甘蔗渣吸附处理染料废水的研究

童展梁

摘要：染料废水是一类不易生化处理的难降解废水，常规水处理工艺无法有效去除废水中的染料。本研究尝试利用废弃的甘蔗渣作为吸附剂，吸附处理废水中的亚甲基蓝染料，实现以废治废。

关键词：甘蔗渣；亚甲基蓝；染料；吸附

Abstract: dye wastewater is a kind of difficult biochemical treatment of refractory wastewater, conventional water treatment technology can not effectively remove the dyes. This study attempts to utilize waste bagasse as adsorbent, adsorpt the methylene blue dye in wastewater.

Key words: bagasse; methylene blue; dyes; adsorption

中图分类号：[TE992.2]文献标识码：A文章编号：

1. 前言

水是关系到工农业生产和人类生活等国计民生的重要资源。随着工农业的发展，水资源短缺和水体污染的问题越来越严重，危害人体健康、束缚社会可持续发展。

随着染料与印染工业的发展，染料废水成为主要的水体污染源之一。染料废水色度大，可生化性差，组成复杂多变，若不经处理直接排放将给生态环境带来严重危害[1]。据报道全世界每年以废物形式排入环境的染料约6万吨，且现代染料朝着抗光解、抗热及抗生物氧化方向发展从而使其处理难度加大[2]。

甘蔗渣是制糖工业的主要副产品，属于典型的农业固体废弃物。其成分接近木质材料，可以作为替代部分木材的原料，但到目前为止利用率还很低。因此，开发甘蔗渣的利用途径，提高甘蔗渣的利用效率是减少其废弃的重要途径。

本研究拟利用废弃的甘蔗渣为吸附剂，用于吸附处理染料废水。以亚甲基蓝为染料的代表，研究甘蔗渣吸附亚甲基蓝的吸附机制，探讨温度、盐度等水质参数对亚甲基蓝吸附的影响。以期开发一种廉价、高效的染料废水处理方法，实现以废治废。

2. 实验材料与方法

2.1 实验材料

实验主要仪器：紫外可见分光光度计（UV-1750，岛津）；电子天平（梅特勤-托利多仪器上海有限公司）；恒温振荡器（太仓市实验设备厂）；电热鼓风干燥箱；组织捣碎機（IKA）；高速离心机（LG10-2.4A，北京京立）。

亚甲基蓝、氯化钠等化学试剂均为分析纯。甘蔗渣取自市售甘蔗。

2.2 实验方法

将甘蔗渣洗净后在电热烘干箱中烘干，用组织捣碎机将其捣碎后过100目筛，放入干燥器备用。

称取一定量的甘蔗渣粉末至22 mL样品瓶中，加入20mL一定浓度的亚甲基蓝溶液，以200r/min的速度振荡一定时间后，以3000 rpm的速度离心10 min，在650nm波长下测定溶液中亚甲基蓝的含量。

3. 结果与讨论

3.1 吸附动力学过程

25℃时，在不同时间段（10、20、30、45、60、90、120、150 min）测定0.015g甘蔗渣处理30mg/L的亚甲基蓝溶液，恒温振荡、离心后测定水样中亚甲基蓝的吸光度。结果如图1所示。结果表明，甘蔗渣吸附亚甲基蓝的速度非常迅速，振荡充分混合20min之后就基本趋于平衡，说明将甘蔗渣用于实际染料废水的吸附处理具有现实意义。

图1 甘蔗渣吸附亚甲基蓝的动力学曲线

3.2 等温吸附曲线

25℃时，用0.015g甘蔗渣吸附不同初始浓度的亚甲基蓝溶液，吸附时间为120min，以保证吸附过程充分达到平衡。以溶液中亚甲基蓝的平衡浓度（Ce）为横坐标，甘蔗渣上的吸附量（Q，mg/kg）为纵坐标绘制等温吸附曲线。如图2所示。由图可知，在初始浓度较低的时候，亚甲基蓝在甘蔗渣上的吸附量呈现逐渐上升的趋势，是由于亚甲基蓝初始浓度的增加而致使传质推动力的增加因而亚甲基蓝吸附量会随之增加；而当溶液中的平衡浓度达到4mg/L以上的时候，甘蔗渣上的吸附量开始保持基本不变，表明当初始亚甲基蓝浓度增加到一定程度时吸收剂对其吸附达到饱和而致使吸附量不再增加[3]。等温吸附曲线为非线性，其形状基本符合Langmuir等温吸附曲线。

图2 甘蔗渣吸附亚甲基蓝的等温吸附曲线

3.3 吸附影响因素

3.3.1 甘蔗渣用量的影响

分别用不同量的甘蔗渣吸附处理20 mL含30mg/L亚甲基蓝的模拟废水样品，如图3所示。

图3 甘蔗渣用量对亚甲基蓝吸附去除的影响

结果表明，随着甘蔗渣用量的上升，模拟废水中亚甲基蓝的去除率逐步增大，当甘蔗渣用量达到0.02g（固液比为1:1000）后，亚甲基蓝的去除率达到90%以上。可见少量的吸附剂即可达到高效去除废水中染料的目的。

3.3.2 温度的影响

废水的温度会因废水种类的不同或季节的差异有明显的变化。因此，不同温度下，在20mL含亚甲基蓝浓度为30mg/L的模拟染料废水中加入0.015g甘蔗渣进行吸附实验，如图4所示。

图4 温度对甘蔗渣吸附亚甲基蓝的影响

结果发现，随着温度的升高，甘蔗渣对亚甲基蓝的去除率呈现下降的趋势。表明甘蔗渣吸附亚甲基蓝的过程是放热过程，温度的升高不利于吸附进行。其他相关研究也表明，温度是决定吸附进行程度的重要因素[4,5]。因此，较低温度时有利于甘蔗渣吸附去除亚甲基蓝。

3.3.3 盐度的影响

废水的盐度也会因废水种类的不同而有差异，如有些化工废水或染料废水中盐分的含量就相对较高。为了研究盐度对甘蔗渣吸附亚甲基蓝的影响，在不同盐度下，在20mL含亚甲基蓝浓度为30mg/L的模拟染料废水中加入0.015g甘蔗渣进行吸附实验，如图5所示。

结果发现，随着盐度的升高，甘蔗渣吸附去除亚甲基蓝的效率也逐步下降。许多研究也探讨过盐度对污染物吸附的影响[6-8]，发现盐度升高对重金属等阳离子污染物会有抑制作用。最大的可能是因为Na+等金属离子在吸附剂表面与阳离子污染物形成竞争，而亚甲基蓝属阳离子染料，其在甘蔗渣上的吸附也会与Na+形成竞争，从而降低其吸附效率。因此，低盐度有利于甘蔗渣吸附去除亚甲基蓝。

图5 盐度对甘蔗渣吸附亚甲基蓝的影响

4. 结论

甘蔗渣能快速、高效地吸附去除废水中的阳离子染料亚甲基蓝，合适的工艺条件下去除效率可高达90%以上。吸附剂的用量、废水温度和盐度等都将影响吸附去除效率，其中合适的吸附剂用量、低温低盐度环境有利于亚甲基蓝的去除。根据本研究结果，可以认为甘蔗渣具有非常好的吸附去除废水中染料的潜力，为进一步开拓甘蔗渣的利用途径、开发染料废水预处理方法、实现以废治废提供了一条思路。

参考文献：

朱宏飞, 龙朱传. 印染废水的危害及源头治理举措[J]. 水处理技术，2007, 11, 74.

张红, 李传运. 染料废水处理技术的发展概况[J]. 给水排水, 2006, 20（4）: 33-36.

蒋兰宏, 曾抗美. 染料废水处理方法的研究进展[J], 环境科学学报,2003, 2(5):123-125.

B.B. Johnson, Effect of pH, temperature, and concentration on the adsorption of cadmium on goethite, Envir. Sci. Technol., vol. 24, 112-118, 1990.

R.H. Byrne, L.R.Kump, and K.J. Cantrell, The influence of temperature and pH on trace metal speciation in seawater, Mar. Chem., vol. 25, 163-181, 1988.

E.K. Duurmsa, and P. Ruardij, Conservative mixing in estuaries as affected by sorption, complexing and turbidity maximum: a simple model example, Mar. Chem. vol. 8, 251-258, 1989.

P. Valenta, E.K. Duursma, A.G.A. Merks, H. Rutzel, and H.W. Nurnberg, Distribution of Cd, Pb and Cu between the dissolved and particulate phase in the Eastern Scheldt and Western Sclieldt Estuary, Sci. Total Environ., vol. 53, 41-76, 1986.

G.E. Millward, and R.M. Moore, The adsorption of Cu, Mn and Zn by iron oxyhydroxide in model estuarine solutions, War. Res. vol. 16, 981-985, 1982.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。