復合樹脂吸附法脫除焦化廢水色度實驗研究

張亞會

(四川省工業環境監測研究院,四川成都 610041)

復合樹脂吸附法脫除焦化廢水色度實驗研究

張亞會

(四川省工業環境監測研究院,四川成都 610041)

本實驗采用兩種樹脂復合吸附脫除焦化廢水色度,考察了溫度、p H、進水流速和進水色度對樹脂吸附的影響。靜態吸附實驗確定了所選樹脂的平衡吸附量,最佳吸附溫度為40℃,吸附等溫線滿足Langmuir方程。通過正交實驗確定了最適宜工藝條件為：流速300 ml/h,進水p H=6,進水色度600倍;處理后廢水中CODCr濃度由308 mg/L降到106 mg/L,色度從800倍降到50倍以下。最佳解析條件為堿濃度2%,溫度55℃。

焦化廢水;樹脂;吸附;脫色

1 引言

焦化廢水中含有大量酚、氰、COD及氨氮等有機或無機污染物,這些污染物大多以芳香族化合物或雜環化合物的形式存在,其生物可降解性較差[1]。目前大多的焦化廢水處理都是采用傳統的活性污泥法,焦化廢水經過一級以及二級處理后,水中的酚、氰、COD基本能達到排放標準,可水中依然含有大量的有機化合物,其成分相當復雜,各種成分之間相互作用造成出水色度很難達到出水標準[2-6]。

焦化生化廢水由于色度高,且含有水溶性、帶發色基團、難以生化降解的有機污染物,很難徹底去除。而吸附樹脂不僅對溶解性小分子有較好的吸附能力,其脫色效果也較好,同時,對焦化廢水生化處理過程中產生的腐殖酸等分子量相對較大的物質也有較好的吸附作用[7]。

2 實驗材料與方法

2.1 實驗材料及儀器

實驗儀器:DF-101Z型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(河南省予華儀器有限公司); BT100M蠕動泵(保定創銳泵業有限公司); T6新世紀紫外分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司);FA2204B電子天平(上海精科天美科學儀器有限公司)

實驗材料:氫氧化鈉;濃鹽酸(市售分析純,國藥化學試劑公司);1號、2號樹脂,樹脂性質見表1。

實驗用水:廢水取自四川某鋼鐵企業焦化廠廢水處理站,是生化處理后的出水經無閥濾池過濾后的出水,其中氨氮和總氰指標已滿足排放標準,本實驗重點考察樹脂吸附劑對色度的去除。經直接測定,實驗用水的p H為7.8、CODCr為308 mg/L、色度為800倍,氨氮為0.114 mg/L。

表1 樹脂基本性質

2.2 實驗方法

2.2.1 樹脂預處理

先用一定濃度的堿液按照頂部入水底部出水的方式對樹脂進行堿洗,洗至流出液p H等于10為止,堿洗完成后將樹脂浸泡12 h,使樹脂內雜質充分溶解后排空。后用一定濃度的酸溶液對樹脂進行酸洗,洗至流出液p H等于4為止,浸泡3 h,使樹脂充分膨脹。酸洗完成后,用自來水對樹脂進行反向沖洗,洗至流出液p H等于6時,預處理結束。

2.2.2 靜態吸附實驗

準確稱取1號和2號樹脂各5 g,預處理后分別置于1000 ml燒杯中,燒杯中加入廢水各500 ml。在溫度25℃,轉速120 r/min的條件下吸附12 h,后靜置12 h,使其達到飽和吸附。吸附完成后,取上層清液測色度,計算樹脂平衡吸附量。

2.2.3 動態吸附實驗

樹脂動態吸附實驗在自制的小型玻璃吸附柱內進行。吸附柱內徑為45 mm,高度為300 mm。實驗采用4根吸附柱串聯方式進行組裝,樹脂裝填方式按照1號、2號、1號、1號每柱裝入150 g預處理后的樹脂。樹脂填裝完成后,對進水流速、進水色度、進水p H三種因素水平進行正交實驗。通水方式采用上部進水,下部出水。流速用BT100M型蠕動泵控制,對吸附流出液定時收集并測定色度,記錄出水色度達到50倍時的水量,對正交實驗結果進行分析,得出最佳實驗條件。

2.2.4 樹脂解析

按照廠家提供的解析方法對吸附結束后的樹脂進行解析,記錄解析液耗量,計算樹脂的處理效率,對樹脂解析方法進行優化,選出最佳的解析條件。

2.3 分析方法

分別采用重鉻酸鉀法測定CODCr,稀釋倍數法測定焦化廢水的色度,納氏試劑光度法測定氨氮濃度,p H使用p HS-25酸度計測定。

3 結果與討論

3.1 樹脂等溫吸附

樹脂從溶液中吸附物質一般為單分子層吸附,其吸附規律符合Langmuir公式:

式中,Q為吸附量,qm為樹脂的最大吸附量,C為溶液中被吸附物質的濃度,α為Langmuir常數。

樹脂投加量5 g時,本實驗所選樹脂對焦化廢水色度去除率的吸附等溫線如圖1所示。

圖1 樹脂處理效率隨溫度變化趨勢

由圖1可知,隨著溫度的升高,樹脂處理效率增大,說明本實驗所用樹脂吸附為吸熱反應,適當升高溫度有利于樹脂的吸附。

3.2 正交試驗結果分析

3.2.1 正交實驗因素水平及評價指標的選擇

因素水平:進水色度、進水流速、進水p H。

評價指標:本實驗以達標出水量和處理效率兩個指標對實驗結果進行評價。

實驗流程:根據因素水平設置情況,正交實驗共分為9組。實驗采用4柱串聯吸附,水流方向為頂部進水,底部出水;取樣頻次為100 ml/次;第4柱出水色度達到50倍時停止實驗,記錄整個流程的出水總量,計算不同組樹脂的處理效率。正交實驗因素水平及結果統計見表2、3所示。

表2 正交實驗因素水平表

根據正交實驗結果繪制趨勢圖如圖2所示。

由趨勢圖可以看出:

①隨著進水色度的增大,達標出水量減少,處理效率降低。

②進水流速的增大導致達標出水量減少;流速由20 ml/min提升至35 ml/min時,達標水量及處理效率均有明顯下降。

③隨著進水p H的增大,達標水量出現先減少后增多的情況,p H等于7.8時,達標水量最少,處理效率最低。

3.2.2 方差分析

對因素進行F-檢驗時,一般可考慮四種情況:

a.F＞F0.01,(f因,fc),則因素對結果的影響高度顯著,記為:**或***。

b.F 0.01,(f因,fc)≥F＞F 0.05,(f因,fc),則該因素對結果的影響為顯著,記為*。

c.F0.05,(f因,fc)≥F＞F0.10,(f因,fc),則該因素對結果有影響。

d.F≤F0.10,(f因,fc),則該因素對結果無影響。

經計算,方差分析結果如表4、5所示:

表3 實驗結果統計

圖2 趨勢圖

表4 方差分析表(以達標水量為指標)

表5 方差分析表(以處理效率為指標)

由表4、5可知:以達標水量為指標進行評價時,因素A高度顯著,因素B顯著,因素C不顯著。因素主次順序A-B-C。以處理效率為指標進行評價時,因素A顯著,因素B有影響,因素C無影響。因素主次順序AB-C。綜上所述,進水色度對本實驗影響最大,其次為進水流速,水樣p H值對實驗結果影響較小。實驗最佳運行條件為:進水色度600倍,流速5 ml/min,p H等于6,即最優方案A1B1C1。

3.3 樹脂解析

本實驗對解析過程中的主要影響因子進行篩選及對比,確定最佳的解析條件。

篩選指標:進堿濃度,解析溫度指標范圍:堿濃度,2%、5%、8%解析溫度:10℃、15℃、25℃、35℃、55℃

不同條件下樹脂解析效果對比如表6和表7所示。

表6 不同堿濃度條件下樹脂解析率

表7 不同溫度條件下樹脂解析率

圖3 不同堿濃度及解析溫度條件下解析率對比

由圖3可知,隨著堿濃度的增加,樹脂解析率降低;解析溫度由10℃升高至55℃時,樹脂解析率由38.9%提高為99.2%。

由此可知,本實驗的最佳解析條件為:堿液濃度2%,解析溫度55℃。

4 結論

(1)樹脂最佳吸附條件為:進水p H為6;溫度40℃,最佳吸附流速為300 ml/h;最佳進水色度為600倍。樹脂吸附為吸熱反應,吸附等溫曲線滿足Langmuir方程。

(2)樹脂吸附后廢水中CODCr從306 mg/L降到108 mg/L以下,色度從600倍降到50倍以下,達到《污水綜合排放標準(GB 8978-1996)》一級標準。

(3)樹脂最佳解析條件為:堿液濃度2%,解析溫度55℃。

[1] 魏新利,等.焦化廢水處理技術的應用與研究進展[J].環境污染與防治,2004,1:25-26.

[2] 王紹文,幾錢雷,等.焦化廢水無害化處理與回用技術[M].北京:冶金工業出版社,2005:1 -4.

[3] 張瑜,江白茹.鋼鐵工業焦化廢水治理技術研究[J].工業安全與環保2002,28(7):5-7.

[4] 趙建夫,錢易,顧夏聲.用厭氧酸化預處理焦化廢水的研究[J].環境科學,1989,11(3):30 -3.

[5] 何苗,張曉健,瞿福平,等.焦化廢水中芳香族有機物及雜環化合物在活性污泥法處理中的去除特性[J].中國給水排水,1997,13(1):14 -1.

[6] 孔令東,姜成春.焦化廢水的處理及廢水中有機污染物的測定[J].環境工程,1994,12(4):3 -6.

[7] 李鴻江,溫致平,趙由才.大孔徑吸附樹脂處理工業廢水研究進展[J].安全與環境工程,2010 (03).

Experimental Study on Removal of Coking Wastewater by Resin Adsorption Process

ZHANG Ya-hui

(Sichuan Academy of Industrial Environmental Monitoring,Chengdu 610041,Sichuan,China)

This experiment adopts two kinds of resin to remove the chroma of coking wastewater, examines the temperature,p H,water inflow chromaticity affection of the resin adsorption.The equilibrium adsorption capacity of the selected resin was determined by static adsorption experiments.The best adsorption temperature is 40℃,adsorption isotherm satisfies the Langmuir equation.The optimum technological conditions were determined by orthogonal experiment:flow rate is 300ml/h,influent p H=6,influent chroma is 600;After treatment,the concentration of CODCrin wastewater was reduced from 308mg/L to 106mg/L,and chroma was reduced from800 to 50.The best analytical condition is 2%,the temperature is 55℃.

coking wastewater,resin,adsorbent,decolorization

TQ520.9

A

張亞會,助理工程師,碩士,主要從事節能環保工作。

1001-5108(2016)05-0072-03