粉煤灰處理陰離子表面活性劑廢水及機(jī)理研究

周建飛，周年光

(湖南省電力公司試驗(yàn)研究院環(huán)境保護(hù)研究所，湖南長沙 410007)

粉煤灰處理陰離子表面活性劑廢水及機(jī)理研究

周建飛，周年光

(湖南省電力公司試驗(yàn)研究院環(huán)境保護(hù)研究所，湖南長沙 410007)

0 引言

隨著合成洗滌劑的生產(chǎn)、使用和排放，大量表面活性劑進(jìn)入水體，與其他污染物結(jié)合在一起形成一定的分散膠體顆粒，對(duì)工業(yè)廢水和生活廢水的物化、生化特性都有很大影響［1－2］。陰離子表面活性劑占總量的70%。陰離子表面活性劑廢水的處理對(duì)于保護(hù)資源、保持生態(tài)平衡、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都具有重要意義。與此同時(shí)，我國每年產(chǎn)生和棄置的粉煤灰侵占了大片土地，嚴(yán)重污染了環(huán)境。我國粉煤灰的資源化利用主要是建筑制磚、水泥原料、路基材料、土壤改良劑等低附加值利用，利用率較低［3］。粉煤灰主要成分是 SiO2、A12O3、CaO、Fe2O3等，具有多孔結(jié)構(gòu)，比表面積一般在1600～3500cm2/g，具有較強(qiáng)的吸附能力［4－5］。因此，可以利用粉煤灰作陰離子表面活性劑廢水處理吸附劑。

盡管電解法、生化聯(lián)合處理等工藝能有效去除表面活性劑等污染物［6－7］，但粉煤灰吸附處理表面活性劑廢水的研究具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值［8－9］。本文研究了湖南省湘潭電廠的粉煤灰處理含陰離子離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)廢水的性能及其機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試劑

氫氧化鈉，硫酸，氯仿，十二烷基磺酸鈉(SDS)，亞甲藍(lán)溶液，一水磷酸二氫鈉，亞甲藍(lán)(指示劑)，酚酞，95%乙醇，異丙醇，玻璃棉或脫脂棉。所有試劑均為分析純。

粉煤灰取自湖南省湘潭電廠，組成含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))及相應(yīng)測定方法分別為:SiO2(58.82%，氟硅酸鉀容量法)、Al2O3(27.58%，配位滴定法)、Fe2O3(8.43%，配位滴定法)、CaO(1.85%，配位滴定法)、MgO(1.32%，配位滴定法)、SO3(0.38%，重量法)。

1.2 儀器

分光光度計(jì)(721型，上海第三分析儀器廠)、pH計(jì)(PHS－3，上海雷磁儀器廠)、磁力攪拌器(DF－1101B，浙江樂清樂成電器廠)、帶聚四氟乙烯塞分液漏斗。

1.3 廢水處理方法

1.3.1 模擬廢水的配制

去離子水+SDS配成模擬廢水(1000mg/L)，保存在4℃冰箱里，使用時(shí)根據(jù)需要稀釋到不同的濃度，用HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH值。若無特殊說明，模擬廢水SDS的質(zhì)量濃度為100mg/L。

1.3.2 廢水的處理方法

取200mL水樣于500mL燒杯中，加入一定量的粉煤灰。將燒杯放入自動(dòng)溫控?cái)嚢柩b置中攪拌(100r/min)，攪拌反應(yīng)一定時(shí)間，達(dá)到吸附平衡，靜置30min離心分離后，取上層清液測定。

1.4 分析方法

用亞甲藍(lán)分光光度法測定SDS濃度［10］。陽離子染料亞甲藍(lán)與陰離子表面活性劑作用，生成藍(lán)色的鹽類，被氯仿萃取后，其色度與濃度成正比，用分光光度法測定氯仿層的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 投加量的影響

人工配置濃度分別為50mg/L和100mg/L SDS溶液，各取200mL于燒杯中，分別加入20、40、60、70、80 和 20、40、60、70、80、90g 粉煤灰。調(diào)節(jié)粉煤灰懸浮液pH值，使初始pH值在13左右，恒溫?cái)嚢?0min，結(jié)果如圖1所示。

圖1 粉煤灰投加量對(duì)SDS去除率的影響

從圖1可以看出，廢水中SDS的去除率隨粉煤投加量的增大而上升。采用相同用量的粉煤灰作為吸附劑時(shí)，高濃度廢水中的SDS去除率低于低濃度溶液。當(dāng)粉煤灰用量超過70g時(shí)，兩種廢水中的SDS去除率增加不顯著。粉煤灰的推薦用量為70g/200mL。

2.2 吸附時(shí)間的影響

人工配置50mg/L SDS溶液，考察攪拌時(shí)間分別為5、10、15、20、40、60、80、100min 時(shí)，粉煤灰對(duì)SDS的去除率。每200mL溶液中加50g粉煤灰(200目以上，下同)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 吸附時(shí)間對(duì)SDS去除率的影響

從圖2可以看出，對(duì)于50mg/L的廢水，在攪拌時(shí)間為20min時(shí)，SDS的去除率最高。在20min之內(nèi)，隨著攪拌時(shí)間的不斷增加，SDS去除率持續(xù)快速上升，20min時(shí)達(dá)到最高;但隨著時(shí)間的繼續(xù)增加，SDS的去除率緩慢下降。由此可推斷吸附過程可能主要發(fā)生在攪拌的前20min內(nèi)，且可能達(dá)到了吸附飽和，在隨后的攪拌過程中，吸附過程減弱，解析過程增強(qiáng)，導(dǎo)致SDS去除率呈下降趨勢(shì)。粉煤灰對(duì)廢水中污染物的吸附作用可分為物理吸附、化學(xué)吸附和吸附—絮凝沉淀協(xié)同三種作用。物理吸附源于粉煤灰的多孔性及比表面積，并且物理吸附具有可逆性。試驗(yàn)結(jié)果也證明了粉煤灰的物理吸附對(duì)SDS的去除發(fā)揮重要作用。

2.3 pH 的影響

人工配置50mg/L和100mg/L SDS溶液，各取200mL溶液于5個(gè)燒杯中，各加入50g粉煤灰，分別調(diào)節(jié)初始 pH 值為1、3、5、7、9、11、13。得到 pH 對(duì)SDS去除效率的影響，如圖3所示。

從圖3可以看出，在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性時(shí)，粉煤灰對(duì)SDS的吸附能力都很強(qiáng)，且隨著酸性的減弱，吸附能力下降。在pH值為7時(shí)，SDS的去除率降到最低點(diǎn)。這可能由于pH值為7時(shí)，粉煤灰的電性與SDS顆粒的電性相同［8－9］，它們之間排斥力的作用使吸附效果變差。在強(qiáng)堿性條件下，SDS的去除率相對(duì)較高。當(dāng)pH值大于9以后，去除率上升較快;當(dāng)pH值為13時(shí)，SDS的去除率達(dá)到最高。高pH值時(shí)粉煤灰可以吸附大量的羥基離子，并與SDS中的—S發(fā)生氫鍵聯(lián)結(jié)，增強(qiáng)了粉煤灰對(duì)廢水中SDS的吸附能力［11］。與此同時(shí)，較高pH值的反應(yīng)前后的pH值變化很小，且比反應(yīng)前后pH值有較大變化時(shí)的去除率高出很多。因此，pH值的穩(wěn)定性對(duì)去除率有很大的影響。

圖3 pH對(duì)SDS去除率的影響

2.4 最佳條件下SDS的去除率

在200mL濃度50mg/L SDS溶液中，加入70g粉煤灰，調(diào)節(jié)粉煤灰懸浮液 pH值至 13，攪拌20min，處理后測得SDS的去除率為83.3%(兩次測定取平均值)。

2.5 粉煤灰吸附動(dòng)力學(xué)特征

研究表明，粉煤灰對(duì)污水中污染物質(zhì)的吸附符合 Freundlich 吸附等溫式［9］:

式中:k和n是溫度常數(shù);q為單位質(zhì)量粉煤灰的吸附量;C為吸附后出水中剩余污染物含量。

本文對(duì)100mg/L SDS溶液加入不同量的粉煤灰的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了Freundlich擬合，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 Freundlich擬合結(jié)果示意

從圖4 可以看出，n=2.179，k=0.213。粉煤灰對(duì)SDS的吸附符合Freundlich吸附等溫式。

3 結(jié)語

(1)廢水中SDS的去除率隨粉煤灰用量的增加而上升。粉煤灰投加量相同時(shí)，高濃度廢水中的SDS去除率低于低濃度溶液。

(2)反應(yīng)開始隨攪拌時(shí)間的增加，去除率持續(xù)快速上升，到第20min達(dá)到最大值，時(shí)間繼續(xù)增加去除率反而下降。

(3)在pH值為1～3或9～13范圍內(nèi)，改性粉煤灰對(duì)SDS均有較好吸附效果。pH值大于11時(shí)，吸附效果最好。

(4)在SDS濃度分別為50和100mg/L的模擬廢水中，粉煤灰的最佳用量為70g/200mL，吸附時(shí)間為20min，pH值吸附效果最佳，SDS去除率可達(dá)83.3%。

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Adsorption and its mechanism of anionic surfactant in wastewater by fly ash

采用粉煤灰作為吸附混凝劑，研究了粉煤灰對(duì)廢水中陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)的去除及機(jī)理。分析了粉煤灰投加量、吸附時(shí)間、pH值對(duì)廢水中SDS去除率的影響，探討了最佳條件下廢水中SDS去除率，研究了粉煤灰動(dòng)力學(xué)特征。結(jié)果表明，在200mL濃度50mg/L的SDS溶液中，調(diào)節(jié)pH值為13，加入70g粉煤灰，攪拌20min后，SDS的去除率為83.3%。粉煤灰對(duì)SDS的吸附符合Freundlich吸附等溫式。

吸附;陰離子表面活性劑;粉煤灰;廢水處理

Fly ash can be used for the removal of anionic surfactant from wastewater.Adsorption of sodium dodecyl sulfate(SDS)in synthetic wastewater has been investigated.The effect of key factors including dosage of the fly ash，adsorption time and pH on SDS removal efficiencies were evaluated.The optimum conditions and the corresponding removal efficiency were determined.The adsorption mechanism was also furtherly studied.The results show that the SDS removal efficiency is increased firstly and steady subsequently with the increase of fly ash dosage，increased firstly and decreased subsquently with the increase of adsorption time，and decreased firstly and increased subsequently with the increase of pH value.The SDS removal efficiency can up to 83.3%when 70g fly ash added in 200mL wastewater containing SDS(50mg/L)when the pH value was adjusted to 13 at the adsorption time of 20 min.The adsorption of fly ash on SDS accords with Freundlich adsorption isotherm.This study can provide a scientific basis for anionic surfactant from wastewater by fly ash.

adsorption;anionic surfactants;fly ash;wastewater treatment

X703.1

B

1674－8069(2011)02－032－03

2010-09-27;

2011-02-23

周建飛(1981-)，男，湖南長沙人，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)技術(shù)研究。E－mail:jfzhou@yeah.net