珍珠贝壳粉处理印染废水的研究

2015 毕业论文专题百手起驾 整理为您论文题目 珍珠贝壳粉处理印染废水的研究学 院 化学化工学院 专 业 环境工程 年 级 2007 级 学 号 200724104106 学生姓名 张淑芬 指导教师 肖俊霞 完成时间 2011 年 5 月肇庆学院教务处制毕 业 论 文1百手起驾 整理为您珍珠贝壳粉处理印染废水的研究张淑芬 指导老师：肖俊霞摘 要 以印染废水作为研究对象，采用珍珠贝壳粉作为吸附剂，考察了珍珠贝壳粉用量、反应时间和废水初始pH 值对废水COD Cr去除率的影响，并结合红外吸收光谱对珍珠贝壳的化学组成进行分析。结果表明：最佳反应条件为珍珠贝壳粉投加量80 g/L、 pH=6、反应时间20 min。在最佳反应条件下，废水的 CODCr去除率达到49.70%，比相同条件下以1 g/L的活性炭吸附时的 CODCr去除率高1.19%。通过红外光谱分析可知，珍珠贝壳粉的主要化学成分为碳酸钙（CaCO 3），碳酸钙具有孔隙发达，吸附强的特点。珍珠贝壳粉作为一种吸附剂在印染废水的治理方面具有较好的应用前景。关键词 珍珠贝壳粉；印染废水；吸附；COD Cr 去除率1 引言水是维系生命与健康的基本需求，地球虽然有 70.8的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限。在全部水资源中，97.5%是无法饮用的咸水，在余下的 2.5的淡水中，有 87%是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的 0.26%，而且分布不均。在我国，据统计，2009 年水资源总量为 2.8 万亿 m3，排在世界第 6 位，而人均占有量更少，2240 m3，在世界银行统计的 153 个国家中排在第 88 位，可见，中国水资源的紧缺情况尤为严重。然而近些年，水污染更是加重了水资源的短缺，从 2005 年松花江受百吨苯类污染到最近 2009 年江苏盐城水污染事件，无不让人触目惊心。据环境部门监测，全国城镇每天至少有 1 亿吨污水未经处理直接排入水体。全国七大水系中一半以上河段水质受到污染，全国 1/3 的水体不适于鱼类生存，1/4 的水体不适于灌溉，90% 的城市水域污染严重，50%的城镇水源不符合饮用水标准，40%的水源已不能饮用，南方城市总缺水量的 60%70%是由于水源污染造成的。人类生产活动造成的水体污染，其中工业废水为水域的重要污染源，具有量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点。大量的无机、有机污染物进入水体，不仅破坏水生生态系统，而且危害到人体健康，造成水质性缺水使人们工农业生产、生活受到影响。印染废水是指印染加工过程中各工序所排放的废水混合而成的混合废水。印染废2百手起驾 整理为您水水质随原材料、生产品种、生产工艺、管理水平的不同而有所差异，导致各个印染工序排放后汇总的废水组分非常复杂。同时，纺织品染料的使用正朝着抗光解、抗氧化和抗生物降解的方向发展，因此，印染废水的治理越来越困难。印染废水中主要含有染料、浆料、助剂、油剂、酸、碱、纤维杂质及无机盐等杂质，它具有成分复杂、难降解有机污染物含量高、色度高、化学需氧量（COD）高、生化需氧量（BOD）高、碱性大、毒性大、水量大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水之一。其中有毒、有害的污染物还会在动植物体内积累起来，不易排出，毒性比原水中浓度增加几倍、甚至几千倍。由于染料废水具有这些特点，处理染料废水的主要方法有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等，这些方法各有优缺点，其中吸附法是一种应用较广泛的方法，但吸附材料如活性炭、分子筛、硅胶等的使用通常都会增加工业废水的处理成本。然而，以废弃的贝壳作为吸附剂，不仅能废物回收利用，而且对工业废水具有特殊的处理效果，实现经济与环境的双赢。目前用此方法处理工业废水的研究还比较少，具有广阔的应用空间和良好的前景。1.1 珍珠贝壳粉吸附法1.1.1 吸附法的基本原理吸附法处理是利用多孔性固体相物质吸着分离水中污染物的水处理过程。吸附是一种与表面能有关的表面现象，其与表面张力、表面能的变化有关。常分为物理吸附（靠吸附剂与吸附质之间的分子作用） 、化学吸附（靠化学键力作用）和离子交换吸附（靠静电引力作用）三种类型。引 起 吸 附 的 推 动 能 力 有 两 种 ， 一 种 是 溶 剂 水 对疏 水 物 质 的 排 斥 力 ， 另 一 种 是 固 体 对 溶 质 的 亲 和 吸 引 力 。 废 水 处 理 中 的 吸 附 ， 多 数是 这 两 种 力 综 合 作 用 的 结 果 。 水处理过程中常采用吸附过滤床对水进行吸附法处理，可去除水中重金属离子（如汞、铬、银、镍、铅等） ，有时也用于水的深度处理。所用的吸附剂是指能吸着分离水中污染物的固体物质，能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。多孔性吸附剂的吸附过程基本上可分为三个阶段：颗粒外部扩散阶段，即吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面；孔隙扩散阶段，即吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散；吸附反应阶段，吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面。一般，吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。吸附剂一般有以下特点：大的比表面、适宜的孔结构及表面结构；对吸附质有强烈的吸附能力；一般不与吸附质和介质发生化学反应；制造方便，容易再生；有良好的机械强度等。常用的吸3百手起驾 整理为您附剂有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣、树脂、木屑等。本文是选用珍珠贝壳粉作为吸附剂处理印染废水。1.1.2 贝壳粉处理废水的研究进展贝 壳 作 为 吸 附 剂 ， 应 用 于 水 处 理 中 ， 具 有 操 作 简 单 、 高 效 、 环 保 、 投 资 小 等优 点 ， 有 着 广 阔 的 应 用 前 景 ， 慢 慢 开 始 受 到 人 们 的 关 注 。 马 喆 等 4采 用 扫 描 电 镜及 二 阶 微 分 阳 极 溶 出 伏 安 法 分 别 对 大 连 近 岸 海 域 贝 壳 的 微 观 结 构 和 贝 壳 对 重 金 属（ Zn、 Cd、 Pb、 Cu） 的 吸 附 性 能 进 行 实 验 研 究 中 发 现 ， 贝 壳 的 微 观 结 构 满 足 吸 附剂 的 性 能 要 求 ， 对 废 水 中 的 重 金 属 具 有 很 强 的 吸 附 能 力 ， 对 Zn、 Cd、 Pb、 Cu 的吸 附 率 分 别 为 60.3170.43%，73.8186.46%，65.27 68.69%，88.1389.98%， 得出 结 论 ： 贝 壳 可 以 作 为 处 理 工 业 废 水 重 金 属 的 吸 附 材 料 。 吴 贤 格 等 2研 究 了 改 性牡 蛎 壳 粉 处 理 生 活 污 水 的 CODCr， 当 改 性 牡 蛎 壳 粉 的 用 量 为 7.5%、 反 应 温 度 为 25 时 ， 对 CODCr和 TP质 量 浓 度 分 别 为 500和5 mgL-1， pH值 为 6.64的 生 活 污 水 处 理 30 min， CODCr的 去 除 率 可 达 68.23%， 说 明 改 性 牡 蛎 壳 粉 可 用 于 生 活 污 水 的 处 理 。 胡学 寅 等 5用 0. 5%盐 酸 清 除 扇 贝 壳 表 面 的 残 留 物 后 ， 再 经 1050 的 高 温 煅 烧 处 理 30 min， 除 去 扇 贝 壳 中 所 含 的 蛋 白 质 等 有 机 杂 质 ， 可 获 得 主 要 成 分 为 CaO的 贝 壳 吸附 材 料 ， 这 种 新 型 无 机 吸 附 材 料 具 有 优 异 的 微 观 结 构 ， 微 米 尺 度 条 件 下 孔 隙 率 高 ，孔 径 分 布 比 活 性 炭 均 匀 ， 纳 米 尺 度 条 件 下 的 比 表 面 积 是 活 性 炭 的 2.5倍 ， 多 数 孔直 径 是 活 性 炭 的 5倍 多 ， 绝 大 部 分 为 中 孔 ， 是 一 种 可 广 泛 应 用 于 吸 附 各 种 气 体 和 液体 杂 质 、 各 种 细 菌 的 新 型 吸 附 材 料 。1.1.3 珍珠贝壳的组成以及现状珍珠贝壳的主要成分为95%的碳酸钙和少量的壳质素。一般可分为3层，最外层为黑褐色的角质层（壳皮） ，薄而透明，有防止碳酸侵蚀的作用，由外套膜边缘分泌的壳质素构成；中层为棱柱层（壳层） ，较厚，由外套膜边缘分泌的棱柱状的方解石构成，外层和中层可扩大贝壳的面积，但不增加厚度；内层为珍珠层（底层） ，由外套膜整个表面分泌的叶片状霰石（文石）叠成，具有美丽光泽，可随身体增长而加厚。贝壳方解石和霰石的主要化学成分都是CaCO 3。一些国内权威的研究表明，贝壳具有多呈片状或条状形态的微观结构，有孔隙率和比表面积都比较大的特点，满足吸附剂的基本要求，具有吸附性能。我国由于湖泊众多，海域辽阔，贝类资源丰富，是世界贝类养殖大国。2007年贝4百手起驾 整理为您类产量达到1073.3万吨，占世界贝类养殖总量的60%以上，海水养殖产量的75%以上是贝类，产业规模和产量居世界首位。其中，珍珠贝是海水养殖主要贝类品种，暖海产，在我国的福建，特别是广东沿海十分普遍。珍珠贝也属于双壳类，和贻贝以及扇贝等都是用足丝附着在岩石、珊瑚礁、砂砾或其他贝壳上生活的种类。珍珠贝广泛被用来食用和药用，其珍珠可作为名贵的饰品，在带动沿海经济快速发展的同时，也不可避免地产生大量废弃贝壳，这些废弃的贝壳资源如不加以很好利用，也会带来大量固体废物，对环境产生不良影响。在我国，目前活性炭作为吸附剂应用于给水处理及废水二级处理出水的深度处理，虽其具有处理程度高，效果稳定的优点，但活性炭的供应较紧张，再生的设备较少，再生费用较贵，限制了活性炭的广泛使用。而以贝壳作为吸附剂处理废水能有效解决这一难题。如果采用此技术，不仅高效低耗，还不会产生二次污染，减少环境污染，具有良好的经济和环境效应。1.2 选题意义和研究内容1.2.1 选题意义我国是世界上直接染料产量最大的国家，年产量约 3.5 万吨，占染料总产量的4，但是印染企业每年排放废水量 300400 万吨，在印染加工过程中染料的损失量约为 10%20%，其中一半流入水环境中。 随着染料工业的飞速发展和后整理技术的进步，新型助剂、染料、整理剂等在印染行业中被大量使用，废水中难降解有毒有机成分的含量也越来越多，有些甚至是致癌、致突变、致畸变的有机物，对环境尤其是水环境的威胁和危害越来越大。印料废水常用的处理方法主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等，这些方法一般具有运行成本高，脱色效果差，COD 去除率低，易产生二次污染。贝壳作为吸附剂，不但能起到良好的吸附效果，而且实现了环境资源的回收利用。正是基于这理念，本论文主要将废弃珍珠贝壳磨成粉末状作为吸附材料，对印染废水进行处理研究，考察了珍珠贝壳粉的投加量、反应时间、废水的初始pH 对废水 CODCr 去除率的影响，探讨使用废弃的贝壳资源处理工业废水的可行性，以便寻找一种更经济，更环保的吸附材料来治理工业废水，实现环境保护和资源的再生利用。1.2.2 研究内容本论文的主要研究内容具体包括以下 4 个方面：（1）探讨反应时间对印染废水 CODCr 去除率的影响；5百手起驾 整理为您（2）探讨珍珠贝壳粉投加量对印染废水 CODCr 去除率的影响；（3）探讨废水的初始 pH 值对印染废水 CODCr 去除率的影响，并与相同条件下粉末活性炭的处理效果作比较；（4）采用红外吸收光谱对珍珠贝壳粉的化学组成进行分析。2 实验部分2.1 实验试剂与仪器2.1.1 实验化学试剂本论文中所使用的主要化学试剂的名称、分子式、纯度及生产单位见表 1。表 1 实验所用主要化学试剂名称 分子式 纯度 生产单位硫酸亚铁 FeSO47H2O 分析纯 天津市福晨化学试剂厂硫酸亚铁铵 Fe(NH4)2(SO4)26H2O 化学纯 广东台山化工厂浓硫酸 H2SO4 化学纯 广州市东红化工厂氢氧化钠 NaOH 分析纯 天津市福晨化学试剂厂重铬酸钾 K2Cr2O7 分析纯 广州化学试剂厂盐酸 HCl 分析纯 广州市东红化工厂硫酸银 Ag2SO4 分析纯 广州市金珠江化学有限公司立新化工厂1, 10-菲啰啉 C12H8N2H2O 分析纯 广州化学试剂厂2.1.2 实验常用仪器本论文中所使用的主要实验仪器的名称及生产单位见表 2。表 2 实验所用主要仪器仪器名称 出厂单位JBZ14 磁力搅拌器 上海大普仪器有限公司PHS2F 精密 pH 计 上海精密科学仪器有限公司AE240S 电子分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司WMX 微波消解 CODCr 速测仪 汕头市环海工程总公司2.2 珍珠贝壳粉的制备及废水来源本实验所用水样取自肇庆市某纺织厂经投药预处理后的废水，废水的 CODCr 为728 mg/L，pH 值为 10。本实验所用的珍珠贝壳粉是将来自厦门某海滩废弃的珍珠贝壳（如图 1 所示）先6百手起驾 整理为您用铁锤破碎后再用磨粉机磨成粉末状，然后用 100 目的筛子过筛，取筛下物作为珍珠贝壳粉（如图 2 所示） 。图1 珍珠贝壳图 2 100 目的珍珠贝壳粉2.3 珍珠贝壳粉处理印染废水的实验每次实验于室温下取 100 mL 废水于 250 mL 烧杯中，先用 5%的 HCl 溶液和 5%7百手起驾 整理为您的 NaOH 溶液调节废水的初始 pH 值，然后加入一定量的珍珠贝壳粉，并置于磁力搅拌器下进行反应。间隔取样，样品用滤纸过滤后，对滤液进行 CODCr 的测定。2.4 分析方法废水 COD 的测定采用的是重铬酸钾法，具体步骤如下：1、用直吹移液管吸取水样 5.00 mL 置于消解罐中，加入少量粉末 HgSO4 并即摇匀约 1 min 使 Cl-与 Hg2+充分反应，准确加入 5.00 mL 消解液和 5.00 mL 催化剂，摇匀。旋转密封盖，注意使消解罐密封良好，将罐均匀置放入消解炉玻璃盘上，离转盘边沿约 2 cm 圆周上单圈排好。设置好消解时间，进行消解。2、消解结束后的消解罐，罐内反应液高温并有压力，应置冷或用冷水冷却后，才能打开密封盖，将反应液转移到 150 mL 锥形瓶中，用蒸馏水冲洗消解罐帽 23 次，冲洗液并入锥形瓶中，控制体积约 30 mL，加入 2 滴亚铁灵指示剂用 Fe(NH4)2(SO4)2标准溶液回滴，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。记录 Fe(NH4)2(SO4)2标准溶液的用量。3、COD Cr 值的计算CODCr（O 2，mg/L）=(V 0-V1)C81000V 2 （1）式中：V 0空白消耗 Fe(NH4)2(SO4)2 量（mL） ；V1水样消耗 Fe(NH4)2(SO4)2 量（mL） ；V2水样体积（mL） ；CFe(NH4)2(SO4)2 溶液的浓度（mol/L） ；8氧（1/2O）摩尔质量（g/mol） 。CODCr 去除率=（COD 0-COD1）COD 0100% （2）式中：COD 0原水的 CODCr；COD1处理后水样的 CODCr。3 结果与讨论3.1 反应时间对印染废水的 CODCr去除率的影响在常温下，投加 10 g/L 的珍珠贝壳粉，置于磁力搅拌器上搅拌，分别于 5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min 取样过滤，测定废水的 CODCr，考察8百手起驾 整理为您反应时间对废水 CODCr 去除率的影响，所得结果如图 3 所示。从图3中可以看出，印染废水的浓度随着吸附时间的延长而迅速下降，去除率明显升高。时间为20 min时，去除率可以达到43.79%。但当吸附时间达到20 min后，去除率的变化趋于平缓，在25 min时，去除率为45.20 %，仅比20 min时增加了1.41%，继续增加反应时间对废水的COD Cr去除率影响不大。这说明珍珠贝壳粉的吸附过程在20 min时基本已达到平衡，即使再增加吸附时间印染废水的浓度也基本不发生变化。因此确定珍珠贝壳粉最佳吸附时间为20 min。01020304050600 5 10 15 20 25 30CODCr去除率/%时间/min图 3 反应时间对 CODCr 去除率的影响3.2 珍珠贝壳粉投加量对印染废水 CODCr去除率的影响在常温下，分别加入 20 g/L、40 g/L、60 g/L、80 g/L、100 g/L 和 120 g/L 的珍珠贝壳粉，置于磁力搅拌器上搅拌 20 min，取滤纸过滤，测定废水的 CODCr，