几种吸附材料在含油工业废水处理中的应用

环保网讯:含油废水主要来源于石油开采加工、石油化工、冶金、机械及海上运输业及食品加工等,其废水量大且成分复杂。随着工业的发展,含油废水排放量也在增大,对环境的危害也日趋严重。水体含油量达0.01mg/L时,就可以使鱼肉带有特殊气味而不能食用;水中含油量0.01mg/L～0.1mg/L时,对鱼类和水生生物生长就会产生影响;当水中含石油类物质达0.3mg/L～0.5mg/L时,水就会产生异味而不适合饮用[1]。含油废水中油类物质会在水面形成一层薄膜,隔绝水面与大气,导致水生动物缺氧而死亡,还妨碍水生植物的光合作用,致使腐烂变质,从而影响水体的自净作用,甚至使水质变臭,破坏水资源的利用价值,而且在水体表面的聚结油还能燃烧产生安全问题。因此含油废水必须经过妥善处理才能排放或回用。

含油废水的处理方法主要有气浮法、化学凝聚法、电解法、电磁法、砂滤法、混凝法、膜分离法、吸附法及生物法等。吸附法是利用吸附剂表面的活性,将分子态的污染物浓集于表面而达到去除目的。吸附剂性能的优劣以及是否适用于所要处理的废水,对于吸附净化过程的分离效率具有至关重要的影响。可以说几乎所有的固体都或多或少地具有吸附某些其它物质以降低自身的表面自由能的倾向。但实际上只有那些拥有巨大内表面积的多孔物质或是研磨成很细的物质,才能有明显的吸附能力,也才能做吸附剂使用。本文针对几种典型的吸附材料在含油废水中的应用进行了探讨。

1吸附材料的特性、吸附机理及其在含油废水中的应用

1.1活性炭

活性炭是处理含油废水中最常用到的吸附材料。活性炭作为一种非极性吸附剂,是一种多孔径的炭化物,有极丰富的孔隙构造,具有良好的吸附特性和稳定的化学性质可以耐强酸、强碱能经受水浸、高温、高压作用,不易破碎。活性炭的主要成分除了碳以外,还含有少量的氧、氢、硫等元素,以及水分和灰分。

它的吸附作用包括物理和化学吸咐,与其他吸附剂相比,活性炭具有巨大的比表面积和特别发达的微孔。通常活性炭的比表面积高达800m2/g～2000m2/g,这是活性炭吸附能力强,吸附容量大的主要原因。活性炭因其内部丰富的空隙具有较大的比表面积,因而具有良好的吸油性能,可吸附含油废水中的分散油、乳化油和溶解油,同时可吸附废水中其他有机物,对油的吸附容量是30mg/g～80mg/g,因此在含油废水处理中得到了广泛的应用。

废水处理中用的活性炭,一般均制成粒状或粉末状;粉末活性炭的吸附能力强、制备容易、成本低廉,但再生困难、不易重复使用。颗粒活性炭的吸附能力比粉末状的低一些,生产成本较高,但再生后可以重复使用并且劳动时劳动条件良好,操作管理方便。因此,在废水中大多采用颗粒状活性炭。

美国采用颗粒活性炭处理受到石油类污染的地下水,处理后可达到饮用水的标准[2]。陈晓玲[3]利用活性炭处理含油废水的试验表明,活性炭的粒径、投入量及pH值不同会影响含油废水的处理效果,活性炭粒径越小,在一定的范围内投入量越多则对于油类及COD的去除率越高,而在同等条件下,活性炭在处理含油废水过程中pH值中性时的去除率最差,而酸性条件污染物各项指标的去除率优于碱性条件污染物各项指标的去除率。

活性炭处理含油废水的优点是工艺简单,处理效果好,如果在预处理效果好的前提下,用于回收废水中的有机物,可以获得一定的经济效益;缺点是活性炭价格较贵.吸附容量有限,再生比较困难,因此一般只用作低浓度含油废水处理或深度处理。

类似的炭质吸附材料还有焦炭、膨胀石墨等用于含油废水的处理也取得了较好的效果。

1.2高吸油树脂

高吸油树脂是一种新型的有机吸附剂,与传统吸附材料不同的是,高吸油树脂具有三维网状化学交联结构及一定微孔结构的树脂,其微观形态特征是适度交联.外观是一种立体结构的多孔海绵状物。高吸油树脂主要通过树脂分子内的亲油基链段和油分子间产生的范德华力实现吸油作用[4]。树脂在油中溶胀而不溶解,油品则被包裹在网络结构中,从而达到吸油、储油的目的。高吸油性树脂对于不同类型的物质具有不同的吸收能力,对于脂肪烃、芳香烃、卤代烃等吸收能力较强,而对于低碳链的醇类、酮类等可溶于水的有机溶剂的吸收能力却很低[5]。

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[6]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[7]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。

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