組合法處理有機污水的實驗研究

商 平¹， 趙瑞華¹， 馬自力²， 李學明¹

( 1、天津科技大學材料科學與化工學院,天津 300222; 2、遼河油田油氣處,遼寧 )

　　摘要 本組合法用環境礦物材料與超聲波相結合處理校園有機生活污水，分析了溫度、流速、珍珠巖與蛭石的粒徑、質量及超聲波作用時間對去除污水中COD的影響。并在最佳試驗條件下對珍珠巖、蛭石的吸附時間進行測試，為開發新型凈水器提供了依據，COD去除率達92.5％，處理結果達到國家二級排放標準。
　　關鍵詞 吸附材料；超聲波；污水處理

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

　　超聲波是2×10⁴～5×10⁸間的聲波，當一定的強度的超聲波通過媒體時，會產生一系列的物理化學效應，主要有殺菌、污泥處理、固液分離等，其在廢水處理中已有一些應用^[1-2]。珍珠巖是酸性火山熔巖形成的玻璃質巖石，驟然加熱至900～1300℃高溫時，所含水份急速膨脹，在玻璃質內形成大量氣孔而使體積增大（可大至原體積的30倍，通常為10～20倍），形成膨化珍珠巖，具有一定的吸附作用。蛭石，又名水云母，蛭石加熱到600～900℃時，體積膨脹8～15倍，形成膨脹蛭石，膨脹蛭石間充滿了空氣，形成極細的空氣間層，導致蛭石具有一定的吸附性。膨化珍珠巖和蛭石作為吸附材料也有一些具體應用^[3][4]。
　　 本論文是利用超聲波、環境礦物材料(珍珠巖和蛭石)組合的新方法處理校園生活污水，研究了溫度、流速、粒徑、質量及超聲波作用時間幾種因素對COD去除性能的影響，得出最佳工藝條件，并對吸附材料的使用時間進行了研究，處理后的污水質量達到國家二級排放標準。

1、實驗部分

1.1儀器與試劑
　　 HH-6型化學耗氧量測定儀，KQ2200型超聲波振蕩儀，水泵，浮子流量計，吸附柱，膨化珍珠巖，蛭石
1.2水樣采集
　　 實驗用水采自天津科技大學校園生活污水
1.3實驗流程
　　 本實驗采用塔式實驗裝置，污水由高位槽至超聲波振蕩儀，再至貯水槽，最后由污水泵送至吸附柱處理后分析水樣，實驗裝置如圖１所示。

圖1　試驗裝置及工藝流程圖

1－高位槽 2-超聲波振蕩儀 3-潛水泵 4-流量計 5--1號吸附柱 6--2號吸附柱 7--3號吸附柱 8-燒杯

２、實驗結果與討論

2.1影響因素測試
2.1.1粒徑對COD去除率的影響
　　 取6組不同粒徑的珍珠巖和蛭石各6克做實驗：⑴各40目；⑵各60目；⑶各80目；⑷各100目；⑸各120目；⑹各140目。
　　 實驗溫度為25℃，流速為15ml/min，超聲波作用20min，實驗用污水COD值為1682.54mg/L。水樣在一定溫度、振蕩和吸附材料的作用下，水樣中COD的去除率明顯下降，如圖２所示。
　　 由圖2可以看出，增加粒徑可以提高處理效果，但從第⑶組以后的實驗處理效果提高不明顯，這主要由于大顆粒可以吸附較大的有機物，因此隨粒徑的增大COD去除率會增大；但是粒徑過大時，造成吸附不充分，因此COD去除率變化不大。考慮到粉碎材料的困難及經濟性，所以本實驗采用第⑶組（即珍珠巖80目、蛭石80目）為最佳組合。

2.1.2質量對COD去除率的影響

　　取珍珠巖80目和蛭石80目做6組實驗，其質量分別為：⑴各2克；⑵各4克；⑶各6克；⑷各8克；⑸各10克；⑹各12克。
　　實驗流速為15ml/min，超聲波作用20min，溫度為25℃，實驗用污水COD值為1682.54mg/L。經以上實驗的污水處理結果如圖3所示。

　　由圖3所知，增加吸附材料質量可以提高處理效果，這主要是因為質量增加時，吸附表面積增大，因此COD去除率增加；但吸附材料質量大于8克時，COD去除率增大不明顯，主要是因為質量太大時，吸附比表面積減小，吸附能力下降，考慮到材料的節約，本實驗采用80目珍珠巖和80目蛭石各8克的組合。
2.1.3流速對COD去除率的影響
　　 采用80目珍珠巖和80目蛭石各8克，溫度為25℃，超聲波作用20min，實驗用污水COD值為1834.47mg/L，在不同的流速下對污水進行處理，結果如圖4所示。
　　 從圖4中可以看出，流速增大，COD去除率減小，原因主要是有機物在吸附材料表面上停留的時間變短，使吸附能力下降，COD去除率降低。本實驗中流速小于15mL/min時，COD去除率變化不大，但流速過小，會導致操作難度增大，費用增加，故本實驗采用15mL/min為最佳組合。

2.1.4溫度對COD去除率的影響
　　 采用80目珍珠巖和80目蛭石各8克，流速為15mL/min，超聲波作用20min，實驗用污水COD值為1834.47mg/L，在不同的溫度下對污水進行處理，結果如圖5所示。

　　從上圖可以看出，溫度在30℃處理效果最佳，主要是因為溫度升高時，離子運動加速，吸附速度加快，有利于污水中有機物的去除，但是當溫度過高時，溶液表面會出現霧化現象，使原來界面不明顯，使氧氣不能有效的溶于液體中，即不能使污水中有機物氧化，COD去除率降低，這說明溫度對COD的去除率是有影響的。
2.1.5超聲波作用時間對COD去除率的影響
　　采用80目珍珠巖和80目蛭石各8克，流速為15mL/min，實驗用污水COD值為1834.47mg/L，溫度30℃，在不同的超聲波作用時間，對污水進行處理，結果如圖6所示。

　　從圖6中知道，COD去除率隨超聲波作用時間的延長而升高，但達到一定時間COD去除率基本不變，即存在最佳作用時間20min。
2.2吸附材料使用時間的測定
　　 取80目珍珠巖和80目蛭石各8克，在流速為15mL/min，溫度30℃，超聲波作用20min下，實驗用污水COD值為1834.47 mg/L，測定吸附材料的使用時間。從開始計，每次取600ml水樣，所得結果如圖7所示。

　　由圖7可知，吸附量在2400mL以后，曲線呈明顯下降趨勢，這說明吸附材料的吸附性能在逐漸衰退；吸附量高于3000mL時，吸附材料基本無吸附作用，達到它的壽命極限，需活化再生才能循環使用。

3、結論

　　（1）采用這種組合方法處理校園生活污水，特別是對處理浴室污水，具有流程簡單、操作簡便、設備占地面積小、易于控制、方便快捷等特點；
　　（2）通過實驗得出最佳實驗條件： 80目珍珠巖和80目蛭石各8克，流速為15mL/min，溫度30℃，超聲波作用時間為20min；
　　（3）超聲波與環境礦物材料組合處理一定濃度廢水有較高的凈化率，具有良好的出水質量和較高的穩定性和可靠性，操作靈活；
　　（4）超聲波與環境礦物材料組合，對水中COD的去除產生積極作用，處理后的水質可達國家二級排放標準；
　　（5）通過對環境礦物材料使用時間的測定實驗，在吸附柱截面一定的條件下，污水處理量高于3000mL時，吸附作用減小。

參考文獻

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