摘　要:研究了處理表面活性劑廢水最佳改性劑、改性條件及處理的效果.通過實驗方法確定HCl∶ H2SO4(2∶1)的混酸為改性劑處理表面活性劑廢水效果最佳;最佳改性條件為:改性劑與粉煤灰的用量為20 mL∶10 g,室溫下攪拌60 min;改性粉煤灰處理表面活性劑廢水的最佳條件為:灰水比為10∶200(g ∶mL)、pH值為7、室溫條件下攪拌時間為40 min;處理表面活性劑廢水的去除率為:陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑的分別達到了95. 50%、87. 74%、94. 20%.

關(guān)鍵詞:粉煤灰;改性劑;最佳條件;改性粉煤灰;活性;表面活性劑廢水.

隨著電力工業(yè)的發(fā)展,粉煤灰的排放量急劇增長,粉煤灰占用土地資源、引起大氣和地下水污染問題日益突出.因此研究粉煤灰綜合利用, 對電廠、對環(huán)境都具有十分重要的意義[1].

大多數(shù)表面活性劑屬于生物難降解物質(zhì),若不經(jīng)處理直接排入水體,將對水體產(chǎn)生嚴重污染,對動植物和人體慢性毒害作用較大[2].

在當今,表面活性劑廢水的處理有許多方法,如物理法、化學法、生物法、微電解法等,每種方法都有各自的優(yōu)缺點,本文用改性粉煤灰處理表面活性劑廢水,既能使粉煤灰資源化,又解決了表面活性劑廢水污染的問題[3~5].

1　實驗部分

1. 1　實驗原料及儀器

1. 1. 1　粉煤灰

1. 1. 2　模擬廢水的配制

本實驗所用廢水為模擬廢水:陰離子表面活性劑廢水中含十二烷基苯磺酸鈉100 mg/L;陽離子表面活性劑廢水中含十六烷基三甲基溴化銨 100 mg/L;非離子表面活性劑廢水中含OP-10 為1 500 mg/L.

1. 1. 3　實驗儀器2

表1　粉煤灰的化學組成（%）

表2 實驗儀器

1. 2　測試項目和方法

表3　監(jiān)測分析方法

2　實驗結(jié)果及分析

2. 1　改性粉煤灰的制備

2. 1. 1　選擇最佳改性劑

選1mol/LVHCl∶VH2SO4(1∶1),VHCl∶VH2SO4 (2∶1),VHCl∶VH2SO4(1∶2),Na2CO3,NaOH,NaCl 及飽和CaCO3、CaO等溶液對粉煤灰進行改性, 分別取上述改性后的粉煤灰及未改性的粉煤灰各一份,加入陰離子、陽離子、非離子表面活性劑模擬廢水,進行對比實驗,考察廢水中LAS、CT- MAB、OP-10的去除效果,實驗結(jié)果見圖1.

圖1可以看出,利用VHCl∶VH2SO4(2∶1)溶液改性粉煤灰對各種表面活性劑廢水有較好的去除效果.HCl∶H2SO4=2∶1溶液作為酸性激發(fā)劑,可以制得物理吸附和化學混凝為一體固液共存混凝劑,其混凝過程包括電解質(zhì)的脫穩(wěn)凝聚作用、硅酸凝膠等高聚物的助凝作用以及粉煤灰顆粒的吸附沉淀作用等綜合效應.以此來提高粉煤灰的活性[6].

2. 1. 2　改性劑用量的選擇

在10 g粉煤灰中分別加入10 mL、15 mL、20 mL、25 mL、30 mL、35 mL改性劑,處理廢水后取樣分析.實驗結(jié)果見圖2.

由圖2可知: 10 g粉煤灰中加入20 mLVHCl ∶VH2SO4(2∶1)混酸改性劑對陰離子、陽離子及非離子表面活性劑廢水均有較好的處理效果,去除率分別可達到90. 95%、85. 81%、91. 86%.

改性劑可以激發(fā)粉煤灰的活性點,當粉煤灰的活性未完全激發(fā)時,改性劑的加入量越大, 粉煤灰的活性就越激發(fā)得完全,當粉煤灰的活性已被完全激發(fā)時,再加入改性劑對廢水處理效果的影響就不再明顯.所以確定改性劑的最佳用量為 20 mL.

圖2　改性劑用量對去除率的影響

2. 1. 3　改性劑攪拌時間的選擇

10 g粉煤灰加入20 mL改性劑后分別攪拌 10 min、20 min、30 min、60 min、90 min、120 min, 處理廢水后取樣分析,結(jié)果如圖3.

由圖3可知:改性劑與粉煤灰攪拌30~60 min,對陰離子、陽離子、非離子表面活性劑廢水中有較好的處理效果,再增加攪拌時間對去除率的提高沒有顯著的提高.對改性劑進行攪拌是為了使粉煤灰與改性劑充分混合,將粉煤灰的活性完全激發(fā),以達到最好的吸附效果.本實驗確定的最佳攪拌時間為60 min.

圖3　改性劑攪拌時間對去除率的影響

2. 1. 4　改性劑攪拌溫度的影響

10 g粉煤灰加入20 mL改性劑后在20℃、 30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃下攪拌60 min,處理模擬廢水后取樣分析,結(jié)果如圖4.

圖4　改性劑攪拌溫度對去除率的影響

由圖4可知,改性劑攪拌溫度對去除率影響不明顯,室溫條件下效果較好,以下實驗改性劑的攪拌溫度均為室溫(20℃).

2. 1. 5　改性粉煤灰結(jié)構(gòu)分析

實驗確定最佳改性劑為VHCl∶VH2SO4(2∶1) 的混酸溶液.最佳改性條件為:改性劑與粉煤灰的用量為20 mL∶10 g,室溫下攪拌60 min.為了分析改性前后粉煤灰的變化情況,分別作掃描電鏡照片,經(jīng)改性劑處理前后粉煤灰的掃描電鏡照片見圖5、圖6.

圖5　未經(jīng)改性的粉煤灰表面

VHCl∶VH2SO4(2∶1)溶液作為酸性激發(fā)劑,經(jīng)酸浸處理后的粉煤灰棱角被消磨,顆粒分布均勻,其表面積變粗糙,許多表面出現(xiàn)空洞,因而使粉煤灰的比表面積增大,粉煤灰的表面被活化, 從而使粉煤灰具有強烈的吸附能力.

圖6　改性粉煤灰顆粒表面

2. 2　改性粉煤灰處理表面活性劑廢水

2.2. 1　改性粉煤灰處理表面活性劑廢水灰水比的確定

取 10 g改性粉粉煤灰中分別加入30 mL、40 mL、50mL、60mL、70mL、80mL、100mL、200mL、350 mL、400 mL的陰離子表面活性劑廢水、陽離子表面活性劑廢水、非離子表面活性劑廢水.取樣分析,分別考察廢水中LAS、CTMAB、OP-10 的去除效果,實驗結(jié)果見圖7.

圖7　灰水比對去除率的影響圖

由圖7可知,粉煤灰的量一定,加入廢水量較小時,處理效果的變化趨勢不明顯,當達到平衡值時,增大廢水量,處理效果有明顯下降的趨勢.從去除率及合理利用能源兩個角度考慮,取 10∶200(g∶mL)為最佳灰水比.

2. 2. 2　改性粉煤灰處理表面活性劑廢水攪拌時間的選擇

取10 g改性粉煤灰處理模擬廢水分別攪拌 20 min、30 min、40 min、90 min、120 min、180 min、 240 min,考察陰離子表面活性劑廢水、陽離子表面活性劑廢水、非離子表面活性劑廢水中LAS、 CTMAB、OP-10的去除效果見圖8.

圖8　廢水攪拌時間對去除率的影響圖

粉煤灰處理廢水的過程是一個物理吸附與化學吸附相結(jié)合的過程,廢水的攪拌時間就是改性粉煤灰吸附廢水中有機物的時間.去除率隨著攪拌時間的增加而增大,但達到一定平衡時,去除率與攪拌時間無關(guān).攪拌時間過長有可能會導致去除率下降,如陽離子表面活性劑廢水的去除趨勢, 40 min后去除率下降,可能是由于攪拌時間過長,粉煤灰吸附的污染物發(fā)生了脫附,導致了去除率的下降.由圖8可知,廢水攪拌40 min, 吸附基本達到平衡.

2. 2. 3　改性粉煤灰處理表面活性劑廢水攪拌溫度的選擇

取10 g改性粉煤灰,加入廢水,分別在20 ℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃下攪拌.考察陰離子表面活性劑廢水、陽離子表面活性劑廢水、非離子表面活性劑廢水中LAS、CTMAB、OP -10的去除效果,結(jié)果見圖9.

圖9　廢水攪拌溫度對去除率的影響圖

由圖9可知,溫度對表面活性劑廢水處理效果沒有顯著影響,所以確定攪拌溫度為20℃.

2. 2. 4　改性粉煤灰處理表面活性劑廢水pH值選擇

取10 g改性粉煤灰,加入pH值為3、5、6、7、 8、9、11、13的廢水進行對比實驗.考察陰離子表面活性劑廢水、陽離子表面活性劑廢水、非離子表面活性劑廢水中LAS、CTMAB、OP-10的去除效果,結(jié)果見圖10.

圖10　pH值對去除率的影響圖

由圖10可知, pH值對去除率有一定的影響,當pH值為6~8的范圍內(nèi)廢水處理效果較好,可確定pH值為7.

2.2. 5　改性粉煤灰處理表面活性劑廢水的效果實驗

選用上述最佳實驗條件,即在200 mL廢水中加入改性粉煤灰10 g,在pH值為7、吸附時間為40 min、室溫條件下處理廢水的結(jié)果見表4所示.陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑的去除率分別達到了95. 5%、87. 74%、94. 2%.

表4　廢水處理結(jié)果

3　結(jié)論

(1)實驗確定最佳改性劑為VHCl∶VH2SO4(2 ∶1)的混酸溶液.最佳改性條件為:改性劑與粉煤灰的用量為20 mL∶10 g,室溫下攪拌60 min.

(2)改性粉煤灰處理表面活性劑廢水得到了很好的效果.在pH值為7、吸附時間為40 min、室溫條件下處理廢水,陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑的去除率分別達到了95. 5%、87. 74%、94. 2%.

參考文獻
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[2]　劉紅玉.表面活性劑對水生植物的損傷及生物降解研究[D] .湖南農(nóng)業(yè)大學博士學位論文, 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]　張自杰.廢水處理理論與設計[M] .北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2003, 2.
[5]　李　軼,王　棟,周集體.我國表面活性劑LAS廢水的處理技術(shù)進展[ J] .環(huán)境污染治理技術(shù)與設備, 2000, 1 (1) : 65-71.
[6]　張　覃,毛德明.粉煤灰的礦物學特性研究[J].粉煤灰綜合利用, 2001(1): 11-14.

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