造纸黑液、邻苯二甲酸氢钾、盐酸、氢氧化钠。1.2主要仪器日立S-3000扫描电镜、XH9004B型COD测定仪、XH9001B型恒温消解器、JA1003型电子天平、PHS-3C型精密pH计、766型远红外电热恒温干燥箱、HH-S型恒温水浴锅、6511型电动搅拌机、SG型坩埚电阻炉、KSJD4型温度控制器、SHB多用真空泵。2实验方法将凹凸棒土置于坩埚电阻炉里经200℃、280℃、360℃、420℃、500℃、580℃焙烧1h,冷却研磨至100目以上。称取一定量热改性后的凹凸棒土置于0.25L锥形瓶中,注入100ml待处理造纸废水,在振荡器中以180r/min振荡吸附1h(未单独考虑吸附时间的影响时均取1h),静置后取上清液测定有关水质参数。用邻苯二甲酸氢钾配置高浓度试剂和标准溶液,用COD测定仪和恒温消解器对造纸废水进行检测;用比色法检测造纸废水的色度[4]。3结果与讨论3.1凹凸棒土热改性对造纸废水处理效果的影响天然凹土结构中含有吸附水、沸石水、结晶水和结构水[5]。在处理造纸废水之前对凹土进行热处理改性,一方面脱除水份,增大有效比表面积,另一方面活化吸附中心,提高其吸附效果。对于凹凸棒土改性还可以通过酸洗,去除凹凸棒土矿中的杂质[6],我们前期做过这方面试验,但吸附效果提高并不显著,而且还增加了处理成本,所以我们这里主要考虑热处理改性。根据凹土的热分析结果,在100～200℃之间,其沸石水和吸附水脱出:200～300℃之间结晶水脱出;400～500℃之间其内部的结构水脱出[7]。对高温焙烧改性处理前、后凹凸棒土的3种典型形态用扫描电镜观察,选取的放大倍率为10000,详细参数见图1～图3。从扫描电镜可观察到凹凸棒土热处理前后的3种典型微观形状:原矿粉经物理粉碎后,分散比较均匀,但表面光滑,凹凸棒晶须未分散,比表面积较小;经420℃焙烧改性,凹凸棒土在脱出结构水后,孔隙率增大,表面相对较原矿疏松粗糙,纤维束较分散,有利于吸附;经580℃高温焙烧的凹凸棒土,部分孔道塌陷,针状纤维束紧密烧结在一起,孔隙容积和比表面积均较420℃焙烧改性的样品有所减小。下面将详细考察不同热活化改性的凹凸棒土对造纸废水的处理效果。取2g经不同温度热改性处理过的凹凸棒土,对·29·基金项目:＊江苏科技攻关立项项目(编号:BE2004387)2005年10月第30卷第5期贵州化工GuizhouChemicalIndustry图1未改性的凹土原矿图2420℃焙烧改性的凹土图3580℃焙烧改性的凹土原始pH值为8.65,CODCr值为20814mg/L,色度为1300(倍)的100ml(约100g)造纸黑液进行吸附处理,测试处理效果随改性温度的变化见图4。未经热处理改性的原土在相同条件下处理该造纸废水后CODCr降为18547mg/L,去除率仅为10.9%,色度降为896,去除率为31%。经改性处理过的凹凸棒土对造纸废水COD及色度的去除率效果比原土均有明显提高。从图4中可见,当凹凸棒土焙烧温度低于420℃,造纸废水图4焙烧温度对COD去除率及脱色率的影响COD去除率随着焙烧温度的上升而增加,当焙烧温度为420℃时,COD除去率达52.8%,色度去除率为82.3%。温度继续升高后,如电镜观察到的烧结现象造成的比表面下降,活性吸附中心失活,造纸废水的COD除去率明显下降,色度去除率下降幅度较小,可能