改性膨润土处理含油废水的实验研究

陈维族

（福建高科环保研究院有限公司，福建泉州，362000）

含油废水的来源十分广泛，除了石油工业采油、炼油、贮油运输和石油化工厂产生含油废水之外，油轮压舱水、洗舱水、机械工业的冷却润滑油以及食品工业等的废水中也含有大量的油［1］。含油废水的成分和特征因工业种类的不同相差较大，正因含油废水成分复杂（含有浮油、分散油、乳化油、悬浮固体），若不经处理排入水体、土壤中，将对植物、生物、人体健康造成严重伤害［2］。因此寻找治理效果好、成本低廉的废水治理技术迫在眉睫。

目前含油废水的处理方法主要分为物理法、化学法和生物法三大类。其中吸附法是处理废水常用的一种物化方法，不仅处理效果好，且操作简单［3］。然而目前常用的吸附剂主要为活性炭，处理效果虽好，但成本高，为其大范围的推广应用带来了困难。因此寻找高效、来源广泛价格低廉的吸附剂成为国内外学者的研究热点［4］。

膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物的粘土岩，表面具有亲水的硅氧结构，无毒、无刺激性、耐高温，且来源广泛，可应用于污水处理［5］。改性后的膨润土对污染物的吸附效果更好，在实际应用中，一般要对膨润土进行改性［6］。目前应用较多的改性膨润土主要有活化膨润土、有机膨润土和交联膨润土［7］。本实验选择酸改法对膨润土进行改性，用于含油废水的治理，为废水治理实际应用提供科学的参考依据。

1 实验材料和方法

1.1 实验用水

本实验所用含油废水取自某油库，废水的理化性质见表1。

表1 含油废水理化性质

1.2 实验方法

1.2.1 膨润土的改性方法

本实验采用硫酸对膨润土进行改性，将膨润土与50%硫酸按照1：10的比例混合，磁力搅拌4h后，使用蒸馏水多次冲洗，将处理后的膨润土置于烘箱中105℃烘干，过200目筛，保存备用。

1.2.2 单因素实验

（1）吸附剂投加量对含油废水去除效果的影响：在一定的反应时间和反应温度下，分别取1g、2g、4g、6g、8g原膨润土和改性膨润土处理300mL含油废水。测定反应后废水中油类浓度，计算油类的去除率，对比原膨润土和改性膨润土对油类的去除效果，并确定最佳吸附剂投加量。

（2）反应时间对含油废水去除效果的影响：固定吸附剂投加量和反应温度，分别设置反应时间1h、3h、5h、7h、9h，测定处理后含油废水油类含量，确定最佳反应时间。

（3）反应温度对含油废水去除效果的影响：固定吸附剂投加量和反应时间，分别设置反应温度为20℃、40℃、60℃、80℃，测定反应后油类的含量，计算油类去除率，确定最佳反应温度。

1.2.3 吸附机理研究

通过等温吸附曲线研究膨润土对油类的吸附机理，称取4.0g的原膨润土和改性膨润土分别投入盛有300mL含油废水的锥形瓶内，设置油类的初始浓度分别为1、5、16、32、64、100、128mg·L－1，在室温下振荡至吸附平衡，取上清液测定其中油类的浓度，得到平衡浓度Ce，通过饱和吸附量公式计算出饱和吸附量qe。在此基础上，使用Langmuir方程对等温吸附过程进行拟合，研究膨润土对土壤的吸附机制。饱和吸附量的计算公式为：

qe＝（C0－Ce）V/M

其中：qe为平饱和吸附量（mg/g）；C0和 Ce分别为废水中油类的初始浓度和平衡浓度（mg/L）；V为废水的体积（L）；M为加入膨润土、改性膨润土的质量（g）。

采用Langmuir方程和Freundlich方程对吸附过程进行拟合。

Langmuir方程如下：

Q0和b分别为与最大吸附容量和吸附能量相关的Langmuir常数。

Freundlich方程如下：

其中：K为异相吸附剂的Freundlich常数，n与吸附推动力大小和吸附位的能量分布有关。

2 实验结果与分析

2.1 单因素实验结果

（1）吸附剂投加量对含油废水去除效果的影响

考察了原膨润土和改性膨润土对油类的去除率，以及不同吸附剂投加量下含油废水中油类的去除效果，结果如图1所示。由图1可知，在同一吸附剂投加量条件下，改性膨润土对油类的去除率均大于原膨润土，这是因为酸改性后的膨润土比表面积增大，对污染物的去除能力提高［8］。从图1还能看出，无论是原膨润土还是改性后的膨润土，随着投加量的增加，对油类的去除率也升高。对改性膨润土来说，当投加量增加到4g/300mL时，去除率达到73.31%，之后随着投加量的增加，去除率升高的缓慢，因此，本实验选择4g/300mL的投加量进行后续的研究。

图1 吸附剂投加量对含油废水去除率的影响

（2）反应时间对含油废水去除效果的影响

固定改性膨润土投加量为4g/300mL，在室温下反应，研究不同反应时间对油类去除率的影响，结果如图2所示。从图2可以看出，油类的去除率随着反应时间的增加而升高。在反应刚开始时，油类的去除率随时间增加快速升高，这是快速吸附阶段，此阶段的吸附由表面吸附起主导作用；当反应5h时，油类的去除率增加缓慢，这是慢速吸附阶段，这一阶段污染物向吸附剂内部缓慢扩散，扩散速率较低，当反应7h时吸附达到平衡［9］。本实验选择7h为最佳反应时间。

图2 反应时间对含油废水去除效果的影响

（3）反应温度对含油废水去除效果的影响

固定改性膨润土投加量为4g/300mL，反应时间为7h，研究不同反应温度对油类去除效果的影响，结果如图3所示。从图3可以看出，反应温度对油类的去除率影响并不明显，随着温度从20℃升高到40℃，油类的去除率从90.02%增加到91.18%。考虑到操作条件和经济成本，本实验选择20℃为最佳反应温度。

图3 反应温度对含油废水去除效果的影响

2.2 等温吸附拟合

原膨润土和改性膨润土对含油废水的等温吸附曲线如图4所示。从图4可以看出，改性膨润土对油类的饱和吸附量7.2mg/g高于原膨润土对油类的饱和吸附量5.0mg/g，说明经酸改性后增大的比表面积提高了膨润土对油类的吸附能力。

分别采用Langmuir方程和Freundlich方程对吸附过程进行拟合，拟合结果如表2所示。从表2可知，无论是原膨润土还是改性膨润土对油类的吸附过程都更符合Langmuir方程，这说明吸附过程由表面吸附起主要作用。

图4 原膨润土和改性膨润土的等温吸附曲线

表2 原膨润土和改性膨润土等温吸附曲线拟合结果

3 结论

（1）与原膨润土相比，改性膨润土对油类的去除率提高了8%－12%；改性膨润土处理含油废水的最佳工艺条件为投加量4g/300mL，反应7h，温度20℃，此时对油类的去除率达到90.02%。

（2）改性膨润土对油类的饱和吸附量7.2mg/g高于原膨润土对油类的饱和吸附量5.0mg/g，说明经酸改性后增大了比表面积提高了膨润土对油类的吸附能力。Langmuir方程比Freundlich方程更好地描述油类在膨润土上的吸附过程，说明吸附主要是表面吸附作用的结果。

（3）改性后的膨润土对含油废水的去除效果更好，吸附过程操作简便且膨润土来源广泛，具有广泛的实际应用价值。

［1］蒋建勋，赵勇.石油开采废水处理技术的现状分析［J］.化工管理，2015，06：214.

［2］初立国，薛鹏飞，张川，等.浅析石油化工废水的处理方法［J］.中国石油和化工标准与质量，2013，11：271.

［3］易怀昌，孟范平，宫艳艳.壳聚糖对酸性染料的吸附性能研究［J］.化工环保，2009，29（2）：113－117.

［4］许霞.膨胀石墨对油类的吸附及其再生性能的研究［D］.哈尔滨工业大学，2006.

［5］潘嘉芬.膨润土吸附废水中Cu2＋、Zn2＋、Cr3＋的试验研究［J］.非金属矿，2006，29（3）：49－51.

［6］廖润华，夏光华，成岳.改性海泡石的制备及其吸附性能试验研究［J］.中国陶瓷工业，2006，13（4）：17－21.

［7］赵丽红，刘温霞，何北海.膨润土的有机改性及吸附性能研究［J］.中国造纸，2006，25（12）：15～18.

［8］张彬.改性吸附剂的性能表征及处理石油废水研究［D］.新疆大学，2010.

［9］檀竹红，郑水林，张娟.石棉尾矿酸浸渣对废水中Zn2＋的吸附性能研究［J］.非金属矿，2007，30（6）：11～14.