复合树脂吸附法脱除焦化废水色度实验研究

张亚会

(四川省工业环境监测研究院,四川成都 610041)

复合树脂吸附法脱除焦化废水色度实验研究

张亚会

(四川省工业环境监测研究院,四川成都 610041)

本实验采用两种树脂复合吸附脱除焦化废水色度,考察了温度、p H、进水流速和进水色度对树脂吸附的影响。静态吸附实验确定了所选树脂的平衡吸附量,最佳吸附温度为40℃,吸附等温线满足Langmuir方程。通过正交实验确定了最适宜工艺条件为：流速300 ml/h,进水p H=6,进水色度600倍;处理后废水中CODCr浓度由308 mg/L降到106 mg/L,色度从800倍降到50倍以下。最佳解析条件为碱浓度2%,温度55℃。

焦化废水;树脂;吸附;脱色

1 引言

焦化废水中含有大量酚、氰、COD及氨氮等有机或无机污染物,这些污染物大多以芳香族化合物或杂环化合物的形式存在,其生物可降解性较差[1]。目前大多的焦化废水处理都是采用传统的活性污泥法,焦化废水经过一级以及二级处理后,水中的酚、氰、COD基本能达到排放标准,可水中依然含有大量的有机化合物,其成分相当复杂,各种成分之间相互作用造成出水色度很难达到出水标准[2-6]。

焦化生化废水由于色度高,且含有水溶性、带发色基团、难以生化降解的有机污染物,很难彻底去除。而吸附树脂不仅对溶解性小分子有较好的吸附能力,其脱色效果也较好,同时,对焦化废水生化处理过程中产生的腐殖酸等分子量相对较大的物质也有较好的吸附作用[7]。

2 实验材料与方法

2.1 实验材料及仪器

实验仪器:DF-101Z型集热式恒温加热磁力搅拌器(河南省予华仪器有限公司); BT100M蠕动泵(保定创锐泵业有限公司); T6新世纪紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);FA2204B电子天平(上海精科天美科学仪器有限公司)

实验材料:氢氧化钠;浓盐酸(市售分析纯,国药化学试剂公司);1号、2号树脂,树脂性质见表1。

实验用水:废水取自四川某钢铁企业焦化厂废水处理站,是生化处理后的出水经无阀滤池过滤后的出水,其中氨氮和总氰指标已满足排放标准,本实验重点考察树脂吸附剂对色度的去除。经直接测定,实验用水的p H为7.8、CODCr为308 mg/L、色度为800倍,氨氮为0.114 mg/L。

表1 树脂基本性质

2.2 实验方法

2.2.1 树脂预处理

先用一定浓度的碱液按照顶部入水底部出水的方式对树脂进行碱洗,洗至流出液p H等于10为止,碱洗完成后将树脂浸泡12 h,使树脂内杂质充分溶解后排空。后用一定浓度的酸溶液对树脂进行酸洗,洗至流出液p H等于4为止,浸泡3 h,使树脂充分膨胀。酸洗完成后,用自来水对树脂进行反向冲洗,洗至流出液p H等于6时,预处理结束。

2.2.2 静态吸附实验

准确称取1号和2号树脂各5 g,预处理后分别置于1000 ml烧杯中,烧杯中加入废水各500 ml。在温度25℃,转速120 r/min的条件下吸附12 h,后静置12 h,使其达到饱和吸附。吸附完成后,取上层清液测色度,计算树脂平衡吸附量。

2.2.3 动态吸附实验

树脂动态吸附实验在自制的小型玻璃吸附柱内进行。吸附柱内径为45 mm,高度为300 mm。实验采用4根吸附柱串联方式进行组装,树脂装填方式按照1号、2号、1号、1号每柱装入150 g预处理后的树脂。树脂填装完成后,对进水流速、进水色度、进水p H三种因素水平进行正交实验。通水方式采用上部进水,下部出水。流速用BT100M型蠕动泵控制,对吸附流出液定时收集并测定色度,记录出水色度达到50倍时的水量,对正交实验结果进行分析,得出最佳实验条件。

2.2.4 树脂解析

按照厂家提供的解析方法对吸附结束后的树脂进行解析,记录解析液耗量,计算树脂的处理效率,对树脂解析方法进行优化,选出最佳的解析条件。

2.3 分析方法

分别采用重铬酸钾法测定CODCr,稀释倍数法测定焦化废水的色度,纳氏试剂光度法测定氨氮浓度,p H使用p HS-25酸度计测定。

3 结果与讨论

3.1 树脂等温吸附

树脂从溶液中吸附物质一般为单分子层吸附,其吸附规律符合Langmuir公式:

式中,Q为吸附量,qm为树脂的最大吸附量,C为溶液中被吸附物质的浓度,α为Langmuir常数。

树脂投加量5 g时,本实验所选树脂对焦化废水色度去除率的吸附等温线如图1所示。

图1 树脂处理效率随温度变化趋势

由图1可知,随着温度的升高,树脂处理效率增大,说明本实验所用树脂吸附为吸热反应,适当升高温度有利于树脂的吸附。

3.2 正交试验结果分析

3.2.1 正交实验因素水平及评价指标的选择

因素水平:进水色度、进水流速、进水p H。

评价指标:本实验以达标出水量和处理效率两个指标对实验结果进行评价。

实验流程:根据因素水平设置情况,正交实验共分为9组。实验采用4柱串联吸附,水流方向为顶部进水,底部出水;取样频次为100 ml/次;第4柱出水色度达到50倍时停止实验,记录整个流程的出水总量,计算不同组树脂的处理效率。正交实验因素水平及结果统计见表2、3所示。

表2 正交实验因素水平表

根据正交实验结果绘制趋势图如图2所示。

由趋势图可以看出:

①随着进水色度的增大,达标出水量减少,处理效率降低。

②进水流速的增大导致达标出水量减少;流速由20 ml/min提升至35 ml/min时,达标水量及处理效率均有明显下降。

③随着进水p H的增大,达标水量出现先减少后增多的情况,p H等于7.8时,达标水量最少,处理效率最低。

3.2.2 方差分析

对因素进行F-检验时,一般可考虑四种情况:

a.F＞F0.01,(f因,fc),则因素对结果的影响高度显著,记为:**或***。

b.F 0.01,(f因,fc)≥F＞F 0.05,(f因,fc),则该因素对结果的影响为显著,记为*。

c.F0.05,(f因,fc)≥F＞F0.10,(f因,fc),则该因素对结果有影响。

d.F≤F0.10,(f因,fc),则该因素对结果无影响。

经计算,方差分析结果如表4、5所示:

表3 实验结果统计

图2 趋势图

表4 方差分析表(以达标水量为指标)

表5 方差分析表(以处理效率为指标)

由表4、5可知:以达标水量为指标进行评价时,因素A高度显著,因素B显著,因素C不显著。因素主次顺序A-B-C。以处理效率为指标进行评价时,因素A显著,因素B有影响,因素C无影响。因素主次顺序AB-C。综上所述,进水色度对本实验影响最大,其次为进水流速,水样p H值对实验结果影响较小。实验最佳运行条件为:进水色度600倍,流速5 ml/min,p H等于6,即最优方案A1B1C1。

3.3 树脂解析

本实验对解析过程中的主要影响因子进行筛选及对比,确定最佳的解析条件。

筛选指标:进碱浓度,解析温度指标范围:碱浓度,2%、5%、8%解析温度:10℃、15℃、25℃、35℃、55℃

不同条件下树脂解析效果对比如表6和表7所示。

表6 不同碱浓度条件下树脂解析率

表7 不同温度条件下树脂解析率

图3 不同碱浓度及解析温度条件下解析率对比

由图3可知,随着碱浓度的增加,树脂解析率降低;解析温度由10℃升高至55℃时,树脂解析率由38.9%提高为99.2%。

由此可知,本实验的最佳解析条件为:碱液浓度2%,解析温度55℃。

4 结论

(1)树脂最佳吸附条件为:进水p H为6;温度40℃,最佳吸附流速为300 ml/h;最佳进水色度为600倍。树脂吸附为吸热反应,吸附等温曲线满足Langmuir方程。

(2)树脂吸附后废水中CODCr从306 mg/L降到108 mg/L以下,色度从600倍降到50倍以下,达到《污水综合排放标准(GB 8978-1996)》一级标准。

(3)树脂最佳解析条件为:碱液浓度2%,解析温度55℃。

[1] 魏新利,等.焦化废水处理技术的应用与研究进展[J].环境污染与防治,2004,1:25-26.

[2] 王绍文,几钱雷,等.焦化废水无害化处理与回用技术[M].北京:冶金工业出版社,2005:1 -4.

[3] 张瑜,江白茹.钢铁工业焦化废水治理技术研究[J].工业安全与环保2002,28(7):5-7.

[4] 赵建夫,钱易,顾夏声.用厌氧酸化预处理焦化废水的研究[J].环境科学,1989,11(3):30 -3.

[5] 何苗,张晓健,瞿福平,等.焦化废水中芳香族有机物及杂环化合物在活性污泥法处理中的去除特性[J].中国给水排水,1997,13(1):14 -1.

[6] 孔令东,姜成春.焦化废水的处理及废水中有机污染物的测定[J].环境工程,1994,12(4):3 -6.

[7] 李鸿江,温致平,赵由才.大孔径吸附树脂处理工业废水研究进展[J].安全与环境工程,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

张亚会,助理工程师,硕士,主要从事节能环保工作。

1001-5108(2016)05-0072-03