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改性沸石提高污水COD净化效率

中国污水处理工程网 时间:2018-3-27 11:44:01

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  沸石是一种较好的吸附剂,是一种天然而廉价的非金属矿物呈架状结构的多孔性含水铝硅酸盐的总称。可作为吸附剂,离子交换剂,干燥剂等常用来净化气体、处理污水等。沸石的一般化学式为:AmBpO2p·nH2O,结构式为A(x/q)[(AlO2)x(SiO2)y]n(H2O)其中:A为Ca、Na、K、Ba、Sr等阳离子,B为Al和Si,q为阳离子化合价,m为阳离子数,n为水分子数,x为Al原子数,y为Si原子数,(y/x)通常在1~5之间,(x+y)是单位晶胞中四面体的个数。自然界已发现的沸石有30多种,较常见的有方沸石、菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石等,都以含钙、钠为主。它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。晶体所属晶系随矿物种的不同而异,以单斜和正交(斜方)晶系的占多数。方沸石、菱沸石常呈等轴状晶形,片沸石、辉沸石呈板状,毛沸石、丝光沸石呈针状或纤维状,钙十字沸石和辉沸石双晶常见。纯净的各种沸石均为无色或白色,但可因混入杂质而呈各种浅色。玻璃光泽。解理随晶体结构而异。莫氏硬度中等。比重介于2.0~2.3,含钡的则可达2.5~2.8。沸石主要形成于低温热液阶段,常见于喷出岩气孔中,也见于热液矿床和近代温泉沉积中。沸石可以借水的渗滤作用,以进行阳离子的交换,其成分中的钠、钙离子可与水溶液中的钾、镁等离子交换,工业上用以软化硬水。沸石的晶体结构是由硅(铝)氧四面体连成三维的格架,格架中有各种大小不同的空穴和通道,具有很大的开放性。碱金属或碱土金属离子和水分子均分布在空穴和通道中,与格架的联系较弱。不同的离子交换对沸石结构影响很小,但使沸石的性质发生变化。晶格中存在的大小不同空腔,可以吸取或过滤大小不同的其他物质的分子。工业上常将其作为分子筛,以净化或分离混合成分的物质,如气体分离、石油净化、处理工业污染等。

  沸石还具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能,因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂,也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。沸石还具有“营养”价值。在饲料中添加5%的沸石粉,能使禽畜生长加快,体壮肉鲜,产蛋率高。由于天然沸石对COD的吸附效果不是很好,因此需要对天然沸石进行改性,对其进行酸改性可以使有些难降解有机物降解便于吸附去除。

  (3)影响沸石吸附效果的因素

  污水是一种多组分的液体混合物,利用吸附法净化污水,是多组分吸附在吸附剂表面,组分不同,吸附效果不同。在污水处理过程中,吸附效果与被吸附的物质的特性有关外,还与投加量、溶液的PH值、反应温度和吸附时间有关。此外,用酸或碱对沸石进行改性也可改变沸石的吸附性能,使沸石的吸附性能增加提高处理效果。本实验采用酸对沸石进行改性增加处理效果。

  1.实验部分

  1.1实验内容

  (1)利用1mol/LH2SO4、1mol/LHCl、1mol/LH2SO41mol/L+HCl对沸石进行改性,并用改性后的沸石处理了生活污水。(2)确定影响改性沸石处理生活污水的主要因子,对各主要因子对实验影响的程度进行评估,实现对实验的有效控制。

  (3)结合实验结果,确定改性沸石处理废水中COD的最佳条件。通过不同的改性沸石的实验结果和未改性的沸石进行对比,确定最佳的改性沸石以及其最佳的投加量、温度、吸附时间等。

  (4)结合实验结果,确定改性沸石处理废水中COD的最佳条件。通过用改性的沸石处理不同COD的污水。确定此改性沸石所适用的COD范围。由于沸石去除生活污水中COD的能力不理想,去除率大概在10%左右,所以本实验的重点就通过改性提高沸石处理COD的能力。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

  实验方法

  (1)改性方法先量取一定量的浓硫酸、浓盐酸,置于锥形瓶中,加入一定量的蒸馏水,配制成2mol/l的硫酸、2mol/l的盐酸、1mol/l硫酸+1mol/l盐酸改性溶液。再称取一定量的沸石,以1:10的比例加入改性溶液,在恒温水浴锅中在80℃下改性2h,静止冷却后过滤将其用2mol/NaOH冲洗至中性,将滤渣在烘箱内烘干,研磨,过100目筛。把改性后的沸石吸附COD的结果与在相同的工艺参数下的未改性的沸石吸附结果相比较,确定沸点的改性成功与否。

  讨论

  本文论述了改性沸石对生活污水COD的吸附性能,通过比较不同改性溶液改性后沸石的吸附性能选出较好的改性溶液,并通过对投加量、吸附时间、吸附温度、污水的pH值以及COD初始值等影响因素,进行最佳条件的试验。结果如下:

  3.1分别用2mol/l的硫酸、2mol/l的盐酸、1mol/l硫酸+1mol/l盐酸改性过沸石去除相同污水的COD,1mol/l硫酸+1mol/l盐酸改性过的沸石去除效果最好达70.21%,故选mol/l硫酸+1mol/l盐酸改性过的沸石做试验。

  3.2在选择最佳投加量的试验中,随着投加量的增加,去除率也随着变大,当投加量为4.0g时,COD的去除率为81.70%,当投加量大于4.0g后,去除率增加缓慢不明显。所以本实验取沸石的投加量为4.0g。

  3.3试验表明,在恒温振荡箱的振荡的时间为90min时,改性沸石的去除效果最好。在此时的沸石吸附已接近饱和,但随着振荡时间的增加去除率增加不明显在考虑经济和效果的前提下也可选择40min也可。

  3.4很明显在25℃时沸石的去除效果最好,再此温度下吸附性能发挥的最好,温度增加或降低都不利于沸石的吸附。高温或低温都使沸石的性质和独特结构受到影响。可以看出高温的影响比低温要小一点点。

  3.5在pH的试验中当污水的pH值为6时去除效果最好,pH升高或降低都不利于COD的去除,偏酸或偏碱都会使沸石的性能改变使吸附性能降低。从结果可以看出pH在6—7之间去除率都在85%以上,pH值选在6—7之间也可以,便于实际操作。

  3.6可以看出,COD值在863.18mg/l以下的去除率都在80%以上,效果比863.18mg/L以上的去除率要高。所以此沸石适用COD值在863.18mg/L以下生活污水。

  由于学校的生活污水优于城市生活污水,因此实验存在一定的误差和局限性。