论文部分内容阅读
中国是世界上焦炭第一生产和出口大国,每年产生的焦化废水量超过2亿吨,废水含有大量毒性、难降解有机污染物,这些物质不仅会导致生物处理单元水力停留时间(HRT)的延长,部分污染物还会通过挥发、污泥吸附以及尾水进入到自然环境而造成更为严重的生态风险。吸附法因可快速削减废水毒性且工艺灵活简便,作为预处理技术可快速调控废水的水质结构,提高焦化废水的可生化性,降低废水生物处理难度和能耗。蛭石是一种天然的廉价黏土矿物,作为吸附剂具有明显的成本优势。由于天然蛭石的亲水性,以及有机插层蛭石存在比表面积低、负载不均等问题,限制了此类材料疏水性吸附性能的进一步提高。本文通过选择性酸浸的方法预处理天然蛭石,以三甲基氯硅烷(CTMS)和三乙基氯硅烷(CTES)对其进行表面有机修饰,利用FTIR、BET、SEM和热重等方法对材料进行表征,并对其吸附性能进行考察。主要结果有:(1)以疏水性有机微污染物邻苯二甲酸二乙酯(DEP)为测试目标,考察材料的吸附性能。在本实验条件下,测得CTES改性酸化蛭石、CTMS改性酸化蛭石和有机插层蛭石对DEP的吸附量分别为63.7、51.2和15.7mg·g-1,证明有机修饰后的酸化蛭石具有更强的疏水性吸附能力,有机负载的均匀性是决定吸附能力的关键因子。吸附等温线表现出线性特征,可由Henry和Freundlich模型进行描述,表明分配作用是吸附过程的主要机制。(2)以疏水性更强的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为目标物进行吸附测试,DBP的吸附遵循液/固相分配模型,CTES改性酸化蛭石对DBP(logKow=4.9)的最大分配系数(Kd)是DEP(logKow=2.47)的50倍,表现出更强的疏水性吸附能力,表明有机物的疏水性是影响吸附剂吸附能力的重要因素。(3)与粉末活性炭、非离子型树脂和有机插层蛭石相比,有机改性酸化蛭石在苯酚和DEP混合溶液体系中具有疏水性靶向吸附功能,为有机改性酸化蛭石在焦化废水的预处理中提供理论基础。(4)分别以五种吸附剂吸附焦化废水中的有机组分。CTMS改性酸化蛭石、CTES改性酸化蛭石、粉末活性炭、非离子型树脂和有机插层蛭石对焦化废水的TOC去除率分别为4.4、6.96、24.5、11.3和2.88%,由此表明吸附法不宜直接处理焦化废水。但厌氧生物降解实验表明,吸附后的废水较原水降解程度高,其中CTMS改性酸化蛭石吸附后的水样降解程度最高,其TOC降解率达到了40%。三维荧光光谱和GC/MS分析表明,有机改性酸化蛭石能够吸附去除焦化废水中吡啶、腈类、多环芳烃等10类超过50种难降解有机物,而易降解有机物苯酚的去除量比其他吸附剂少,使焦化废水的B/C值由0.293提高到0.420和0.496,提高焦化废水的可生化性,表明有机改性酸化蛭石吸附可以作为焦化废水的一种预处理方法。