羥基鐵鋁柱撐膨潤土處理皂素廢水的試驗研究

吳雷 李立 從善暢 等

摘要：以ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ為柱化劑制備了ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ柱撐膨潤土，研究其對陜南某皂素生產企業廢水中化學耗氧量（ＣＯＤＣｒ）和色度的去除性能。試驗結果表明，ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ柱撐膨潤土對廢水中ＣＯＤＣｒ和色度都有很好的去除效果。通過正交試驗確定了最佳反應條件為： ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ柱撐膨潤土投加量為２０ ｇ／Ｌ、ｐＨ ７．０、攪拌時間３０ ｍｉｎ，廢水中ＣＯＤＣｒ去除率為７９．４％，色度去除率為８６．５％。

關鍵詞：ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ柱撐膨潤土；ＣＯＤＣｒ；色度；皂素廢水

中圖分類號：Ｘ７０３．１文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）15－3180-03

Ａｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓａｐｏｎｉｎ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｙ ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ Ｐｉｌｌａｒｅｄ Ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ

ＷＵ Ｌｅｉ，ＬＩ Ｌｉ，ＣＯＮＧ Ｓｈａｎ－ｃｈａｎｇ，ＬＩ Ｃｈｅｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ﹠Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｎｚｈｏｎｇ ７２３００１， Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ ｐｉｌｌａｒｅｄ ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ was prepared； ａｎｄ its ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＣＯＤＣｒ ａｎｄ ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ was studied． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ ｐｉｌｌａｒｅｄ ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ ｈａｄ ｇｏｏｄ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＣＯＤＣｒ ａｎｄ ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ｉｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｐｏｎｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｉｎ Ｓｈａaｎｘｉ． Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ determined by ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ were， ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ ｐｉｌｌａｒｅｄ ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ， ２０ ｇ／Ｌ； ｐＨ ７．０； ｍｉｘｉｎｇ ｔｉｍｅ， ３０ ｍｉｎ； ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ optimal ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎs， ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ ｏｆ ＣＯＤＣｒ ａｎｄ ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ was ７９．４％ ａｎｄ ８６．５％， respectively．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ ｐｉｌｌａｒｅｄ ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ； ＣＯＤＣｒ； ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ； ｓａｐｏｎｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ

皂素是甾體激素類藥物生產的重要醫藥化工原料，在皂素的提取工藝中會產生大量高濃度、高色度的酸性廢水［１，２］。皂素生產是陜南地區的重要產業之一，陜南是南水北調中線工程水源地，因此，對陜南地區皂素生產廢水的治理引起了科研工作者的廣泛關注，對皂素廢水處理的新材料、新方法成為關注的重點［３，４］。

我國膨潤土資源豐富，價格低廉。膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的黏土，具有較高的表面活性、較大的比表面積、特殊的微孔結構等特點，有良好的吸附性能和陽離子交換能力，具有天然的水凈化功能［５］。使用酸、氧化劑、無機鹽等無機物對膨潤土進行改良，可以顯著提高其吸附性能和離子交換能力。本研究以羥基鐵鋁為柱化劑制備了羥基鐵鋁柱撐膨潤土吸附劑，用其處理皂素廢水取得了良好的效果。

１材料與方法

１．１試驗儀器與試劑

儀器：電熱恒溫水浴鍋，ＪＪ－４型六聯電動攪拌器，１０１－１型電熱鼓風干燥箱，７５４型分光光度計（上海光譜儀器有限公司）。

試劑：膨潤土，三氯化鐵，三氯化鋁，碳酸鈉，硝酸，氫氧化鈉，硫酸亞鐵銨，硫酸，硫酸銀，重鉻酸鉀等，試劑均為分析純。

１．２ＯＨ－Ｆｅ－Ａl柱撐膨潤土的制備

１．２．１ＯＨ－Ｆｅ－Ａl柱化劑的制備將０．２ ｍｏｌ／Ｌ的ＦｅＣｌ３和０．２ ｍｏｌ／Ｌ ＡｌＣｌ３混合，在高速攪拌下緩慢滴入０．２ ｍｏｌ／Ｌ的 Ｎａ２ＣＯ３，滴加完畢后繼續攪拌１ ｈ，在８０ ℃水浴鍋中陳化２ ｄ，在陳化過程中向柱化液中添加去離子水，保持液面穩定。

１．２．２ＯＨ－Ｆｅ－Ａl柱撐膨潤土的制備將膨潤土配成土漿，在不斷攪拌下將上述柱化劑滴入該土漿液中，滴加完畢后于８０ ℃水浴鍋中繼續陳化２ ｄ，烘干，研磨，過２００目篩，即得到ＯＨ－Ｆｅ－Ａ１柱撐膨潤土。

１．３ＯＨ－Ｆｅ－ＡI柱撐膨潤土處理皂素廢水

試驗時?。担?ｍＬ焦化廢水若干份，用硫酸調節ｐＨ，投加一定量的吸附劑，在一定的攪拌速度下攪拌一定時間，靜置后取上清液，測定ＣＯＤＣｒ和色度的吸光度。對吸附劑投加量、ｐＨ和攪拌時間３個反應條件進行單因素試驗和正交試驗，得出各因素的最佳反應條件。

１．４皂素廢水脫色率的計算

Ｄ＝（Ａ０－Ａ）／Ａ０×１００％

式中，Ａ０為焦化廢水脫色前的吸光度；Ａ為焦化廢水脫色后的吸光度。色度用溶液的吸光度值表示。

１．５ＣＯＤＣｒ去除率的計算

Ｅ＝（Ｃ０-Ｃ１）／Ｃ０×１００％；

式中，Ｅ為ＣＯＤＣｒ去除率；Ｃ０為吸附前溶液中ＣＯＤＣｒ的濃度（ｍｇ／Ｌ）；Ｃ１為吸附平衡后溶液中ＣＯＤＣｒ的濃度（ｍｇ／Ｌ）。ＣＯＤＣｒ的測定采用分光光度法［６］。

２結果與分析

２．１單因素試驗

２．１．１ＯＨ－Ｆｅ－Ａl柱撐膨潤土投加量對去除率的影響準確量?。担?ｍＬ皂素廢水６份，依次加入到６個潔凈干燥的燒杯中，分別稱?。埃?、０．５、１．０、１．５、２．０和２．５ ｇＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ柱撐膨潤土，調節ｐＨ至７．０，在室溫下攪拌６０ ｍｉｎ，測定上清液ＣＯＤＣｒ和色度，研究ＯＨ－Ｆｅ－Ａl柱撐膨潤土用量對ＣＯＤＣｒ和色度去除率的影響，結果見圖１。當投加量低于20 ｇ／Ｌ時，增加投加量可以有效提高ＣＯＤＣｒ和色度的去除率，當投加量大于20 ｇ／Ｌ時，投加量對ＣＯＤＣｒ和色度的去除率影響不大。

２．１．２溶液ｐＨ對去除率的影響準確量取５０ ｍＬ皂素廢水６份，依次加入到６個潔凈干燥的燒杯中，分別調節ｐＨ至３．０、４．０、５．０、６．０、７．０和８．０， 各自加入１．０ ｇ ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ柱撐膨潤土，在室溫下攪拌６０ ｍｉｎ，取上清液測定ＣＯＤＣｒ和色度，研究溶液ｐＨ對ＣＯＤＣｒ和色度去除率的影響，結果見圖２。在酸性條件下，提高ｐＨ對ＣＯＤＣｒ和色度的去除率有明顯的促進作用，接近中性條件時其影響程度降低，在堿性條件下對ＣＯＤＣｒ和色度的去除率有抑制作用，所以試驗適宜于弱酸性或中性條件下進行，反應最佳ｐＨ為７.0。

２．１．３攪拌時間對去除率的影響準確量?。担?ｍＬ皂素廢水６份，依次加入到６個潔凈干燥的燒杯中，調節ｐＨ至７．０，各自加入１．０ ｇ ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ柱撐膨潤土，在室溫下分別攪拌１５、３０、４５、６０、７５和９０ ｍｉｎ，取上清液測定ＣＯＤＣｒ和色度，研究攪拌時間對ＣＯＤＣｒ和色度去除率的影響，結果見圖３。在試驗開始時，適當延長攪拌時間能夠提高ＣＯＤＣｒ和色度的去除率，當攪拌時間超過３０ ｍｉｎ后，延長攪拌時間對ＣＯＤＣｒ和色度的去除率均有一定的抑制作用。最佳攪拌時間為３０ ｍｉｎ。

２．２正交試驗

依據單因素試驗結果分別對ｐＨ、ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ膨潤土投加量及攪拌時間３個因素設３個水平，套用Ｌ９（３４）正交表，以ＣＯＤＣｒ去除率和色度去除率為研究對象，通過極差分析得出處理皂素廢水的最佳方案。結果如表１所示。

分析正交試驗結果可知，最佳試驗組合條件為ｐＨ ７．０、ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ膨潤土投加量為２０ ｇ、攪拌時間為３０ ｍｉｎ。在試驗過程中，對處理效果影響最大的是ｐＨ，對處理效果影響最小的是攪拌時間。

３小結

１）ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ膨潤土用于處理皂素廢水能有效地去除廢水中部分ＣＯＤＣｒ和色度。ｐＨ和ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ柱撐膨潤土投加量是影響去除效果的主要因素。

２）由正交試驗分析得出最佳試驗條件為ＯＨ－Ｆｅ－Ａｌ柱撐膨潤土投加量２０ ｇ／Ｌ、ｐＨ ７．０、攪拌時間３０ ｍｉｎ，此時ＣＯＤＣｒ和色度去除率分別為７９．４％和８６．５％。

參考文獻：

［１］ 葛紅光，郭小華，李麗華，等．皂素廢水化學預處理研究［Ｊ］．化學工程師，２００６（４）：１７－１８．

［２］ 李琛．Ｆｅｎｔｏｎ試劑預處理皂素廢水的實驗研究［Ｊ］．杭州化工，２０１０（４）：２５－２７．

［３］ 宋鳳敏，呼世斌． ＥＭ菌活性污泥系統對皂素廢水的深度處理試驗［Ｊ］．工業用水與廢水，２００８（２）：３９－４０．

［４］ 宋鳳敏．活性炭對皂素生產廢水的深度處理研究［Ｊ］．淮陰工學院學報，２００９（５）：２４－２７．

［５］ 陳天明，王世和，許琦，等．膨潤土負載殼聚糖吸附劑對苯酚的吸附性能研究［Ｊ］．化工時刊，２００６，２０（７）：１－３．

［６］ 奚旦立，張裕生，劉秀英．環境監測［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００４．８３－５６２．