城市生活污水中有机物处理方法

2结果与讨论

正交实验结果见表4。表4中K为各因素下相同水平的指标之和，S为各因素方差，fj为自由度，F比为(Sj/fj)/(Se/fe)，T为所有实验结果指标的总和。

由表4综合分析可知，煤系高岭土焙烧活化最佳条件为：A3B2C4D4，即焙烧温度为700℃，焙烧时间为30min，颗粒大小为0.106mm(150目)，硫酸质量分数为80%。在最佳条件下进行实验得煤系高岭土吸附城市生活污水中有机物的吸附率为98.962%，要弱高于正交实验中实验9号的98.0%。因此本实验的最优组合为A3B2C4D4。各因素对吸附率影响的主次顺序为：焙烧温度(A)、颗粒大小(C)、硫酸质量分数(D)、焙烧时间(B)。

2.1焙烧温度对吸附率的影响

由表4可知，当焙烧温度在600~700℃时，吸附率随焙烧温度的升高而不断增加，当焙烧温度为700℃时，吸附率达到最大值，此后随着温度的升高吸附率反而下降。这是由于煤系高岭土经历到700℃高温焙烧过程中，煤系高岭土中的高岭石会发生一系列强烈的吸热和脱水反应〔4〕，从而生成了非晶质SiO2和具有活性的γ-Al2O3，煤系高岭土的表面和内在的空隙率大大提高，生成的γ-Al2O3能与硫酸发生反应，生成具有吸附性能的胶状物质，使煤系高岭土的吸附性能极大提高。当温度高于750℃时，吸附率反而下降，出现这种情况主要是因为温度过高会使无定形SiO2和γ-Al2O3转变成结晶相石英及莫来石〔4〕，石英和莫来石不能与硫酸发生反应，使煤系高岭土的吸附能力极大丧失。

2.2焙烧时间对吸附率的影响

由表4可知，当焙烧时间在15～30min时，随着焙烧时间的延长煤系高岭土对城市生活污水中有机物的吸附率不断增大，当焙烧时间超过30min时，吸附率随着焙烧时间的延长不断减小。这是由于当焙烧时间为15～30min时，随着焙烧时间的延长煤系高岭土中的高岭石能不断生成非晶质SiO2和具有活性的γ-Al2O3;当焙烧时间超过30min时，随着焙烧时间的延长非晶质SiO2和具有活性的γ-Al2O3不断转变成结晶相石英及莫来石，从而使煤系高岭土吸附城市生活污水中有机物的吸附率不断降低。

2.3颗粒大小对吸附率的影响

由表4可知当煤系高岭土的颗粒在0.25~0.18mm(60~80目)时，吸附率急速增长，从0.18~0.106mm(80～150目)时，吸附率增长缓慢。这是由于煤系高岭土颗粒越细，比表面积就越大，反应就越充分。

当煤系高岭土的颗粒在0.25~0.18mm(60～80目)时，焙烧时就越容易生成非晶质SiO2和具有活性的γ-Al2O3，因此也容易与硫酸反应生成硅酸铝凝胶使其吸附性能增强，同时煤系高岭土的表面积越大，也越容易吸附污水中的有机物，所以此时随着煤系高岭土颗粒的增大吸附率急速增长;当煤系高岭土的粒径为0.18~0.106mm(80～150目)时，焙烧时生成的非晶质SiO2和具有活性的γ-Al2O3越容易转变成结晶相石英及莫来石，使其吸附性能大大减弱，因此尽管煤系高岭土的比表面积不断增大，但其吸附率增加缓慢。

2.4硫酸浓度对吸附率的影响

由表4可知，当硫酸浓度不断增大时，吸附率也不断增大。这是由于硫酸能溶解煤系高岭土中的γ-Al2O3、FeO等碱性氧化物，生成硫酸铝等具有混凝作用的盐类;另一方面酸浸煤系高岭土还可使其表面微孔内变得粗糙，比表面积增加，打开煤系高岭土封闭的孔道，增加孔隙率。浓度越高的硫酸，其酸性、氧化性、炭化性越强，因而经其处理后的煤系高岭土对城市生活污水中有机物的吸附率就越高〔5〕。

3结论

通过5因素4水平的正交实验，确定了焙烧条件对煤系高岭土吸附城市生活污水中有机物的影响顺序分别为焙烧温度(A)、颗粒大小(C)、硫酸质量分数(D)、焙烧时间(B)。

当焙烧温度为700℃、焙烧时间为30min、颗粒大小为0.106mm(150目)、硫酸质量分数为80%时，为最佳条件，在最佳条件下进行实验得煤系高岭土吸附城市生活污水中有机物的吸附率为98.962%。

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