摘要
研究了稻壳灰在不同条件下(不同投加量、不同pH值、不同振荡吸附时间)对印染废水的处理效果,并在最佳测试条件下,测试了稻壳灰对废水中污染物的去除效率和污染物达标排放情况。结果表明,当稻壳灰投加量为80 g/L、不改变投加后废水pH、吸附振荡时间为20 min时,稻壳灰对COD为1517 mg/L、SS为726 mg/L、色度为845的印染废水中COD去除效率为90.2%、SS去除效率为89.4%、色度去除效率为99.3%;处理后废水中污染物浓度显著降低,COD浓度均值为149 mg/L、SS浓度均值为77 mg/L、色度为6,污染物达标排放。稻壳灰处理印染废水具有较好的去污效果。
关键词:稻壳灰;印染废水;投加量;pH;吸附振荡时间;去除效率
本文发表在《中国稻米》2018年 第24卷 第1期 P80-P82
作者:李永亮 李健 梅国芳 贾立明 于亭亭 邱阳
本文所用图片,均来自百度图片库
印染废水是纺织品在印染过程中排放出的废水,具有排放量较大、有机污染物含量高、色度高、成分复杂的特点。印染废水中含有大量大分子染料、印染助剂、印染浆料、纺织纤维、各种盐类、重金属等物质,是属于较难处理的工业废水之一。当前,印染废水处理方法主要采用絮凝-气浮法去除残留纤维和大分子染料,使悬浮物质含量、色度降低;然后利用生化、吸附、电化学、膜过滤等方法进一步脱色和去除有机物,必要时再进行深度处理,使废水达到直排标准或者回用于生产。有许多科研工作者利用固体废弃物处理印染废水,并取得了良好的效果。贾艳萍等[1]利用盐酸改性粉煤灰预处理与厌氧-曝气生物滤池(AF-BAF)联合工艺处理模拟印染废水,COD、NH3-N、NO3-N和NO2-N去除率分别为72%、58%、78%和52%,脱色率为90%,达到了国家工业废水排放标准。吴南江等[2]以粉煤灰、脱水污泥、粘土及石膏为原料研制粉煤灰陶粒,并与市售陶瓷陶粒对模拟印染废水进行处理,也取得了较为良好的效果。洪建捷[3]等用硫酸、双氧水活化稻壳,对甲基蓝水溶液的吸附率可以提高至84.1%。而生物质灰渣处理废水主要集中在处理生活废水方面,而且作为填料使用[4-6],单独处理印染废水的实例未见相关报导。
我国是水稻种植和加工大国,每年产生大量的加工后固体废弃物稻壳。目前,稻壳的主要处理方式为燃烧和堆存。堆存占用大量的土地,燃烧主要是作为锅炉动力的原材料,燃烧后会产生一定量的固体废弃物稻壳灰,除部分施用于农田外,大部分处于堆存状态,利用率较低。由于燃烧效率不同,稻壳灰性质也有较大差别。燃烧充分,碳等活性物质含量较低;燃烧不充分,碳含量相对较高,对污染物有较好的吸附性。由于工业生产具有特殊性,为保证热量的供应速度稻壳灰会被大量添加,有些燃烧不是很充分,不同燃烧程度的稻壳灰混在一起成为普遍共性。本试验利用稻壳生物质灰对印染废水进行处理,考察了稻壳灰使用量、pH、吸附振荡时间等参数对处理效果的影响,发现稻壳灰在实验条件下对印染废水具有良好的处理效果。
1 材料与方法
1.1 实验仪器及药品
MS1003S分析天平:梅特勒-托利多仪器上海有限公司;XS-IZ色度测试仪:上海海恒机电仪表有限公司:PHotoLabs6便携式COD测定仪:德国WTW;SevenEasy S20 pH计:梅特勒-托利多仪器上海有限公司;HY-2康氏振荡器:江苏常州普天仪器制造有限公司。
COD测试试剂来自仪器配套试剂;盐酸:分析纯,氢氧化钠:分析纯。
本实验所用稻壳灰来源于某酒精企业,该厂使用稻壳替代原煤作为生产动力原料,燃烧后产生大量稻壳灰。本实验所用稻壳灰呈深黑色,同时伴有少量燃烧充分的灰白色粉末灰;密度较小,经测定密度在118.77 kg/m3左右,粒径在1~6 mm之间的颗粒占比为98%以上。废水源于某毛毯生产企业废水混合后的出口,色度、COD、SS含量高。经检测,该废水水温在15℃~18℃之间、pH在6.65~6.92之间、COD均值为1 517 mg/L、SS均值为726 mg/L、色度均值为845。
1.2 实验部分
1.2.1 相关参数测定方法
本实验COD采用快速消解-比色法,利用便携式COD测定仪进行测定;SS采用《水质 悬浮物的测定 重量法》(GB11901-1989)方法进行测定;色度采用XS-IZ色度测试仪进行测定;pH采用《水质 pH值的测定 玻璃电极法》(GB6920-1986)方法使用SevenEasy S20pH计进行测定。
1.2.2 实验方法
测试废水在不同的稻壳灰投加量、不同pH、不同振荡吸附时间条件下,印染废水中污染物的去除效率;及在最佳测试条件下,稻壳灰对废水中污染物的去除效率、污染物达标排放情况。
2 结果与分析
2.1 稻壳灰投加量对印染废水处理效果的影响
在1 000 mL锥形瓶中注入印染废水0.5 L,依次投加稻壳灰5 g、10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g、50 g、100 g、200 g,在康氏振荡器上振荡10 min,静置沉淀后取上清液进行测定[7],各相关参数测定及计算结果见表1。
由表1可以看出,在设定的处理条件下,COD的浓度在投加量为80 g/L时已经达到预处理排放标准要求,在投加量为100~400 g/L时,COD浓度和去除效率变化不明显;SS的去除效率随稻壳灰投加量的增加呈上升趋势;色度去除效率也随稻壳灰的投加量呈上升趋势,但投加量在200 g/L和400 g/L时,浓度已不发生变化。综合考虑上述因素及污染物达标排放要求,固体废弃物后续处理问题等因素,选择80 g/L稻壳灰投加量,此时所测得3种污染物可达标排放(纺织染整工业水污染物排放标准:COD≤200 mg/L、SS≤100 mg/L、色度≤80),且相关固体废弃物产生量也较少,满足预处理标准的要求。
2.2 pH的选择
利用盐酸、氢氧化钠调节稻壳灰投加后溶液的pH为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0,稻壳灰添加量80 g/L,同样振荡10 min,测定污染物的去除效率[8-9],各参数测定及去除效率见表2。
由表2可以看出,pH在7.5~9.0之间时COD去除效率在80.0%以上,最大去除效率为pH在8.5时的90.1%;pH在7.0~9.0之间时,SS去除效率在80.0%以上,最大去除效率为pH在7.5时的89.3%;pH在6.0~9.0之间时色度去除效率均在80.0%以上,最大为99.5%,这可能与稻壳灰未完全燃烧,存在大量的碳类物质(包括活性炭)有关。同时可以看到,在pH为9.0时,污染物的去除效率均出现了下降,这可能与企业使用染料的类别和性质有关,在强碱性环境下,稻壳灰吸附的物质被解析出来。参考土壤中pH的测定方法,测定80 g/L的稻壳灰混合物pH为7.8,在7.5~8.0时相关污染物的去除效率在80.0%以上,同时不增加试剂的投入,从而减小相关污染。因此,在后续试验中不对pH进行调节。
2.3 振荡时间对印染废水处理效果的影响
选择稻壳灰投入量为80 g/L时进行振荡时间选择测试,测试时间为5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min,静置后取上清液进行测试,计算相关污染物去除效率[10-12],振荡时间与去除效率计算结果见表3。
从表3可以看出,COD去除效率在吸附振荡时间为20min 时达到最大值;30~60 min时,去除效率有所下降,这可能与SS处理效率下降有一定的关系;SS去除效率在15~20 min时达到最大值,30 min之后出现下降;色度去除效率随吸附振荡时间的延长而升高,但30 min后,去除效率已不发生改变。因此,选择吸附振荡时间为20 min进行后续试验。
2.4 污染物处理效率测试
根据选择的稻壳灰投加量、pH、吸附振荡时间进行样品中COD、SS、色度去除率测试:稻壳灰投加量为80 g/L、不调节pH、吸附振荡时间为20 min,静置后取上清液进行相关参数测试。重复进行上述实验3次,测试结果见表4。从表4可以看出,在最佳测试条件下,稻壳灰对废水有较好的处理效果,COD、SS、色度的去除效率分别达到90.2%、89.4%和99.3%。
3 结论及讨论
实验结果表明,稻壳灰对印染废水中的污染物具有较好的去除效率。当稻壳灰投加量为80 g/L、不改变投加稻壳灰后溶液pH值、吸附振荡时间为20 min时,稻壳灰对印染废水中COD的去除效率为90.2%、SS去除效率为89.4%、色度去除效率为99.3%;废水中COD浓度均值为149 mg/L、SS浓度均值为77 mg/L、色度为6,处理后的废水满足《纺织染整工业水污染物与排放标准》(GB4287-2012)中新建企业预处理标准(COD≤200 mg/L、SS≤100 mg/L、色度≤80)要求。
稻壳灰对印染废水中的污染物具有一定的去除效率,与稻壳在不同燃烧条件下生成稻壳灰的性质具有一定的相关性。本实验所用稻壳灰燃烧不充分,呈现黑色,表明碳含量(包括活性炭)较高,具有良好的活性,有一定的吸附作用;而燃烧充分的稻壳灰呈现出灰白色,稻壳燃烧充分,碳含量已经大幅度降低,其吸附作用会减小甚至消失。
在大气污染防治条例实施后,部分城区企业将禁止使用燃煤锅炉。如企业将原有锅炉改造为使用稻壳等生物质燃料锅炉,将稻壳灰用于处理印染废水,既可以减小更新锅炉的投入,也可以实现废水达标排放的目的,具有良好的经济和环境效益。另一方面,如企业采取直排的方式排放处理后的废水,可采用稻壳灰对废水进行预处理,然后引入生化池进行生化处理,或采用微滤的方式进行深度处理,使污染物浓度进一步降低。同时需要指出的是,稻壳灰处理印染废水,处理后的稻壳灰及其过滤、吸附物质,按照国家相关标准规定属于危险废物,应按照相关标准进行处理。
参考文献
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