改性膨润土处理污水中有机污染物的研究

September　2007

　　属　　矿　　山

METALMINE

总第375期

2007年第9期

改性膨润土处理污水中有机污染物的研究

李志娟　庞桂林　甄卫军

(大学)

摘　要　探讨了有机膨润土再生及再生膨润土有机化,采用正交试验得出再生有机膨润土吸附水中有机污染物的适宜条件,进行了再生前后有机膨润土对有机污染物吸附效果的比较。结果表明,在780℃、灼烧55min是再生膨润土的最佳再生条件,适宜有机化条件是浆液浓度30%,改性剂7mmol/100g,反应温度60℃,反应时间80

min;再生有机膨润土吸附有机污染物最佳吸附条件为pH=6,加土量6g/L,温度25℃,振荡时间20min,COD去除

率可达到80%。

关键词　有机膨润土　再生　有机污染物

StudyonTreatingOrganicPollutantsinMunicipalSewagebyModifiedBentonite

LiZhijuan　PangGuilin　ZhenWeijun

(XingjiangUniversity)Abstract　Thepaperdescribestheregenerationoforganicbentoniteandtheorganizationoftheregeneratedbentonite.Thebestconditionsfortheadsorptionoftheorganicpollutantsfromwaterbyregeneratedbentonitearestudiedbyorthogonaltestandtheadsorptioneffectfororganicpollutantsbytheorganicbentonitebeforeandafterregenerationiscompared.Theresultsshowthattheoptimalconditionsfortheregenerationofbentoniteincludecombustionat780℃for55min;thebestor2ganizationconditionincludeapulpconcentrationof30%,modifierdosageof7ml/100g,reactiontemperatureof60℃andreactiontimeof80min;andtheoptimalconditionsfortheadsorptionoforganicpollutantsbyregeneratedorganicbentoniteincludepH=6,dosageofbentoniteof6g/l,temperatureof25℃,andoscillationtimeof20min,whentheCODremovalratecanreach80%.

Keywords　Organicbentonite,Regeneration,Organicpollutant

　　膨润土的主要成分为蒙脱土,是由Si-O四面体晶片和Al-O八面体晶片所构成的层状硅酸盐

晶体。蒙脱土的化学组成为Na0.7(Al3.3Mg0.7)Si8O20(OH)

4

・nH2O,属2∶1型层状硅酸盐。20

性能进行测定。

1　试验部分

(1)主原料取自夏子街钠基膨润土,其化学成分:SiO260.93%,Al2O312.00%,Te2O35.33%,MgO2.55%,CaO1.56%,NaO2.56%,TiO20.57%,MnO0.12%,P2O50.18%,K2O2.56%,灼烧质量损

世纪80年代以来,膨润土在环境保护中的应用取得了较大进展,它主要被用于废水净化处理、油污处理、废塑料处理、城市垃圾处理、空气净化与废气处理、放射性废物和危险废物的处理处置。其中用于废水处理的报道最多,特别是有机膨润土极大改善了膨润土的吸附性能,提高了废水中有害物质的去除率。

由于膨润土储量丰富、价格低廉,很少研究其再生回收问题。但是作为消耗型矿产,总有枯竭的时候,同时在工业化应用过程中会带来二次污染。因此,本研究针对有机膨润土的再生及其在城市污水处理中的应用进行研究,并对再生后膨润土的各种

失10.92%。

(2)原矿组成。蒙脱石46.8%,石英14.6%,长石12%,伊利石10.5%,石膏1.9%,片沸石14.2%。

(3)有机膨润土。制备时取一定量提纯膨润土

按一定浓度分散制浆,搅匀,然后在60～80℃下,高

3教育厅2004年重点研究项目(编号:XJEDU2004I01);大学2006年校院联合资助项目。

李志娟(1967—),女,大学化学化工学院,讲师,硕士,830046乌鲁木齐市胜利路14号。

・109・

总第375期　　　　　　　　　　　　金　　属　　矿　　山　　　　　　　　　　　2007年第9期速搅拌加入改性剂CTAB进行插层改性,得到有机膨润土。反应完全后用去离子水冲洗至无氯根,80℃下烘干、研磨,过200目,密封备用。

(4)污水样。取自乌鲁木齐河东污水处理厂进水口,连续3个月测定COD900～1200mg/L,pH=6～9。

(5)试验仪器和药品。①仪器有高温箱式电阻炉,4号熔结玻璃过滤管,烘箱,布氏漏斗,真空泵,滴定管,2L三颈烧瓶,搅拌器,超级恒温器,精密电子天平;②主要药品有改性剂CTAB,四苯硼化钠,三氯化铝(AlCl3.6H2O),溴酚蓝试剂,氯仿,氯化钾,氢氧化钠。

(6)有机膨润土的再生试验方法。将吸附有机污染后的有机膨润土收集并使之自然干燥,放入高温箱式电阻炉中灼烧,然后测定其CEC。

(7)再生回收膨润土的有机化及最佳吸附条件确定。将灼烧回收后的土样配成浆液,加入一定量的改性剂CTAB,在恒温水浴中加热反应,然后真空过滤,滤液用来测季铵盐交换量,而滤饼则为有机化的回收土,放入烘箱中烘干,过200目后,用来做吸附试验。吸附的方法和步骤见文献[5]。2　结果及讨论

2.1　有机膨润土的再生回收研究2.1.1　灼烧温度和时间对再生的影响

2.1.3　粘度的测定

粘度是凝胶好坏的体现。膨润土去除水中有机

污染物的方法主要通过吸附和絮凝两步,先分散到水中吸附有机分子,然后絮凝成絮状从水中分离。测定结果见表3。

表3　各种土样粘度测定值结果

土　　样有机膨润土土

粘度/(mPa・s)1330

原矿

286

再生膨润土

11.6

　　从表3可见,经过回收后,土样的凝胶性能已经变差了。通过试验现象分析可能高温灼烧下,其晶体结构发生了变化。但粘度高低不能完全表征吸附性能的好坏。2.2　再生膨润土有机化适宜条件的确定2.2.1　有机化的正交试验本试验采用四因素三水平的正交表。其因素水平见表4,试验结果见图1。表4　正交试验因素水平试验因素因素代码各因素水平

制浆浓度/%A2(A1)3(A2)4(A3)改性剂用量/(mmol/100g)B10(B1)20(B2)30(B3)反应温度/℃C60(C1)70(C2)80(C3)反应时间/minD40(D1)60(D2)80(D3)

通过不同温度和时间,确定了回收的最佳条件,

结果见表1。

表1　不同温度和时间的灼烧结果

温度/℃

时间/min烧后颜色

100055

90055

80055

8OO30

78055

77055

74055

浅红浅红浅黄浅黄浅黄浅黄浅黄

CEC/(moL/100g)9.76511.1624.3123.9233.7624.20.81　　从表1可知,最佳回收条件是780℃、灼烧55min。CEC是33.76mmol/100g。原矿的CEC为58.5mmol/100g,灼烧后的膨润土是原矿的57.71%。

2.1.2　膨胀容重的测定

　　图1　正交试验结果

2.2.2　有机化适应条件的确定

图2为正交试验各因素水平直观图。

膨胀容是鉴定膨润土矿属性和膨润土质量的技术指标之一。测定结果见表2。

表2　再生与原膨润土的测定结果

土　样原　矿再生膨润土

膨胀容重/(mL/g)

11.54.0

　　从表2可知,回收后的膨胀容重只有原来的34.8%,说明土中蒙脱石的含量大大的减少了,也说明在灼烧过程中土的结构发生了变化。

・110・

图2　正交试验各因素水平直观示意

从图2得出,最适宜有机化的条件是浆液浓度3%,改性剂加入量10mmol/100g,温度60℃,反应

时间80min。

　　　李志娟等:改性膨润土处理污水中有机污染物的研究　　　　　　　　　　　　　2007年第9期2.3　再生有机膨润土吸附性能

25℃,振荡时间20min,这与原有机膨润土的吸附

以河东污水处理厂中有机污染物COD为研究对象。从文献[8]可以知道,在吸附过程中,主要受到pH值、加土量、反应时间、温度的影响。首先固定温度常温,反应时间20min,讨论加土量和pH值对COD去除率的影响。同时与原矿、有机土进行比较。2.3.1　加土量对COD去除率的影响

固定反应时间、温度、pH值不变,研究加土量对COD去除率的影响,结果见图3。

条件基本吻合。

表5　正交试验因素水平

试验因素因素代码

pH值A吸附剂用量/(g/L)B反应温度/℃C振荡时间/minD

各因素水平

6

5(B1)25(C1)20(D1)

76(B2)35(C2)30(D2)

87(B3)45(C3)40(D3)

图3　加土量对COD去除率的影响

◆

图5　正交试验结果

序号10为最佳条件下的验证试验指标3　结　论(1)再生膨润土的最佳再生条件为780℃,灼

-原矿;■-有机土;▲-再生有机土

2.3.2　pH值对COD去除率的影响其他条件不变,只改变pH值,观察对COD去除率的变化。结果见图4。

烧55min。再生后的CEC为33.76mmol/100g,膨

胀容重为4ml/g,粘度为11.6mPa・s。

(2)再生有机膨润土有机化的适宜条件为浆液浓度30%,改性剂CTAB7mmol/100g,温度为60℃,反应时间80min。

(3)再生有机膨润土吸附有机污染物COD最佳吸附条件为pH=6、加土量为6g/L、温度为25℃、振荡时间为20min,COD去除率达到80%以上。与有机膨润土的吸附条件完全吻合。

(4)研究结果表明,将已吸附了有机污染的有机膨润土在常温下干燥,进行再生回收,然后再用于

图4　pH对COD去除率的影响

◆

废水中有机污染物的吸附处理是完全可行的。这样既可以避免或减少有机污染物的二次污染,同时使有机膨润土得到很好的回收利用。有丰富的膨润土资源,因此开发有机膨润土作为环境修复材料将具有广阔的应用前景。

参　考　文　献

[1]　叶新才,王占岐,赵宇宁,等.改性膨润土处理石化含油废水试

-原矿;■-有机土;▲-再生有机土

从图3、4可看出,当加土量6g/L、pH=7时,达到很高的去除率。同时与有机膨润土的吸附性能和最佳吸附条件基本一致,其吸附性能远远超过原矿,这一点说明了有机土的再生是很有价值的。2.3.3　正交试验确定最佳吸附条件

为考察一定条件下,各反应因素对再生有机膨润土吸附性能的影响,进行了四因素三水平正交试验,其因素水平见表5,正交试验结果见图5。

从图5可看出,10号试验COD去除率最高,高达80.08%。

从上述可知,在各因素中pH值影响最大,其最佳吸附优化方案:pH=6,吸附剂用量6g/L,温度

验研究[J].非金属矿,2004.27(2):41243.

[2]　王晓蓉,吴顺年,李万山等.有机粘土矿物对污染物环境修复

的研究进展[J].环境化学,1997.16(1):1214.

[3]　JC/T593-1995,膨润土试验方法[S].

[4]　王春艳,有机膨润土合成工艺的研究[J],化学与粘合,2002

(6):26322681

[5]　李志娟,祁新萍,甄卫军.有机膨润土在乌鲁木齐东郊污水厂

・111・

总第375期　　　　　　　　　　　　金　　属　　矿　　山　　　　　　　　　　　2007年第9期

污水处理中的应用研究[J].中国给水排水,2005,31(11):192

221

[6]　王鸿喜.膨润土[M]。北京:地质出版社,19801

[7]　甄卫军,祁新萍,李志娟。膨润土环境修复材料的制备、表征

[8]　韩丽荣,鲁安怀,陈从喜,等.有机膨润土制备条件对其吸附有

机污染物性能的影响[J]1.岩石矿物学,2001,20(4):4552

460.

(收稿日期　2007207211)

及在废水处理中的应用[J],化工进展,2005,11(24):12822

12861

(上接第102页)

液相间传质推动力,从而加快氨的气膜传质速率,氨

[4]

氮的去除率得以提高。但当气液比大于6000时,其去除率不仅增加不明显,甚至有下降的趋势,这是由于水的气化率与氨氮的吹脱效率两者之间有着密切而复杂的影响关系所引起的,即当气液比增大时,水的蒸发量也随之增加。应该指出,随着气液比的增大,能耗亦增加。另外,吹出的氨的浓度降低,给回收带来困难且不经济。所以,在本试验条件下,较合理的气液比为6000。

表5　气液比对吹脱效率的影响

气液比

4

4556678000500000500000500000000作条件pH=12、吹脱温度30℃、气液比6000的条件下,吹脱3h后氨氮去除率可达97.20%。

(2)通过一级吹脱后,出水中氨氮浓度降为330mg/L,仍不能达标排放。可以采用二级吹脱加反渗透工艺进一步降低废水中氨氮、COD、CI浓度,使废水达标排放。

(3)为回收废水中有用物质和降低工艺运行成本,吹脱出的氨气可回收制备氨水,用于稀土生产皂化工序和废水吹脱工艺中的pH值调节,形成氨氮闭路良性循环。

参　考　文　献[1]　王有乐,翟　钧,谢　刚.超声波吹脱技术处理高浓度氨氮废

-

剩余氨氮含量/(mg/L)

1806

17631617123633634910921134去除率/%

84.85.86..97.97.90.90.9733547220109156水试验研究.环境污染治理技术与设备,2001,2(2):592631

[2]　张　平.旋流板塔吹脱高浓度氨氮废水的中试研究.福建化

工,2004(3):232251

[3]　胡允良,张继成,翟　巍,等.制药废水的氨氮吹脱试验.工业

水处理,1999,19(4):192211

[4]　柳来栓,谢国勇,刘有智.旋转填料床处理含氨废水试验研究.

4　结　论

(1)通过对稀土氯铵废水进行静态氨氮吹脱试

华北工学院学报,2002,23(3):22222251

验得出:当氨氮含量为12017.6mg/L时,在最佳操(上接第105页)

(收稿日期　2007207215)

140r/min之间,沉淀80min后出水中Pb可达标排

2+

从图6可见,在上述试验最佳条件下,硅藻土和

2+2+

FeCl3的组配处理含Pb废水,出水中的Pb浓度低于排放标准1.0mg/L。并且由于硅藻土具有强的抗酸碱性,部分沉渣可以被5%H2SO4溶解,重复回流使用,节约成本;沉淀时间由原来的3.5h缩短为80min,这样大大缩短了沉淀池的水的停留时间,提高了沉淀效率,方便了运行与管理。4　结　论

(1)硅藻土与FeCl3的组配处理含Pb2+废水,

放。

参　考　文　献

[1]　朱宝霞,李久义,栾兆坤1城市污水混凝强化一级处理的机理

探讨[J]1中国给水排水,2001,27(7):10214.

[2]　严　刚1石灰混凝法处理含重金属废水的试验研究[J]1青

海大学学报:自然科学版,2006,24(2):13216.

[3]　杨宇翔,吴介达,黄忠良,等1几种硅藻土的表面电化学性质

的研究[J]1无机化学学报,1997,13(1):11215.

[4]　孟建平,范瑾初,谢燕菊,等1硅藻土过滤(DEF)技术的研究

[J]1中国给水排水,1994,10(2):8211.

[5]　涂方祥,蒋展鹏1无机混凝剂的形态对混凝的影响[J]1中国

效果很好,既优于单纯的硅藻土对水相中Pb的吸附,又优于单纯的FeCl3的混凝作用。

(2)当进水中Pb浓度为52.4mg/L,采用硅

2+

2+

给水排水,1996,12(4):426.

[6]　沈岩柏,朱一民,王忠安,等1硅藻土对水相中Pb2+的吸附

[J]1东北大学学报:自然科学版,2003,24(10):9822985.

藻土与FeCl3配比(质量比)为6∶1,硅藻土投量为70mg/L,控制pH值在7.0～8.0、搅拌转速为120～

・112・

(收稿日期　2007207219)