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制革废水处理中粉煤灰改性条件的实验研究

论文导读:粉煤灰是我国最主要的固体废弃物污染源之一。我国在处理制革废水的技术方面仍处于比较落后的处境。粉煤灰的改性方法的研究。

关键词:粉煤灰,制革废水,改性

  引言:

我国在处理制革废水的技术方面仍处于比较落后的处境,污染速度的增长远大于治理水平的增长。且工艺来源复杂[1,2],物理法、化学法要利用大量的化学试剂,处理费用较高,不适宜普及应用,并伴有二次污染的问题。博士论文,粉煤灰。生物处理法其也有缺陷[3],微生物的选择性;对污染物的降解速度慢;对有毒的物质只能降解去除一部分,而且还可能形成有毒的中间产物;对于难降解的物质降解困难。从国内这些方法的运行状况来看,虽然有些工艺运用已比较成熟,但都有局限性,尤其是不能很好处理低浓度或者生物难降解的有机废水[4]。

  粉煤灰是我国最主要的固体废弃物污染源之一。我国是一个以煤为主要能源的国家,主要以燃煤进行发电,每年从电厂排放的粉煤灰达到1.6亿吨。粉煤灰的大量堆放不仅占用土地,而且对环境造成污染。寻求制革废水的粉煤灰治理技术[5],可以达到以废治废的目的。

  1. 实验仪器、材料

  1.1实验仪器

  XL-型箱式马弗炉,102型电热恒温鼓风干燥箱,电子分析天平,TU-1810PC紫外-可见分光光度计,pH计,高速离心机,85-2型定时恒温双向磁力搅拌器,水热反应釜。

  1.2 实验材料

  实验需要的粉煤灰来自阜新某煤矸石热电厂,粉煤灰的化学组成及pH值见表1。 

  Tab.1 Chemical composition of fly ash (massfraction) 单位:%阜新煤矸石热电厂的粉煤灰是从循环流化床锅炉里排出的,此类锅炉燃烧的染料主要是劣质煤和煤矸石,而且燃料都是颗粒状的,比液态排渣的锅炉温度要低,大概850℃-950℃左右,产生了很粗的粉煤灰颗粒,大多为0.5-2mm,比表面积大都小于300m2/kg,并且含有的活性玻璃体很少,粉煤灰的细度小,所以活性不高。因pH值较高,事先对其进行水洗处理,以保证实验的顺利进行。

  试验废水某皮革厂废水处理站二沉池出水。出水为浅褐色,ρ(COD)为200~450 mg/L,pH值8~9,色度80~100倍。由于该厂出水硫化物已达标,所以本试验未再进行检测。

  2.粉煤灰的改性方法的研究

  对粉煤灰进行酸、碱、火法以及高温四种改性处理,并将改性后的粉煤灰对过氧化氢进行催化来氧化降解制革废水。博士论文,粉煤灰。用未处理的粉煤灰参与实验进行参照。在室温下,加入浓度为200.4mg/L的过氧化氢,粉煤灰的投加量为2g/200mL,处理COD初始=220mg/L的制革废水,反应60min后结果如图1和2所示。 

  由图1、2可知,酸改性能最大的提高粉煤灰催化性能,吸附作用对COD的去除率为69.5%,对色度的去除率为93%;催化作用对COD的去除率为89.3%,对色度的去除率为99%。其次是火法和热处理,碱法提高的最少。原因是酸改性后粉煤灰能溶出大量的活性物质Al3+和Fe3+,增强粉煤灰的催化性能;另外酸改性可以中和将粉煤灰中的一些碱性可溶性物质,使粉煤灰的酸性活性中心暴露出来,促进催化反应的发生。酸性活性中心被充分的暴露,催化双氧水生成活性物种羟基自由基。可见酸改性法最大程度上提高了粉煤灰的催化性能,所以以下实验我们都采用酸改性后的粉煤灰。博士论文,粉煤灰。

 Fig.1 Effect of adsorptionof different Pretreatment fly ash 

  on removal rate of CODand chroma

  Fig.2 Effect ofcatalysis of different Pretreatment fly ash on removal rate of COD and chroma

  3 酸改性粉煤灰的最佳制备条件

  通过实验数据可知,酸改性粉煤灰可以有效提高粉煤灰的催化性能。博士论文,粉煤灰。以下对酸改性条件进行实验研究。

  3.1 酸的最佳配比

  取不同的酸配比V硫酸:V盐酸为1:1,2:1,1:2,来进行催化吸附实验,由图3和4可以看出,酸配比为V硫酸:V盐酸 =1:2时改性的粉煤灰活性最大,该改性粉煤灰对COD和色度都有很好吸附和催化效果,吸附作用对COD的去除率为70.3%,色度的去除率为96%;催化作用对COD的去除率为92.3%,色度的去除率为99.3%。以酸配比为V硫酸:V盐酸=1:2的溶液作为粉煤灰的酸性激发剂,使溶液中存在许多作用的联合:粉煤灰的吸附作用;酸改性后使粉煤灰中大量溶出活性物质A13+和Fe3+,离子降低了颗粒物的电位,从而使颗粒物发生脱稳凝聚作用;粉煤灰中的硅酸凝胶能捕捉污染物,起到混凝吸附架桥的作用,这些作用的联合提高了粉煤灰的活性。

3.2 改性剂的用量

  分别取10 mL、15 mL、20mL、25 mL、30 mL、35 mL体积的酸激发剂,对10g粉煤灰进行改性,用得到的几种改性粉煤灰对制革废水进行降解,实验结果见图5和6,以15mL的酸激发剂对粉煤灰进行改性,得到的粉煤灰降解模拟制革废水的效果最好,吸附作用对COD的去除率为80.6%,色度的去除率为94%;催化作用对COD的去除率为90.5%,色度的去除率为98%。原因是酸激发剂能够中和粉煤灰的碱性物质,使粉煤灰酸性活性位点暴露,在其酸性活性位点未暴露完全时,加入的酸激发剂的量越大,粉煤灰的活性也就越大,但如果粉煤灰的活性被激发完全时,再加入酸激发剂对粉煤灰的活性提高不大。因此我们选用的酸激发剂的量为15mL。

3.2 改性的搅拌时间

  将15mL的酸激发剂与10g粉煤灰进行混合后,并进行不同时间的搅拌分别是10 min、20 min、30 min、60 min、90 min、120 min,并用得到的几种改性后的粉煤灰对制革废水进行催化和吸附试验。实验结果如图7和8所示,随着搅拌时间的延长,对模拟制革废水的降解效果也逐渐增大,这是由于搅拌使酸激发剂和粉煤灰得到充分的混合接触,完全使粉煤灰的活性位点暴露;但当搅拌时间到达60min时再增加搅拌时间对去除效果没有明显的提高,这是由于当活性位点暴露完全后,粉煤灰的活性已得到完全激发,再进行搅拌作用不大,所以最佳的搅拌时间为60min,吸附作用对COD的去除率为68.2%,色度的去除率为95%;催化作用对COD的去除率为89.3%,色度的去除率为98.6%。

3.3 改性的搅拌温度

  将15mL的酸激发剂与10g粉煤灰进行混合后,分别在20℃、30℃、40℃、60℃、70℃、80℃不同温度下对混合液进行搅拌,60min后测定其处理效果,结果如图9、10所示,可见改性的温度对于提高粉煤灰的活性波动不大,所以我们选择室温就可以。

4.结论:(1)对粉煤灰的几种改性方法进行试验研究,实验结果表明:酸改性对吸附和催化性能提高最大,酸改性增大了粉煤灰比表面积,增强了吸附性能,同时有激活了粉煤灰的酸性活性中心,提高了其催化性能。博士论文,粉煤灰。

  (2)实验得出酸改性的最佳酸配比为V硫酸:V盐酸=1:2,最佳的粉煤灰改性条件是在10g粉煤灰中加入15mL的酸激活剂,在室温下进行搅拌,搅拌时间为60 min。

参考文献:

[1]吴浩汀,刘立伟.皮革工业清洁工艺与废水处理技术[J]. 中国给排水,1999,15(4):22-23.

[2]陈学群.制革废水处理技术的研究[J]. 中国皮革,2000,29(2):18-21.

[3]陈斌.氧化沟在皮革废水处理中的应用[J]. 环境工程,2003,12(3):8-11

[4]吴彩霞.制革废水污染防治措施及其有效性分析[J]. 中国环保产业,2006,(07):34-39

[5]高占国,华珞,郑海金.等.粉煤灰的理化性质及其资源化的现状与展望[J]. 首都师范大学学报,2003,24(1):70-76.

 

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