几种吸附材料在含油废水处理中的应用

合成高吸油树脂的常用方法是悬浮聚合法。根据单体不同,可分为两类:一类是烯烃类树脂,由于烯烃分子内不含极性基团,该类树脂对油品的亲合性能更好,尤其是长碳链烯烃对各种油品均有很好的吸收能力,使其成为国内外研究的新热点。而高碳烯烃来源较少,阻碍更深的研究,使其还处于研究开发阶段;另一类是丙烯酸酯,所用单体一般为甲基丙烯酸或丙烯酸长链烷基酯,来源广,更多的应用于含油废水的处理。

如杜春霖等采用悬浮聚合法合成了丙烯酸系高吸油性树脂,对悬浮聚合丙烯酸系吸油性树脂中不同单体配比、交联剂用量、反应温度等因素对吸油性树脂的吸油倍率的影响进行了实验研究,结果表明:在优化条件下,吸油性树脂的吸苯能力最大,为19.5g/g。李芸芸等以甲基丙烯酸丁酯及苯乙烯为主要单体、丙二醇二丙烯酸酯为交联剂、偶氮二异丁腈为引发剂,采用悬浮聚合方法,合成一种白色颗粒状的共聚型高吸油树脂。考察了搅拌速率、分散剂浓度、聚合温度、单体配比、交联剂用量等因素对颗粒特性的影响。研究结果表明,当共聚单体配比(质量比)为1.6：1、分散剂水溶液浓度为0.1%～0.2%、交联剂用量为单体质量的1%、搅拌转速200r/min～300r/min、聚合温度70℃、聚合时间为6h时,合成出的树脂粒径适中,吸油倍率达到20倍。

高吸油树脂具有吸油倍率大、吸油速度快、保油性好、可吸油种类多、良好的热稳定性、密度小、易储存、易运输、回收方便等优点。有待改善的是如何进一步提高其吸油倍率和吸油速度,降低成本,吸油后能够循环使用,避免二次污染。

1.3粉煤灰

粉煤灰作为燃煤电厂排出的固体废弃物,是一种可利用的资源。粉煤灰是灰白色的粉状物,含水量大的粉煤灰呈黑色。它是一种高分散度的固相集合体,粉煤灰主要是由玻璃微珠、海绵状玻璃体、石英、氧化铁、碳粒、硫酸盐等矿物组成。它的组成与性质是由原煤的成份、燃烧的条件及处理方法等因素决定的。粉煤灰的化学成分主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃的炭,此外还有少量的MgO、Na2O、K2O、SO3以及砷、铜、锌等微量元素。

粉煤灰呈多孔蜂窝状组织,使其有较大的表面积。同时,它还具有一定的活性基团,使其具有较强的吸附能力,成为污水处理的吸附材料。其吸附作用包括物理吸附和化学吸附两种:粉煤灰与吸附质(污染物分子)间通过分子间引力产生吸附,这一作用受粉煤灰的多孔性及表面积决定。

物理吸附特征主要是,粉煤灰吸附时颗粒表面活性降低、放热,故在低温下可自发进行;其次是其无选择性,因而对各种污染物都有一定吸附去除能力。粉煤灰存在着大量的Al、Si等活性物,能与吸附质通过化学链发生结合。化学吸附特点是其选择性强,通常为不可逆反应。通常两种吸附作用同时存在,但在不同条件下(pH、温度等不同)所体现出的优势不同,会导致粉煤灰吸附性能变化。

粉煤灰对于含油废水的处理具有较好的效果。如周珊等利用改性粉煤灰对含油废水进行了处理,吸附试验表明经过10%AlCl3和10%FeCl3改性处理的粉煤灰除油效果好,在室温,pH=10,搅拌时间为30min,灰水的质量比为1:10的条件下,含油废水经活化粉煤灰吸附处理后,出水含油量由256mg/L降至9.3mg/L,除油率为96.36%,达到国家含油废水一级排放标准。

郝志涛等利用粉煤灰对采油废水中的污染物质进行了吸附研究,结果表明粉煤灰可吸附去除采油废水中的石油类和COD,去除率分别为70%～80%和20%左右。以含SiO2、Al2O3和Fe2O3为主的粉煤灰吸附采油废水中的石油类和COD的过程十分复杂,其中石油类的吸附等温线为S型,COD的吸附的等温线很不规则。粉煤灰处理采油废水试验的较优操作条件:搅拌时间15min,转速300r/min,废水pH为7.2～7.8,灰水比为1：50。

粉煤灰处理含油废水的优点是粉煤灰来源广,价格低廉,达到了以废治废的目的。存在的问题是活化方式有待改善,进而提高吸油率,吸附后灰水分离及灰渣处置问题有待探讨。

除此之外,类似核桃壳、稻壳及锯屑等废弃物经过处理后用于含油废水的处理,同样取得了较好的效果,达到了以废治废的目的。

1.4膨润土

膨润土是以蒙脱石为主要成分,2：1型层状结构的硅酸盐黏土矿物,具有较大的比表面积,其中Si-O四面体片中的Si+4、Al-O八面体中的Al3+可以被Mg2+、Fe2+、Li+、Ni2+等低价离子替代,从而造成蒙脱石层间电价不饱和,使蒙脱石层间带永久性负电荷。这种负电荷通常由层间具有交换性的水合阳离子来平衡。因此膨润上具有良好的离子交换性和吸附性,使其广泛应用于废水的吸附处理。膨润土原土及在较低温下处理的膨润土均会产生难于沉降的悬浮物,增加了分离操作的难度,通常需要对其进行改性,如酸活化、直接焙烧和有机活化等。

如叶新才等采用改性膨润土对石化含油废水进行的吸附试验表明,经过碳酸钠(Na2CO3)和溴化十六烷基三甲铵(CTMAB)对膨润土进行改性结果表明:有机改性膨润土除油效果比钠化改性膨润土和提纯土好,且其饱和吸附容量也远高于提纯土;对于浓度221mg/L的含油废水,有机膨润土用量为5.0g/L,油的去除率可达97%,低于国家含油废水一级排放标准。

方曦等采用改性膨润土对模拟含油废水进行试验研究表明,有机改性膨润土的去除率比钠化改性膨润土和提纯土好,其饱和吸附量也远高于提纯土。且对柴油模拟废水处理的效果优于原油模拟废水。

膨润土处理含油废水的优点是,膨润土在中国资源丰富,价格低廉,占地少,能耗低,用水量少,技术要求不高,操作简单且没有二次污染。且改性膨润土处理含油废水能同时取得较好的环境和经济效益。在含油水及其它有机废水处理中应用前景广阔。存在的问题是解决膨润土成型问题,加工工艺有待改进,进而增强性能,降低成本。

另外类似于膨润土的黏土类的沸石、蛭石等也被活化处理后作为吸附材料用于含油废水的处理。

以上几种吸附材料在处理含油废水的应用中各有利弊,其优缺点比较见表1。

2总结

吸附材料性能的优劣以及是否适用于所要处理的含油废水,对于吸附净化过程的效果具有至关重要的影响。本文详细介绍了吸附处理含油废水中最常用的活性炭、新型有机吸附剂高吸油树脂、以废治废型的粉煤灰和来源广泛的膨润土等四种吸附材料,分别就其特性、吸附机理、在含油废水中的应用以及优缺点进行了较为详细的论述。

吸附法处理含油废水是具有广阔发展前景的技术,但吸附材料的成本较高、再生困难、吸附的容量有限等因素阻碍了吸附法在含油废水实际中的广泛应用,开发经济、环保、高效的吸附材料是未来研究的主要方向。