组合法处理有机污水的实验研究

组合法处理有机污水的实验研究

商 平¹， 赵瑞华¹， 马自力²， 李学明¹

( 1、天津科技大学材料科学与化工学院,天津 300222; 2、辽河油田油气处,辽宁 )

　　摘要 本组合法用环境矿物材料与超声波相结合处理校园有机生活污水，分析了温度、流速、珍珠岩与蛭石的粒径、质量及超声波作用时间对去除污水中COD的影响。并在最佳试验条件下对珍珠岩、蛭石的吸附时间进行测试，为开发新型净水器提供了依据，COD去除率达92.5％，处理结果达到国家二级排放标准。
　　关键词 吸附材料；超声波；污水处理

Treatment of organic wastewater by Combinatorial Method

Shang Ping¹, Zhao Ruihua¹, Ma Zili², Li Xueming¹

(1、Material Science and Chemical Engineering College, Tianjin University of Science and Technology ,Tianjin, China, 300222；2、Liaohe Oil Field, Liaoning, China)

ABSTRACT In this paper , the wastewater treatment of campus was studied by combinatorial method --ultrasonic wave and environmental and mineral material. The influences of temperature、fluid、grain size and ultrasonic wave time on the removal rate of COD were discussed. The best conditions of the experiment were got. The result provided scientific basis for the design of water treatment equipment. The removal rate of COD reached 92.5%. The result was also satisfied for the attained goal of standard Grade 2 of wastewater discharge of nation.

Keywords Absorption Materials; Ultrasonic wave; Wastewater Treatment

前言

　　超声波是2×10⁴～5×10⁸间的声波，当一定的强度的超声波通过媒体时，会产生一系列的物理化学效应，主要有杀菌、污泥处理、固液分离等，其在废水处理中已有一些应用^[1-2]。珍珠岩是酸性火山熔岩形成的玻璃质岩石，骤然加热至900～1300℃高温时，所含水份急速膨胀，在玻璃质内形成大量气孔而使体积增大（可大至原体积的30倍，通常为10～20倍），形成膨化珍珠岩，具有一定的吸附作用。蛭石，又名水云母，蛭石加热到600～900℃时，体积膨胀8～15倍，形成膨胀蛭石，膨胀蛭石间充满了空气，形成极细的空气间层，导致蛭石具有一定的吸附性。膨化珍珠岩和蛭石作为吸附材料也有一些具体应用^[3][4]。
　　 本论文是利用超声波、环境矿物材料(珍珠岩和蛭石)组合的新方法处理校园生活污水，研究了温度、流速、粒径、质量及超声波作用时间几种因素对COD去除性能的影响，得出最佳工艺条件，并对吸附材料的使用时间进行了研究，处理后的污水质量达到国家二级排放标准。

1、实验部分

1.1仪器与试剂
　　 HH-6型化学耗氧量测定仪，KQ2200型超声波振荡仪，水泵，浮子流量计，吸附柱，膨化珍珠岩，蛭石
1.2水样采集
　　 实验用水采自天津科技大学校园生活污水
1.3实验流程
　　 本实验采用塔式实验装置，污水由高位槽至超声波振荡仪，再至贮水槽，最后由污水泵送至吸附柱处理后分析水样，实验装置如图１所示。

图1　试验装置及工艺流程图

1－高位槽 2-超声波振荡仪 3-潜水泵 4-流量计 5--1号吸附柱 6--2号吸附柱 7--3号吸附柱 8-烧杯

２、实验结果与讨论

2.1影响因素测试
2.1.1粒径对COD去除率的影响
　　 取6组不同粒径的珍珠岩和蛭石各6克做实验：⑴各40目；⑵各60目；⑶各80目；⑷各100目；⑸各120目；⑹各140目。
　　 实验温度为25℃，流速为15ml/min，超声波作用20min，实验用污水COD值为1682.54mg/L。水样在一定温度、振荡和吸附材料的作用下，水样中COD的去除率明显下降，如图２所示。
　　 由图2可以看出，增加粒径可以提高处理效果，但从第⑶组以后的实验处理效果提高不明显，这主要由于大颗粒可以吸附较大的有机物，因此随粒径的增大COD去除率会增大；但是粒径过大时，造成吸附不充分，因此COD去除率变化不大。考虑到粉碎材料的困难及经济性，所以本实验采用第⑶组（即珍珠岩80目、蛭石80目）为最佳组合。

2.1.2质量对COD去除率的影响

　　取珍珠岩80目和蛭石80目做6组实验，其质量分别为：⑴各2克；⑵各4克；⑶各6克；⑷各8克；⑸各10克；⑹各12克。
　　实验流速为15ml/min，超声波作用20min，温度为25℃，实验用污水COD值为1682.54mg/L。经以上实验的污水处理结果如图3所示。

　　由图3所知，增加吸附材料质量可以提高处理效果，这主要是因为质量增加时，吸附表面积增大，因此COD去除率增加；但吸附材料质量大于8克时，COD去除率增大不明显，主要是因为质量太大时，吸附比表面积减小，吸附能力下降，考虑到材料的节约，本实验采用80目珍珠岩和80目蛭石各8克的组合。
2.1.3流速对COD去除率的影响
　　 采用80目珍珠岩和80目蛭石各8克，温度为25℃，超声波作用20min，实验用污水COD值为1834.47mg/L，在不同的流速下对污水进行处理，结果如图4所示。
　　 从图4中可以看出，流速增大，COD去除率减小，原因主要是有机物在吸附材料表面上停留的时间变短，使吸附能力下降，COD去除率降低。本实验中流速小于15mL/min时，COD去除率变化不大，但流速过小，会导致操作难度增大，费用增加，故本实验采用15mL/min为最佳组合。

2.1.4温度对COD去除率的影响
　　 采用80目珍珠岩和80目蛭石各8克，流速为15mL/min，超声波作用20min，实验用污水COD值为1834.47mg/L，在不同的温度下对污水进行处理，结果如图5所示。

　　从上图可以看出，温度在30℃处理效果最佳，主要是因为温度升高时，离子运动加速，吸附速度加快，有利于污水中有机物的去除，但是当温度过高时，溶液表面会出现雾化现象，使原来界面不明显，使氧气不能有效的溶于液体中，即不能使污水中有机物氧化，COD去除率降低，这说明温度对COD的去除率是有影响的。
2.1.5超声波作用时间对COD去除率的影响
　　采用80目珍珠岩和80目蛭石各8克，流速为15mL/min，实验用污水COD值为1834.47mg/L，温度30℃，在不同的超声波作用时间，对污水进行处理，结果如图6所示。

　　从图6中知道，COD去除率随超声波作用时间的延长而升高，但达到一定时间COD去除率基本不变，即存在最佳作用时间20min。
2.2吸附材料使用时间的测定
　　 取80目珍珠岩和80目蛭石各8克，在流速为15mL/min，温度30℃，超声波作用20min下，实验用污水COD值为1834.47 mg/L，测定吸附材料的使用时间。从开始计，每次取600ml水样，所得结果如图7所示。

　　由图7可知，吸附量在2400mL以后，曲线呈明显下降趋势，这说明吸附材料的吸附性能在逐渐衰退；吸附量高于3000mL时，吸附材料基本无吸附作用，达到它的寿命极限，需活化再生才能循环使用。

3、结论

　　（1）采用这种组合方法处理校园生活污水，特别是对处理浴室污水，具有流程简单、操作简便、设备占地面积小、易于控制、方便快捷等特点；
　　（2）通过实验得出最佳实验条件： 80目珍珠岩和80目蛭石各8克，流速为15mL/min，温度30℃，超声波作用时间为20min；
　　（3）超声波与环境矿物材料组合处理一定浓度废水有较高的净化率，具有良好的出水质量和较高的稳定性和可靠性，操作灵活；
　　（4）超声波与环境矿物材料组合，对水中COD的去除产生积极作用，处理后的水质可达国家二级排放标准；
　　（5）通过对环境矿物材料使用时间的测定实验，在吸附柱截面一定的条件下，污水处理量高于3000mL时，吸附作用减小。

参考文献

[1] 刘石生, 丘泰球. 超声在废水处理中的应用. 应用声学, 2001, 20(2):43-46
[2] 徐杉, 宁平. GC/MS法分析焦化废水中的有机污染物. 云南化工, 2002, 29(5):32-34
[3] Guo Xueyi, K. Inoue. Elution of lead from vermiculite with environmentally benign reagents. Transactions of Nonferrons Metals Society of China, 2002,12(3):540-544
[4] 徐风广, 李玉青. 高强低吸水性膨胀珍珠岩保温制品的研制. 矿产综合利用, 2002, (4):8-12