用改性粉煤灰处理表面活性剂废水的研究
摘 要:研究了处理表面活性剂废水最佳改性剂、改性条件及处理的效果.通过实验方法确定HCl∶ H2SO4(2∶1)的混酸为改性剂处理表面活性剂废水效果最佳;最佳改性条件为:改性剂与粉煤灰的用量为20 mL∶10 g,室温下搅拌60 min;改性粉煤灰处理表面活性剂废水的最佳条件为:灰水比为10∶200(g ∶mL)、pH值为7、室温条件下搅拌时间为40 min;处理表面活性剂废水的去除率为:阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂的分别达到了95. 50%、87. 74%、94. 20%.
关键词:粉煤灰;改性剂;最佳条件;改性粉煤灰;活性;表面活性剂废水.
随着电力工业的发展,粉煤灰的排放量急剧增长,粉煤灰占用土地资源、引起大气和地下水污染问题日益突出.因此研究粉煤灰综合利用, 对电厂、对环境都具有十分重要的意义[1].
大多数表面活性剂属于生物难降解物质,若不经处理直接排入水体,将对水体产生严重污染,对动植物和人体慢性毒害作用较大[2].
在当今,表面活性剂废水的处理有许多方法,如物理法、化学法、生物法、微电解法等,每种方法都有各自的优缺点,本文用改性粉煤灰处理表面活性剂废水,既能使粉煤灰资源化,又解决了表面活性剂废水污染的问题[3~5].
1 实验部分
1. 1 实验原料及仪器
1. 1. 1 粉煤灰
1. 1. 2 模拟废水的配制
本实验所用废水为模拟废水:阴离子表面活性剂废水中含十二烷基苯磺酸钠100 mg/L;阳离子表面活性剂废水中含十六烷基三甲基溴化铵 100 mg/L;非离子表面活性剂废水中含OP-10 为1 500 mg/L.
1. 1. 3 实验仪器2
| 表1 粉煤灰的化学组成（%） |
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| 表2 实验仪器 |
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1. 2 测试项目和方法
| 表3 监测分析方法 |
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2 实验结果及分析
2. 1 改性粉煤灰的制备
2. 1. 1 选择最佳改性剂
选1mol/LVHCl∶VH2SO4(1∶1),VHCl∶VH2SO4 (2∶1),VHCl∶VH2SO4(1∶2),Na2CO3,NaOH,NaCl 及饱和CaCO3、CaO等溶液对粉煤灰进行改性, 分别取上述改性后的粉煤灰及未改性的粉煤灰各一份,加入阴离子、阳离子、非离子表面活性剂模拟废水,进行对比实验,考察废水中LAS、CT- MAB、OP-10的去除效果,实验结果见图1.
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| 图1 改性剂对表面活性剂废水去除率的影响 |
图1可以看出,利用VHCl∶VH2SO4(2∶1)溶液改性粉煤灰对各种表面活性剂废水有较好的去除效果.HCl∶H2SO4=2∶1溶液作为酸性激发剂,可以制得物理吸附和化学混凝为一体固液共存混凝剂,其混凝过程包括电解质的脱稳凝聚作用、硅酸凝胶等高聚物的助凝作用以及粉煤灰颗粒的吸附沉淀作用等综合效应.以此来提高粉煤灰的活性[6].
2. 1. 2 改性剂用量的选择
在10 g粉煤灰中分别加入10 mL、15 mL、20 mL、25 mL、30 mL、35 mL改性剂,处理废水后取样分析.实验结果见图2.
由图2可知: 10 g粉煤灰中加入20 mLVHCl ∶VH2SO4(2∶1)混酸改性剂对阴离子、阳离子及非离子表面活性剂废水均有较好的处理效果,去除率分别可达到90. 95%、85. 81%、91. 86%.
改性剂可以激发粉煤灰的活性点,当粉煤灰的活性未完全激发时,改性剂的加入量越大, 粉煤灰的活性就越激发得完全,当粉煤灰的活性已被完全激发时,再加入改性剂对废水处理效果的影响就不再明显.所以确定改性剂的最佳用量为 20 mL.
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| 图2 改性剂用量对去除率的影响 |
2. 1. 3 改性剂搅拌时间的选择
10 g粉煤灰加入20 mL改性剂后分别搅拌 10 min、20 min、30 min、60 min、90 min、120 min, 处理废水后取样分析,结果如图3.
由图3可知:改性剂与粉煤灰搅拌30~60 min,对阴离子、阳离子、非离子表面活性剂废水中有较好的处理效果,再增加搅拌时间对去除率的提高没有显著的提高.对改性剂进行搅拌是为了使粉煤灰与改性剂充分混合,将粉煤灰的活性完全激发,以达到最好的吸附效果.本实验确定的最佳搅拌时间为60 min.
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| 图3 改性剂搅拌时间对去除率的影响 |
2. 1. 4 改性剂搅拌温度的影响
10 g粉煤灰加入20 mL改性剂后在20℃、 30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃下搅拌60 min,处理模拟废水后取样分析,结果如图4.
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| 图4 改性剂搅拌温度对去除率的影响 |
由图4可知,改性剂搅拌温度对去除率影响不明显,室温条件下效果较好,以下实验改性剂的搅拌温度均为室温(20℃).
2. 1. 5 改性粉煤灰结构分析
实验确定最佳改性剂为VHCl∶VH2SO4(2∶1) 的混酸溶液.最佳改性条件为:改性剂与粉煤灰的用量为20 mL∶10 g,室温下搅拌60 min.为了分析改性前后粉煤灰的变化情况,分别作扫描电镜照片,经改性剂处理前后粉煤灰的扫描电镜照片见图5、图6.
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| 图5 未经改性的粉煤灰表面 |
VHCl∶VH2SO4(2∶1)溶液作为酸性激发剂,经酸浸处理后的粉煤灰棱角被消磨,颗粒分布均匀,其表面积变粗糙,许多表面出现空洞,因而使粉煤灰的比表面积增大,粉煤灰的表面被活化, 从而使粉煤灰具有强烈的吸附能力.
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| 图6 改性粉煤灰颗粒表面 |
2. 2 改性粉煤灰处理表面活性剂废水
2.2. 1 改性粉煤灰处理表面活性剂废水灰水比的确定
取 10 g改性粉粉煤灰中分别加入30 mL、40 mL、50mL、60mL、70mL、80mL、100mL、200mL、350 mL、400 mL的阴离子表面活性剂废水、阳离子表面活性剂废水、非离子表面活性剂废水.取样分析,分别考察废水中LAS、CTMAB、OP-10 的去除效果,实验结果见图7.
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| 图7 灰水比对去除率的影响图 |
由图7可知,粉煤灰的量一定,加入废水量较小时,处理效果的变化趋势不明显,当达到平衡值时,增大废水量,处理效果有明显下降的趋势.从去除率及合理利用能源两个角度考虑,取 10∶200(g∶mL)为最佳灰水比.
2. 2. 2 改性粉煤灰处理表面活性剂废水搅拌时间的选择
取10 g改性粉煤灰处理模拟废水分别搅拌 20 min、30 min、40 min、90 min、120 min、180 min、 240 min,考察阴离子表面活性剂废水、阳离子表面活性剂废水、非离子表面活性剂废水中LAS、 CTMAB、OP-10的去除效果见图8.
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| 图8 废水搅拌时间对去除率的影响图 |
粉煤灰处理废水的过程是一个物理吸附与化学吸附相结合的过程,废水的搅拌时间就是改性粉煤灰吸附废水中有机物的时间.去除率随着搅拌时间的增加而增大,但达到一定平衡时,去除率与搅拌时间无关.搅拌时间过长有可能会导致去除率下降,如阳离子表面活性剂废水的去除趋势, 40 min后去除率下降,可能是由于搅拌时间过长,粉煤灰吸附的污染物发生了脱附,导致了去除率的下降.由图8可知,废水搅拌40 min, 吸附基本达到平衡.
2. 2. 3 改性粉煤灰处理表面活性剂废水搅拌温度的选择
取10 g改性粉煤灰,加入废水,分别在20 ℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃下搅拌.考察阴离子表面活性剂废水、阳离子表面活性剂废水、非离子表面活性剂废水中LAS、CTMAB、OP -10的去除效果,结果见图9.
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| 图9 废水搅拌温度对去除率的影响图 |
由图9可知,温度对表面活性剂废水处理效果没有显著影响,所以确定搅拌温度为20℃.
2. 2. 4 改性粉煤灰处理表面活性剂废水pH值选择
取10 g改性粉煤灰,加入pH值为3、5、6、7、 8、9、11、13的废水进行对比实验.考察阴离子表面活性剂废水、阳离子表面活性剂废水、非离子表面活性剂废水中LAS、CTMAB、OP-10的去除效果,结果见图10.
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| 图10 pH值对去除率的影响图 |
由图10可知, pH值对去除率有一定的影响,当pH值为6~8的范围内废水处理效果较好,可确定pH值为7.
2.2. 5 改性粉煤灰处理表面活性剂废水的效果实验
选用上述最佳实验条件,即在200 mL废水中加入改性粉煤灰10 g,在pH值为7、吸附时间为40 min、室温条件下处理废水的结果见表4所示.阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂的去除率分别达到了95. 5%、87. 74%、94. 2%.
| 表4 废水处理结果 |
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3 结论
(1)实验确定最佳改性剂为VHCl∶VH2SO4(2 ∶1)的混酸溶液.最佳改性条件为:改性剂与粉煤灰的用量为20 mL∶10 g,室温下搅拌60 min.
(2)改性粉煤灰处理表面活性剂废水得到了很好的效果.在pH值为7、吸附时间为40 min、室温条件下处理废水,阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂的去除率分别达到了95. 5%、87. 74%、94. 2%.
参考文献
[1] 钱觉时,吴传明,王 智.粉煤灰的矿物组成(上) [J].粉煤灰综合利用, 2001(1): 26-31.
[2] 刘红玉.表面活性剂对水生植物的损伤及生物降解研究[D] .湖南农业大学博士学位论文, 2001.
[3] MaW P, Brown PW, KomarnenlS. Characterization and cation exchange properties of zeolite synthesized from fly ash. JMaterRes[J]. 1998, 13: 3-7.
[4] 张自杰.废水处理理论与设计[M] .北京:中国建筑工业出版社, 2003, 2.
[5] 李 轶,王 栋,周集体.我国表面活性剂LAS废水的处理技术进展[ J] .环境污染治理技术与设备, 2000, 1 (1) : 65-71.
[6] 张 覃,毛德明.粉煤灰的矿物学特性研究[J].粉煤灰综合利用, 2001(1): 11-14.
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