膨润土投加系统在废水处理中的应用

发表于: 2015-04-12 / 分类: 公司新闻 / 浏览: 1,359 views 次

摘要: 膨润土的改性方法和应用研究已成为热点。文中介绍了膨润土的结构与基本 性质, 总结了近年来对膨润土的活化改性、无机改性、有机改性、无机 /有机复合改性方 法及近年来出现的新改性方法和工艺, 以及改性膨润土在各种废水处理方面的应用研 究进展。采用不同的改性剂制得的改性膨润土, 对重金属离子、非金属离子和各种有机 物废水的吸附净化能力显著提高, 有望成为新型的废水处理材料.

关键词: 膨润土; 改性膨润土; 吸附; 废水处理

随着经济的迅速发展, 工业废水、生活污水及 其他废水的排放量也相应增加, 废水的性质及组成越来越复杂, 废水不经任何处理直接排入天然水体, 势必引起水体的严重污染, 对人类及其他生物造成严重危害。控制水体污染, 保护水资源, 是环境保护工作的重要任务, 其中废水的处理更受 到重视。废水的种类不同, 其处 理方法和难易程度亦不同, 吸附是广泛应用的方法之一。研制价格低廉、选择性好、易再生的绿色废水处理吸附剂 是环保产业 发展的需 要。世界上膨润土资源丰富、分布广泛, 价格低廉, 而且还具有无毒性, 膨润土经有机物、无机物等改性后, 其层间距、比表 面 积、吸附性能、表面酸性和耐热性能等性质能够得 到改善。因此, 近年来, 国内外改性膨润土水处理 吸附剂的研究已成为废水处理研究领域的热门课题之一。本文将近年来有关膨润土在改性方法 及其在废水处理中的应用研究进行综述。

1   活化改性方法及改性产品的应用

由于天然膨润土中的表面硅氧和铝氧结构具 有极强的亲水性及其层间可交换阳离子的水合作 用, 膨润土不能有效地吸附疏水性的有机物; 膨润 土结构单元中层间永久性负电荷的存在, 原土 不 能吸附阴离子而去除阴离子污染物; 另一方面 被 吸附的重金属离子容易解析, 难以从水体中彻 底 去除。故一般用于废水处理的膨润土要经过改性 以改变其表面或层间结构, 从而提高膨润土的 吸 附容量、吸附选择性及吸附稳定性。常用的改 性 方法有两种: 活化法和添加改进剂法。目前对 膨 润土的改性多是两种方法的结合, 改性剂、改性工 艺对膨润土的吸附性能都有影响。

活化改性的方法很多, 以焙烧改性法、酸改性 法和微波活化法较为简便, 应用研究较多。

1.1 焙烧法

将膨润土在高温下锻烧一段时间, 然后冷却、 研磨过筛。膨润土经高温焙烧后失去表面水、水 化水和结构中的结合水, 使膨润土的吸附性能 发 生变化。目前一般将焙烧活化法与其他改性方法 结合用于改性膨润土的制备。

1.2 酸活化法及其应用

酸活化法是利用不同类型和浓度的酸在一定 条件下浸泡膨润土原土, 以除去蒙脱石孔道中 的 杂质, 使孔道得到疏通, 同时在酸化过程中, 膨 润 土结构单元的八面体中的 A l3 + 、M g2+ 等金属离子 溶出, 使蒙脱石带更多的永久性负电荷, 物质组成中除 了 S iO 2 含 量增 加,  Fe2 O3、CaO、M gO、N a2 O、A l2O 3 等的含量都有不同程度的降低。同时酸化使层间空隙结构发生变化, 层间距扩大, 比表面 积和吸附能力得到显著提高。酸改性膨润土对重金属的去除能力、对水体的酸碱性及水体中其它电解质的耐受能力及再生性能等性质得到不同程度的改善。酸改性膨润土还有再生方法简单、再生后吸附性能基本保持不变等优点。

酸改性膨润土用于无机重金属离子去除的研究较多, 结果表明, 酸改性膨润土可以有效去除废 水中的 H g2+ 、Pb2+ 、Cu2+ 、Cd2+ , N i2+ , 一般 pH值是重金属离子去除效果的主要影响因素, 胡恭任等将酸改性的膨润土用于含 Pb2+ 废水处理的实验发现: 在pH值为7、室温、振速 180 r /m in 的条件 下, 8 g /L 的酸改性膨润土在15 m in 内对初始浓度为 10 mg /L 的 Pb2+ 的去除率可达 99.  6% 。将使 用过的改性膨润土再生后, 其对 Pb2 + 的去除率仍 然能够达到 95% 以上。 pH 值为 4 ~ 11, 对 Pb2+ 的 去除率在 91.  3% ~ 9 9.  6%波动, 受pH值的影响 要远小于焙烧改性膨润土。 Eren 等实验发现: 经过酸改性的膨润土对 Cu2 + 的吸附率基本不受水体中离子强 度 ( 用 KNO 调节 ) 的影响。此外, 酸改性膨润土对废水中农药乐果、染料和硫化 物也具有较好的去除效果。

1.3 微波活化法及其应用

微波活化法是在一定条件下对膨润土进行微 波辐射处理。微波能量对物质有较强 的穿透力, 微波产生交变磁场使介质分子极化, 极性分子随 磁场交替排列, 导致分子高速振动, 使分子快速获 得能量。由于膨润土组成复杂, 结构单元中各部分的极性不同, 在微波场中膨润土或改性膨润土 的微观结构会发生变化。目前报道的微波活化主要包括种工艺: 用微波辐射原土或改性膨润土; 用微波辐射 制备改性膨润土。马少健的研究表 明, 微波辐射可以活化膨润土, 与马弗炉焙烧活化 相比, 微波活化膨润土工艺简单, 可以显著缩短活 化时间。 Gunawan等比较了用微波辐射和普通 加热方法制备有机改性膨润土, 结果表明: 微波辐射可节省时间. 黄琳的研究表明: 微波活化土比钠化土对 Pb2+ 吸附能力强, 用土量为 5g /L, 微波 辐射制备的有机土对蓄电池厂排放的酸性含铅废水中的Pb2+的去除率达 99. 6%。聂锦旭等通过微波辐射制备铝改性膨润土, 并研究了吸附剂对水中氨氮的吸附性能, 结果表明: 铝改性膨润土 制备工艺为微波辐照功率480W, 辐照时间10min, 对模拟废水的氨氮去除率可达96. 8%。活化改性的优点是工艺简单、对设备要求低, 其不足之处是对吸附容量和吸附选择性的改善效果有限, 特别是对有机物的吸附能力较弱。

2   结束语

目前关于改性膨润土的应用研究既有对模拟废水的处理, 也有对实际废水的处理, 但都处于实验研究阶段, 还未见用于大规模实际废水处理的报道。综合前文可见, 还有以下 一些问题尚待解决:

( 1) 改性膨润土制备工艺耗时耗能, 导致改性膨润土成本增加, 不利于工业化推广;

( 2 ) 多数改 性后的膨润土仍是粉末状, 固 液分离困难, 不能 有效降低污水浊度;

( 3 ) 改性膨润土只有在一定 的条件下 ( 在一定的 pH 条件和 机械搅拌、振荡、 过滤等手段的辅助作用下 )才能有效去除污染物, 这使得废水处理的条件难以控制, 从而导致改性 膨润土适用范围较窄, 且处理成本较高;

( 4 ) 实际 废水中无机物和有机物复合污染的状况已经引起 了人们的普遍关注, 可同时吸附去除水中多种无 机和有机污染物的改性膨润土的制备及应用的研 究不够深入;

( 5 ) 膨润土的再生、被吸附物质的回 收利用及使用过的膨润土的回收利用等问题尚待 进一步研究;

( 6) 研究无机改性膨润土, 无机 -有机 复合改性膨润土的性能与其结构的关系, 为开发 新型改性膨润土及其在实际废水处理中的应用提 供理论依据。

由于膨润土具有原料丰富、价格低廉, 易于改 性, 通过改性剂可以控制其吸附性能等优点, 通过 不断深入细致的研究, 相信它在废水处理的应用 前景必将非常广阔。