來(lái)源：http://www.wn7ant.com/ 作者：湖北漂白粉 發(fā)布時(shí)間：2007-5-22 瀏覽次數(shù)：3076
| 用膨潤(rùn)土制備造紙廢水處理用混凝劑的研究 |
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| ??膨潤(rùn)土的礦物成分主要是蒙脫石,其化學(xué)組成為0.5(Ca,Na)0.66(Al,Mg,Fe)4(SiAl)8O2(OH)4H2O它是由兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體形成2:1層間網(wǎng)狀形的晶體結(jié)構(gòu),具有較大的表面積(600~800m2/g)和較強(qiáng)的陽(yáng)離子交換能力;根據(jù)層間可交換陽(yáng)離子的不同,分為Na基、Ca基、Mg基和Al基膨潤(rùn)土,盡管它們性能有差異,但經(jīng)過(guò)凈化處理和陽(yáng)離子交換改性,便可提高不同類型膨潤(rùn)土的吸附性、膨脹性、分散性和脫色性。筆者采用Ca基膨潤(rùn)土為原料,經(jīng)活化和改性處理,研制出一種既能絮凝固體粒子又能脫色的高效混凝劑,經(jīng)應(yīng)用于造紙工業(yè)黑液廢水處理實(shí)踐,取得了良好效果。
1試驗(yàn)部分 1.1試驗(yàn)用材料 膨潤(rùn)土:Ca基,河北邯邢地區(qū)第三系膨潤(rùn)土礦點(diǎn)產(chǎn),其化學(xué)成分(%)為:SiO261.5,Al2O318.23Fe2O37.07, CaO1.54,MgO1.86, Na2O1.58,K2O 1.2;其主要性能指標(biāo)為:蒙脫石58.61%,堿性系數(shù)<1,pH值8.3,吸藍(lán)量69.32g/100g,膨脹倍數(shù)7.26mL/g,膠質(zhì)價(jià)46.5mL/15g。 活化劑:由工業(yè)級(jí)硫酸(93%)和鹽酸(30%)配制成混合酸,其配比為1:2。 改性劑:由工業(yè)級(jí)氟化鈉和碳酸鈉配制而成 其配比為1:10。 造紙黑液廢水:取自石家莊某造紙廠,黑液組成及性質(zhì)見(jiàn)表1。 1.2試驗(yàn)用主要儀器四口燒瓶(1000mL),DPY型玻璃恒溫水浴,D-8401型攪拌器,差熱分析儀,PHS-29A型酸度計(jì),751G型分光光度計(jì)。 1.3檢測(cè)方法造紙黑液檢測(cè),以及黑液混凝處理后濾液COD值和色度的分析測(cè)定,均參照文獻(xiàn)[1]進(jìn)行。 1.4制備工藝過(guò)程膨潤(rùn)土混凝劑制備流程為: 原礦膨潤(rùn)土(加水)---調(diào)漿---除雜凈化---活化(加混合酸)---恒溫改性(加改性劑)---產(chǎn)品混凝劑。 具體制備步驟:礦樣經(jīng)60目篩網(wǎng)篩分,首先除掉礦物和植物雜質(zhì),然后采用懸浮法,在3000mL大燒杯里攪拌打漿,進(jìn)行除砂提純。提純后的膨潤(rùn)土傾倒一部分水,剩余水與膨潤(rùn)土維持水:膨潤(rùn)土=4:1的比例調(diào)漿,攪拌均勻后,先加活化劑讓膨潤(rùn)土懸浮液顯酸性,再加改性劑,攪拌5min至均勻,開(kāi)始升溫,在恒定溫度下進(jìn)行改性反應(yīng)達(dá)到擬定的時(shí)間要求。將制備出的混凝劑降溫,便得到具有流動(dòng)性、分散均一的粘稠狀混凝劑。 1.5混凝劑應(yīng)用試驗(yàn)方法將從造紙廠取到的擠漿黑液和中段洗漿黑液,以1:4比例配制應(yīng)用試樣黑液,并檢測(cè)它們的色度和COD值,分別加入各試驗(yàn)號(hào)所制備的相同質(zhì)量的混凝劑,以90r/min的攪拌速度攪拌1min,觀察絮凝顆粒與淡黃色的液體分層后,過(guò)濾,檢測(cè)濾液的色度和COD值,分析黑液處理效果。 1.6試驗(yàn)方案確定在進(jìn)行大量探索性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,認(rèn)為值得進(jìn)一步深化試驗(yàn)和研究。因此,根據(jù)探索性試驗(yàn)摸索出來(lái)的初步數(shù)據(jù),確定影響較小的因素為固定因素,即每次試驗(yàn)加料量100g膨潤(rùn)土,調(diào)漿時(shí)水:膨潤(rùn)土=4:1;以活化劑和改性劑用量、改性溫度、改性時(shí)間為可變因素,每個(gè)因素選擇三個(gè)水平。試驗(yàn)確定了三個(gè)目標(biāo)因素,第一個(gè)是產(chǎn)品外觀,即樣品應(yīng)該具備分散均一性好、可流動(dòng)性,不應(yīng)出現(xiàn)分層現(xiàn)象;第二個(gè)是樣品應(yīng)用于被測(cè)黑液混凝后檢測(cè)濾液色度,觀察色度去除效果;第三個(gè)是樣品應(yīng)用于被測(cè)黑液后檢測(cè)濾液COD值,觀察化學(xué)耗氧量的去除效果。經(jīng)過(guò)正交試驗(yàn),分析可變因素的變化對(duì)目標(biāo)因素的影響程度。正交試驗(yàn)因素、水平,見(jiàn)表2。 根據(jù)試驗(yàn)采用四個(gè)可變因素和三個(gè)水平的設(shè)想,確定了L9(34)正交試驗(yàn)方案。 2試驗(yàn)結(jié)果和討論 2.1改性劑選擇經(jīng)對(duì)邯邢Ca基膨潤(rùn)土檢測(cè),其蒙脫石含量比較低,只有50%左右,陽(yáng)離子交換能力屬于中低品位級(jí),其理化性能也比較差。雖經(jīng)提純處理,但其理化性能未得到較大改善。膨潤(rùn)土對(duì)造紙黑液的處理機(jī)理不僅在于絮凝效果,還在于蒙脫石的陽(yáng)離子交換容量大小及其交換后對(duì)顏色的吸附性,使黑液的固形物和顏色都得到綜合治理,以確保處理后的水質(zhì)更好地循環(huán)應(yīng)用于造紙制 漿。針對(duì)麥草堿法造紙制漿黑液的特性,選擇了廉價(jià)的鹽酸和硫酸混合酸作為活化劑,氟酸鈉和碳酸鈉的混合物作為改性劑,經(jīng)探索性應(yīng)用試驗(yàn),效果較好,并納入正交試驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)研究。 2.2正交試驗(yàn)L9(34)試驗(yàn)結(jié)果結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表3,極差分析見(jiàn)表4;直觀影響趨勢(shì)見(jiàn)圖1和圖2。從表3的正交試驗(yàn)結(jié)果和表4的極差分析可看出,四個(gè)可變因素對(duì)造紙黑液的色度處理效果影響順序?yàn)?B>A>D>C;而對(duì)造紙黑液COD處理效果的影響順序?yàn)?A>B>C>D。又由圖1和圖2可直接判斷出優(yōu)化的工藝條件是:對(duì)黑液色度處理效果最佳的是A3B3C2D3;而對(duì)黑液COD處理效果最佳的是A3B3C2D2。再由表3中9組試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較得知,較好的一組是第8組,其優(yōu)化條件是A2B3C2D2。綜合三者的優(yōu)化條件,確定A2B3C2D2為制備膨潤(rùn)土混凝劑的最佳工藝條件,并按此進(jìn)行了重現(xiàn)性試驗(yàn)和中試試驗(yàn),并應(yīng)用中試混凝劑進(jìn)行造紙黑液工業(yè)化處理試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表5。 2.3討論 2.3.1酸用量選擇:膨潤(rùn)土的高活性在層間最為突出,但由于其活性物質(zhì)受某些物質(zhì)的作用而失去活性,故需采用一種活化劑進(jìn)行活化,以改變膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)。膨潤(rùn)土中的Al3+和Fe3+、Ca2+是混凝劑的關(guān)鍵元素,怎樣既要使層間的可交換的Al3+、Fe3+、Ca2+被H+所置換,又要使一部分晶格離子Al3+被溶出,很顯然需要帶H+離子的酸才可起到活化作用。為了使不同鹽類在水中均有較高的溶解度,采用了廉價(jià)的工業(yè)級(jí)硫酸鹽酸混合酸作為活化劑,對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行活化。從圖2可知,混合酸用量對(duì)黑液的COD處理效果影響最大。隨著混合酸用量的增加,其所制備的混凝劑對(duì)黑液的COD去除率大幅度提高。但是,當(dāng)酸用量達(dá)到8%時(shí),所制備的混凝劑會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象而影響使用,所以酸用量以控制在4%~6%為宜。 2.3.2改性劑用量選擇:膨潤(rùn)土經(jīng)過(guò)活化,可強(qiáng)化改性劑對(duì)膨潤(rùn)土的改性反應(yīng),為了維持混凝劑一定的酸性,改性劑的陽(yáng)離子選擇弱堿性或中性的,去交換活化時(shí)未交換的部分膨潤(rùn)土中的高價(jià)陽(yáng)離子,以便提高混凝劑的脫色性和均一性。從表4知道,改性劑用量是影響脫色效果的主要因素;再?gòu)膱D1看出,隨著改性劑用量的增加,膨潤(rùn)土的陽(yáng)離子交換量增加,脫色效果的提高幅度比較大,但超過(guò)1.5%時(shí),發(fā)現(xiàn)混凝劑的粘度太大,絮凝后粒子反絮凝時(shí)難度較大,所以選擇用量宜不大于1.5%。 2.3.3改性溫度選擇:改性溫度對(duì)膨潤(rùn)土改性的作用,主要可增大其膨脹倍數(shù),還可加快改性速度和增加陽(yáng)離子的交換量,但是陽(yáng)離子交換量與改性溫度的關(guān)系并非線性關(guān)系。從圖2的直觀趨勢(shì)圖看出,當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí),所制備的混凝劑對(duì)黑液的COD去除效果達(dá)到最好,再提高溫度反而下降,這說(shuō)明當(dāng)改性溫度在60℃時(shí),所制備的混凝劑的陽(yáng)離子交換量最大,即陽(yáng)離子交換達(dá)到飽和。按陽(yáng)離子交換可逆性原理,再提高改性溫度,混凝劑中已被交換的低價(jià)陽(yáng)離子又被高價(jià)陽(yáng)離子交換,反而會(huì)使其陽(yáng)離子交換量下降。 2.3.4改性時(shí)間選擇:在改性過(guò)程中,溫度低,改性反應(yīng)速度慢,要使改性反應(yīng)完全,則需要延長(zhǎng)改性時(shí)間;但在溫度比較高的情況下,加快了改性反應(yīng)速度,縮短了達(dá)到平衡的時(shí)間,如果改性時(shí)間過(guò)長(zhǎng),可逆反應(yīng)便會(huì)加劇,既嚴(yán)重影響混凝劑對(duì)COD的處理效果,還加大了能耗,降低了生產(chǎn)能力。從圖2可知,在改性反應(yīng)時(shí)間為90min時(shí),所制備的混凝劑對(duì)黑液COD的處理效果最好。 3結(jié)語(yǔ) 1.通過(guò)探索性和正交實(shí)驗(yàn),確定制備膨潤(rùn)土混凝劑的優(yōu)化工藝條件為:活化劑用量為膨潤(rùn)土的4%~6%;改性劑用量為膨潤(rùn)土的1%;改性溫度為60℃;改性時(shí)間為90min。 2.采用膨潤(rùn)土為原料,制備出的混凝劑對(duì)麥草漿造紙黑液的色度去除率可達(dá)90%以上;對(duì)COD的去除率可達(dá)到70%以上。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單合理,可操作性強(qiáng)。 3.本試驗(yàn)選擇的原料易得,制備出的混凝劑成本低,每噸原料成本只有30元,顯著降低了造紙廢水的處理成本;處理后的過(guò)濾水可全部循環(huán)使用于造紙制漿,減少了廢水排放量,減輕了造紙廢水對(duì)環(huán)境的污染。 |