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D201树脂去除石油化工生化尾水中的COD
更新时间:2017-03-13 来源:《工业水处理》 作者:肖谷清,陈傲蕾,李倩,文瑞明

摘要:研究了D201 树脂对石油化工生化尾水中COD 的去除率。实验结果表明:在相同的实验条件下,D201、D301、D001、D113、NDA-88、NDA-99、NDA-150、H103 八种树脂中D201 树脂对石油化工生化尾水中COD 去除率最高。D201 树脂对石油化工生化尾水COD 的去除率在pH 为8.38 时达到最大值。随着温度的升高,D201 树脂对石油化工生化尾水中COD 的去除率降低。当吸附时间达到12 h 后,COD 的去除率基本达到平衡。D201 树脂对相对分子质量大于8 000 的尾水COD 的去除率明显高于其他相对分子质量的尾水。

作为一种高效低耗的化工废水处理工艺,生化法在工程应用方面得到了广泛应用〔1-2〕。由于石油化工废水中有机物种类多,且废水中含有许多难生物降解物质,如苯酚、苯乙烯、烷基苯等含苯环的芳香化合物〔3〕,因此石油化工生化尾水的COD 较高。树脂吸附法作为一种低能耗的固相萃取分离方法受到广泛的重视,其具有分离效率高、溶剂消耗少、操作安全、能循环使用等优点〔4-6〕。理论上,苯乙烯型商业化树脂骨架中含有大量的苯环,可通过π-π 作用吸附去除石油化工生化尾水中难生物降解的芳香化合物。目前用树脂吸附法处理石油化工生化尾水尚未有相关文献报道。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

石油化工生化尾水呈黄褐色、有褐色悬浮物、有臭味。用0.45 μm 的膜过滤,测得pH 为8.38,COD为328.68 mg/L,UV254为3.39。D001、D113、D201、D301 树脂由安徽三星树脂厂提供,NDA-88、NDA-99、NDA-150 树脂由江苏南大戈德环保科技有限公司提供,H103 树脂由南开大学化工厂提供。

仪器:UV3010紫外- 可见分光光度计( 日本岛津公司);SHA-B 水浴恒温振荡器(江苏省金坛市医疗仪器厂)。

1.2 吸附实验

称取0.5 g 树脂于锥形瓶中,加入石油化工生化尾水50.0 mL,恒温振荡使吸附达平衡,用K2Cr2O7定法测定吸附前后溶液中COD, 计算其COD 去除率,COD 去除率=(吸附后COD-吸附前COD)/吸附前COD×100%。用NaOH 和HCl 调节生化尾水的pH,测定在不同pH 时树脂对生化尾水中COD 去除率的影响。

2 结果与讨论

2.1 树脂的筛选

分别称取D001 树脂、D113 树脂、D201 树脂、D301 树脂、NDA-88 树脂、NDA-99 树脂、NDA-150树脂、H103 树脂各0.5 g 于锥形瓶中,分别加入石油化工生化尾水50.0 mL, 在温度30 ℃下恒温振荡使吸附达平衡,计算其COD 去除率。

不同树脂对COD 去除率的比较如表1 所示。

由表1 可见, 在相同的实验条件下,D201 树脂对石油化工生化尾水COD 去除率最高。NDA-88、NDA-99、NDA-150、H103 树脂虽然有较大的比表面积,但其平均孔径较小,对大分子量的有机物吸收效果差。石油化工生化尾水中含有较多大分子量的有机物, 因而这些树脂对尾水中COD 去除率较低;D201、D301 树脂对石油化工生化尾水中COD 的去除效果明显优于其他树脂。这是因为D201、D301 树脂都是碱性树脂,含有可交换的阴离子,能与石油化工生化尾水中含有的碱性有机阴离子进行交换,石油化工生化尾水中含有的碱性有机阴离子由于被交换到树脂位点,因而溶液中的COD 降低较大。D201树脂的平均孔径略大于D301 树脂的平均孔径,因而D201 树脂对石油化工生化尾水COD 的去除率略高于D301 树脂。D001、D113 树脂为酸性树脂,树脂中含有可交换的阳离子交换基团, 对石油化工生化尾水中COD 的去除率低。由上述实验结果选定D201 树脂为笔者试验研究用树脂。

2.2 pH 对D201 树脂去除COD 的影响

溶液的pH 是影响树脂吸附的重要参数。取D201 树脂0.5 g 放入锥形瓶中, 加石油化工生化尾水50 mL,分别调节尾水的pH,在温度30 ℃下恒温振荡使吸附达平衡,计算COD 去除率。结果表明:当pH 为2.34、3.80、6.11、8.38、9.88、10.12、11.33 时,D201 树脂对石油化工生化尾水中COD 的去除率分别为4.57%、16.84% 、32.25% 、33.47%、32.79% 、23.88%、19.15%。随着溶液pH 的增加,树脂的吸附能力增强,对石油化工生化尾水中COD 的去除率也增加, 在pH 为8.38 时去除率达到最大值, 随后COD 去除率随pH 的增加而降低。这是因为D201树脂本身是大孔强碱性树脂, 在酸性条件下石油化工尾水中的碱性有机阴离子会与外加H+发生化学反应, 从而降低尾水中碱性有机阴离子被交换吸附的能力。当尾水中pH 大于8.38 时,外加的OH-会与尾水中的碱性有机阴离子竞争树脂内部的阴离子交换位点, 导致D201 树脂不能很好地交换吸附尾水中的有机阴离子, 因此导致D201 树脂对石油化工生化尾水COD 的去除率降低。

2.3 温度对D201 树脂去除COD 的影响

取D201 树脂0.5 g 放入锥形瓶中, 加入50 mL石油化工尾水, 在温度分别为283、298、313 K 时进行吸附,恒温振荡使吸附达到平衡,计算COD 去除率。结果表明:温度分别为283、298、313 K 时,D201树脂对石油化工生化尾水中COD 的去除率分别为37.76%、33.52%、15.75%。在树脂用量相同的情况下,随着温度的升高,COD 的去除率降低,可见低温有利于D201 树脂对石油化工尾水中COD 的去除。这是因为温度升高, 树脂对石油化工尾水中有机物的吸附量下降。可以推断D201 树脂对石油化工尾水中有机物的吸附过程是放热过程,D201 树脂对石油化工尾水中有机物的吸附为“焓”推动的过程〔7〕。

2.4 D201 树脂去除COD 的动力学

取D201 树脂0.5 g 于锥形瓶中,加入石油化工尾水50 mL,在30 ℃条件下恒温振荡器中分别振荡不同时间,计算COD 去除率。D201 树脂随时间的变化对COD 去除效果的影响如图1 所示。由图1 可见, 当吸附时间达到12 h 后,COD 的去除率基本达到平衡。在吸附的起始阶段(2 h 内),D201 树脂对尾水中有机物的去除速率较快;随着吸附的继续进行, 吸附的中后期D201 树脂对尾水中有机物的去除速率降低。这是由于起始阶段交换吸附到D201 树脂的有机物占据了树脂内部的孔道,使得溶液中的有机物进一步交换吸附到D201 树脂内部变得更加困难, 从而使树脂中后期对尾水中有机物的去除速率降低。

版权、出处:《工业水处理》

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