沸石化粉煤灰对染色废水处理效果研究

龚真萍

(齐齐哈尔大学 轻工与纺织学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

印染行业的废水含有大量染料、化学品，色度、COD值和BOD值均很高，是难以处理的工业废水之一，而粉煤灰是煤燃烧后形成的多孔状材料，通过一系列处理可以增加其微孔隙，增大比表面积[1]，对印染行业废水中的一些有机质和污染物具有良好的吸附性，降低印染废水的色度、COD值和BOD值，对高浓度的印染废水起到初步处理作用[2]。

1 实验部分

1.1 实验仪器

N752型红外分光光度计、PHS-25型数显酸度计、HH-SII恒温水浴锅、JB90-D磁力加热搅拌器、101A-TB电热鼓风干燥箱、106-4真空烘箱、BS223D电子天平、SHZ-IIIA真空抽滤机、SRJX-49箱式电阻炉(马弗炉)、100目筛网[3]。

1.2 实验药品

粉煤灰(齐市热电厂)、亚甲基兰(工业级)、NaOH(分析纯)、浓硫酸(50%，分析纯)、高锰酸钾(分析纯)、邻菲罗啉(分析纯)、硫酸亚铁铵(分析纯)、硫酸汞(分析纯)、重铬酸钾(分析纯)、硫酸银(分析纯)等[3]。

1.3 用沸石化粉煤灰处理亚甲基兰废水

首先制备沸石化粉煤灰，将粉煤灰研碎，过100目筛网，得到粉煤灰粉末，后用水热合成法制备沸石化粉煤灰。用制备的沸石化粉煤灰处理亚甲基兰模拟废水(50 mg/L)，用重铬酸钾法测定处理前和处理后亚甲基兰模拟废水的COD值，计算COD去除率，用分光光度法测定吸附前和吸附后的亚甲基兰模拟废水的质量浓度，然后计算脱色率。研究沸石化粉煤灰处理亚甲基兰模拟废水的各种单因素条件对COD去除率和脱色率的影响。

1.4 测试方法

1.4.1染色废水COD去除率的测定

沸石化粉煤灰处理前和处理后的亚甲基兰模拟废水的COD值均依照HJ 828《水质 化学需氧量的测定 重铬酸钾法》来测定[4]。

(1)

式中：A为COD去除率(%)，COD0为处理前亚甲基兰废水的COD值，CODi为处理后亚甲基兰废水COD值。

1.4.2染色废水脱色率的测定

将用沸石化粉煤灰处理前和处理后的亚甲基兰模拟废水各取5 mL，稀释到50 mL容量瓶中，用分光光度法测定吸附前和吸附后的亚甲基兰模拟废水的质量浓度，然后用式2计算脱色率[5]。

(2)

式中：R为脱色率(%)，A0为吸附前的亚甲基兰废水质量浓度(mg/L)，Ai为吸附后的亚甲基兰废水质量浓度(mg/L)。

2 结果与讨论

2.1 沸石化粉煤灰制备的最佳条件研究

用水热合成法制备沸石化粉煤灰[6]。先配制不同摩尔浓度的NaOH溶液，再投入50 g粉煤灰，搅拌均匀，制成NaOH和粉煤灰的混合液；然后将二者的混合液置于水浴锅中在100℃水热晶化一定时间后取出，用真空抽滤机抽滤，把抽滤出的粉煤灰用干燥箱干燥；将烘干后的粉煤灰送入马弗炉中在不同温度下焙烧1 h，取出冷却备用。依据脱色率找到制备沸石化粉煤灰的最佳工艺条件，试验结果如表1所示。

从表1可以看出，制备沸石化粉煤灰的最佳工艺条件为：NaOH浓度1 mol/L，100℃水热晶化4 h，在马弗炉中焙烧温度700℃，焙烧1 h。

2.2 沸石化粉煤灰处理亚甲基蓝模拟废水

用制备的沸石化粉煤灰处理亚甲基蓝模拟废水，用1.4.1和1.4.2的方法分别测定处理后亚甲基蓝模拟废水的COD去除率和脱色率。探讨沸石化粉煤灰的投加量、搅拌时间、亚甲基兰废水的pH值、亚甲基兰废水的初始浓度对COD去除率和脱色率的影响。

2.2.1沸石化粉煤灰投加量对亚甲基兰模拟废水处理效果的影响

亚甲基兰模拟废水初始浓度为0.05 g/L，分别投入2 g/L、4 g/L、8 g/L、10 g/L、12 g/L的沸石化粉煤灰，调节亚甲基兰废水的pH值为3，用磁力搅拌器搅拌20 min，然后静置30 min，取上层清液，测得处理后废水的COD去除率和脱色率分别如图1、图2所示。

从图1、图2可知，刚开始，随着沸石化粉煤灰投加量的增加，亚甲基蓝模拟废水处理后的脱色率和COD去除率逐渐增加，当沸石化粉煤灰投加量达到10 g/L时，脱色率和COD去除率达到最大值，然后随着粉煤灰投加量的增加，脱色率和COD去除率逐渐下降。这是因为刚开始投入的沸石化粉煤灰的量太少，不足以吸附亚甲基兰废水中的污染物，所以随着沸石化粉煤灰的投加量增加，对亚甲基兰废水中的污染物吸附量逐渐增加，使得脱色率和COD去除率逐渐下降，但是当沸石化粉煤灰的投加量超过一定浓度，除了一部分用于吸附废水中的污染物，多余的沸石化粉煤灰反而在水溶液中形成悬浮颗粒物，导致脱色率和COD去除率增加[7]。

2.2.2搅拌时间对亚甲基兰模拟废水处理效果的影响

亚甲基兰模拟废水初始浓度为0.05 g/L，投入10 g/L的沸石化粉煤灰，调节亚甲基兰废水的pH值为3，用磁力搅拌器分别搅拌5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min，然后静置30 min，取上层清液，测得处理后废水的COD去除率和脱色率分别如图3、图4所示。

从图3和图4可知，用沸石化粉煤灰处理亚甲基兰模拟废水，随着搅拌时间的延长，亚甲基兰废水的脱色率和COD去除率逐渐提高，但是当搅拌时间达到25 min时，脱色率和COD去除率达到最大值，然后随着搅拌时间的延长，脱色率和COD去除率反而略微下降。这是因为刚开始随着搅拌时间的延长，粉煤灰颗粒与废水中污染物接触时间长，吸附量会逐渐增加，使得脱色率和COD去除率逐渐增加，但是当搅拌时间达到一定时间时，粉煤灰对废水中污染物的吸附已经达到平衡，再继续延长搅拌时间反而会破坏已经达到的吸附平衡，导致已经吸附的污染物部分解析，使得处理后废水的脱色率和COD去除率有所下降[8]。

2.2.3亚甲基兰废水的pH值对处理效果的影响

亚甲基兰模拟废水初始浓度为0.05 g/L，投入10 g/L的沸石化粉煤灰，分别调节亚甲基兰废水的pH值为2、4、6、8、10、12，用磁力搅拌器搅拌20 min，然后静置30 min，取上层清液，测得处理后废水的COD去除率和脱色率分别如图5、图6所示。

从图5和图6可知，在酸性条件下，沸石化粉煤灰对亚甲基兰废水处理后的脱色率和COD去除率比较好，但是随着亚甲基兰废水的pH值逐渐增加，脱色率和COD去除率逐渐下降，尤其在碱性条件下，脱色率和COD去除率较差。这是因为在酸性条件下，废水中的H+能与粉煤灰中的氧化铝发生反应生成氢氧化铝絮凝剂，而且会使粉煤灰的比表面积增大，大大提高了粉煤灰的吸附效果，使得处理后废水的脱色率和COD去除率较高；但是随着废水的pH值升高，尤其到碱性条件时，废水中的OH-离子与同样是阴离子的染料分子形成竞争吸附，使得粉煤灰对染料分子的吸附能力大幅削弱，导致处理后废水的脱色率和COD去除率急剧下降[9]。因此，亚甲基兰废水的pH值为2时，处理效果最好。

2.2.4亚甲基兰废水初始浓度对处理效果的影响

亚甲基兰模拟废水初始浓度分别为0.02 g/L、0.04 g/L、0.06 g/L、0.08 g/L、0.10 g/L、0.12 g/L，投入10 g/L的沸石化粉煤灰，调节亚甲基兰废水的pH值为3，用磁力搅拌器分别搅拌20 min，然后静置30 min，取上层清液，测得处理后废水的COD去除率和脱色率分别如图7、图8所示。

从图7和图8可知，刚开始，随着亚甲基兰废水初始浓度的增加，沸石化粉煤灰对亚甲基兰废水处理后的脱色率和COD去除率逐渐提高，当亚甲基兰废水的初始浓度达到0.06 g/L时，脱色率和COD去除率最高，而后随着亚甲基兰废水初始浓度的增加，脱色率和COD去除率逐渐下降，说明亚甲基兰废水的初始浓度对处理效果也有影响。

3 结论

制备沸石化粉煤灰的最佳工艺条件为：NaOH浓度为1 mol/L，100℃水热晶化4 h，在马弗炉中焙烧温度700℃，焙烧1 h。

沸石化粉煤灰的投加量是10 g/L，搅拌时间25 min，废水的pH值为2，废水的初始浓度为0.06 g/L时，沸石化粉煤灰处理亚甲基兰模拟废水的处理效果最好。