3種材料對制革廢水處理過程的吸附性能研究

3種材料對制革廢水處理過程的吸附性能研究

濕式水處理廠在廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好的效果。人工濕地系統(tǒng)在重金屬廢水處理方面的研究,較早的報道見于20世紀80年代中期。1984年,美國Gersberg等對美國加利福尼亞的一人工濕地進行人工添加高濃度Zn、Cd和Cu,并對濕地去除3種重金屬的效果進行了為期一年的調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn)濕地對這3種重金屬的去除效果顯著,可以去除97%的Zn、99%的Cu和99%的Cd。美國在應(yīng)用濕地系統(tǒng)處理酸性煤礦礦井廢水方面進行的試驗研究和濕地試驗,則顯示濕地系統(tǒng)對鐵具有良好的去除率。Hanna和Katarzyna也通過對位于Przywidz的人工濕地的研究,發(fā)現(xiàn)重金屬離子Pb、Cd、Cu、Zn、Cr和Mn通過人工濕地處理后,能得到很大程度的去除,并且通過對人工濕地所截留住的總金屬量的計算得出,此類人工濕地系統(tǒng)的生命周期至少有35年。Ghermandi等研究了自由水面人工濕地去除重金屬的效果,得到了Cu、Hg、Ag和Zn的穩(wěn)定去除效率。我國在人工濕地處理重金屬方面的研究報道多見于20世紀90年代,唐述虞等在1991年進行了人工濕地處理金屬礦酸性廢水的研究,對處理效果、濕地植物(香蒲,水蔥)內(nèi)的重金屬含量和分布做了研究。黃正等則研究了Cd2+、Cu2+、Zn2+對濕地反硝化作用的影響。成水平等在2001年應(yīng)用中國科學院水生生物研究所與歐盟國際科技合作項目,研究開發(fā)的復合垂直流人工濕地進行重金屬去除試驗,取得了極為良好的重金屬去除效果。其中濕地基質(zhì)是人工濕地的重要組成部分,其對于凈化污水中的污染物有著重要的作用。目前廣泛應(yīng)用的人工濕地主要以沙粒、沙土、土壤、石塊、碎瓦片或灰渣為基質(zhì),這些基質(zhì)一方面為水生植物提供載體和營養(yǎng)物質(zhì),另一方面為微生物的生長提供穩(wěn)定的依附表面。此外,基質(zhì)還可通過物理和化學途徑去除污水中的污染物質(zhì)。當污水流經(jīng)人工濕地時,基質(zhì)通過一些物理和化學的途徑(如吸收、吸附、過濾、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)等)來去除污水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。成水平等在垂直流濕地去除重金屬的研究中發(fā)現(xiàn),有70%以上的重金屬被留在基質(zhì)中。陽承勝等研究了重金屬在香蒲人工濕地中的分布和積累,也發(fā)現(xiàn)重金屬主要庫存在濕地的土壤中。黃淦泉等對人工濕地處理重金屬Pb、Cd污水的機理進行了初步探討,認為人工濕地中基質(zhì)對Pb、Cd的去除能力高于植物,基質(zhì)中的粘土成分對去除Pb、Cd起主要作用,同時對表層粘土中Pb、Cd的形態(tài)進行了分析。尹連慶等利用粉煤灰為填料構(gòu)建人工濕地系統(tǒng),試驗研究了其對生活污水的凈化功能,并和歐洲某礫石填料濕地處理效果進行了比較,結(jié)果表明:粉煤灰人工濕地系統(tǒng)對COD、SS、NH4+、TP均具有良好的處理效果,其中氨氮的去除效果明顯好于礫石填料濕地處理效果。崔理華等利用煤灰渣人工土壤為填料組成的垂直流人工濕地系統(tǒng)處理化糞池出水,總磷的去除率可達75%~92%。Cinambelli等利用沸石去除城市污水中的氨氮,結(jié)果表明:出水中的氨氮濃度低于有關(guān)排放標準。此外,他們還發(fā)現(xiàn),沸石所吸附的NH4+幾乎可以完全被NaCl洗脫下來,沸石得以再生。由此可見基質(zhì)在重金屬處理中起到了主要的作用。粉煤灰、鵝卵石和砂土因其價格低廉,來源廣泛,成為本研究的對象。特別是粉煤灰作為一種廢物,利用它處理制革廢水,為環(huán)境保護和廢物資源化探尋了一條新的途徑。制革廢水水質(zhì)水量波動大,污染負荷重,有毒性,較難處理。本文通過對粉煤灰、鵝卵石和砂土3種基質(zhì)處理制革廢水的研究,為使用人工濕地處理制革廢水提供依據(jù)。1試驗材料和方法1.1砂子及制革廢水供試基質(zhì)砂子、鵝卵石購于南昌建材市場,粉煤灰來源于南昌某發(fā)電廠。砂子主要成分為石英,鵝卵石、粉煤灰主要成分為二氧化硅。制革廢水水樣來自于江西挺蘇皮革皮件有限公司。藍革制革廢水主要來自于復鞣、染色加脂和擠水階段,廢水水質(zhì)情況見表1。1.2離心條件分析取一定量的基質(zhì)投入到250mL的錐形瓶,加入150mL一定濃度的污水,在恒溫振蕩器上振蕩一定的時間,然后在離心機里離心15min,分析上清液中COD、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻的含量。改變反應(yīng)條件中的吸附時間、進水濃度,分析這些條件對COD、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻吸附效果的影響,并做出吸附等溫線和找出適合這3種基質(zhì)的吸附模型。1.3樣品的加標法CODcr采用重鉻酸鹽法(GB11914-89),氨氮采用蒸餾-中和滴定法(HJ537-2009),氯化物采用硝酸銀滴定法(GB11896-89),六價鉻采用二苯碳酰二肼分光光度法(GB7467-87),總鉻采用高錳酸鉀——二苯碳酰二肼分光光度法(GB7466-87)。2試驗結(jié)果與分析2.1時間吸附曲線3種吸附劑量均為10g,轉(zhuǎn)速120r/min,溫度30℃。不同吸附時間后COD、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻的出水濃度見圖1-圖5。從圖1-圖5不同基質(zhì)對COD、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻的時間吸附曲線總體來看,隨著吸附時間的延長,基質(zhì)對COD、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻發(fā)生物理及化學吸附作用,水中污染物濃度都減小,污染物去除率增加,即隨著吸附時間的增加,基質(zhì)對污染物的吸附性能增強。因水體本身有一定的凈化污水能力,即經(jīng)過水體的物理、化學與生物作用,使污水中污染物的濃度得以降低,故空白試驗也有一定的去除率。3種基質(zhì)對COD的吸附在150min時達到平衡,對氨氮吸附在180min時達到平衡,對氯化物吸附在150min時達到平衡,對六價鉻吸附在150min時達到平衡,對總鉻吸附在180min時達到平衡。2.23基質(zhì)中鉻的吸附實驗時間取2h,3種吸附劑量均為10g,轉(zhuǎn)速120r/min,溫度30℃。不同進水濃度條件下,COD、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻的吸附量分別見圖6-圖10。圖6-圖10說明了粉煤灰、鵝卵石、砂子在4種濃度下(制革廢水原樣、稀釋5倍、稀釋10倍、稀釋15倍)的COD、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻的吸附量與它們平衡濃度的關(guān)系,從圖中可以看出:隨著制革廢水濃度的增大,吸附平衡后的基質(zhì)的COD、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻的吸附量明顯上升。對相同濃度的制革廢水,粉煤灰的吸附效果明顯優(yōu)于鵝卵石和砂土。2.33frehenlch-l-4-吸附劑心理穩(wěn)定性方程目前常用的模擬方程有二:Freundlich模擬方程,Langmuir模擬方程。Langmuir模擬方程可以表示為:式中:q:單位質(zhì)量吸附劑量,mg/g;a:最大吸附量,mg/g;Ce:吸附平衡后溶液中污染物的濃度,mg/L;b:自由結(jié)合能常數(shù),L/mg。Freundlich模擬方程可以表示為:式中:q:單位質(zhì)量吸附劑量,mg/g;Ce:吸附平衡后溶液中污染物的濃度,mg/L;n、Kf:模型常數(shù)。3等溫吸附模型的確定指標的吸附模型符合Langmuir模擬方程,見表2-表6。由表2-表6可見,Langmuir吸附模型對粉煤灰、鵝卵石和砂土3種基質(zhì)的等溫吸附過程具有很好的擬合性,相關(guān)系數(shù)R2值均達到了顯著水平。故粉煤灰、鵝卵石和砂土3種基質(zhì)對制革廢水的等溫吸附過程,應(yīng)該用Langmuir吸附模型擬合最好。Langmuir方程中,a為材料的理論最大吸附量。由表2可見,粉煤灰對有機物的理論最大吸附量最高。由表3可見,鵝卵石對氨氮的理論最大吸附量最高。由表4可見,粉煤灰對氯化物的理論最大吸附量最高。由表5可見,粉煤灰對六價鉻的理論最大吸附量最高。由表6可見,砂土對六價鉻的理論最大吸附量最高。將容量因子a與強度因為b相乘得最大緩沖容量ab,其值的大小可綜合反映材料的吸附性能。由表2-表6可見,3種基質(zhì)的ab值都依次為粉煤灰>鵝卵石>砂土,這與靜態(tài)吸附試驗所測定的結(jié)果完全吻合。3基質(zhì)對cod、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻的等溫吸附行為本章試驗主要研究在不同吸附時間、吸附劑量和進水濃度條件下,3種基質(zhì)對COD、氨氮、氯化物、六價鉻和總鉻吸附效果的影響,考察了3種基質(zhì)的吸附類型。試驗結(jié)果表明:(1)3種基質(zhì)對COD的吸附在150min時達到平衡,對氨氮吸附在180min時達到平衡,對氯化物吸附在150min時達到平衡,對六價鉻吸附在150min時達到平衡,對總鉻吸附在180min時達到平衡。(2)進水濃度對粉煤灰、鵝卵石和砂土吸附COD、氨氮、氯化物、