拜耳法赤泥质陶粒滤料去除水中溶解油的研究.pdf

5 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年6 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 6 ．0 1 6 拜耳法赤泥质陶粒滤料去除水中溶解油的研究 潘嘉芬，马艳飞，李梦红 山东理工大学资源与环境工程学院，山东淄博2 5 5 0 4 9 摘要研究了不同配方的拜耳法赤泥质陶粒滤料对水中石油类溶解油的吸附除油效果。结果表明，在拜 耳法赤泥、煤矸石、河道底泥、造孔剂质量比分别为4 0 1 2 4 0 8 和4 5 1 7 3 0 8 时，陶粒滤料除油 效果显著，在相同条件下，陶粒的除油率接近活性炭但高于砂粒，废水中少量碳酸钠的存在更有助于陶 粒的除油。 关键词拜耳法；赤泥；陶粒；废水；吸附；除油 中图分类号T B 3 8 3 ；X 7 0 3 文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 6 0 0 5 8 0 4 S t u d yo nO i lR e m o v a lf r o mO i l B e a r i n gW a s t e w a t e rw i t hC e r a m s i t e P r e p a r e dw i t hR e dM u d o fB a y e rP r o c e s s P A N J i a f e n ，M AY a n f e i ，L IM e n g h o n g C o l l e g eo fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n tE n g i n e e r i n g ，S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，Z i b o2 5 5 0 4 9 ，S h a n d o n g ，C h i n a A b s t r a c t T h eo i lr e m o v a lf r o mo i l b e a r i n gw a s t e w a t e rw i t hd i f f e r e n ti n g r e d i e n tc e r a m s i t ep r e p a r e dw i t hr e d m u do fB a y e rp r o c e s sw a si n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo i lr e m o v a le f f e c t sa r es i g n i f i c a n tw h e n t h em a s sr a t i oo fr e dm u d ，c o a lg a n g u e ，r i v e rc o u r s es e d i m e n t s ，a n dp o r e f o r m i n ga g e n ti s4 0 12 4 0 8 a n d4 5 17 3 0 8r e s p e c t i v e l y ．T h eo i lr e m o v a lr a t eo fc e r a m s i t ei sa p p r o x i m a t et ot h a to fa c t i v a t e dc a r b o na n dh i g h e rt h a nt h a to fs a n d su n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s ．T h ee x i s t i n go fas m a l la m o u n to fs o d i u m c a r b o n a t ei no i l b e a r i n gw a s t e w a t e rc o n t r i b u t e st oo i lr e m o v a l ． K e yw o r d s B a y e rp r o c e s s ；r e dm u d ；c e r a m s i t e ；w a s t ew a t e r ；a d s o r p t i o n ；o i lr e m o v a l 拜耳法赤泥是氧化铝生产过程产生的最大废弃 物，含有大量三氧化二铁，不含2 C a O S i 0 等活性 成分，所以不能直接在建材行业上应用口。3 ] 。如果进 行选铁，则成本高，难以被企业接受。掺加其它物质 制备免烧砖和烧结砖，则砖块出现泛碱现象，且砖块 越大，返碱越严重。目前，拜耳法赤泥主要是筑坝堆 存，这不仅占用了大量土地，还容易污染环境，同时 也是一种资源浪费。 含石油类溶解油废水来自于石油、化工、钢铁、 焦化、煤气发生站、机械制造等行业。该类含油废水 被排到江河湖海等水体后，将严重的破坏生态环境， 收稿日期2 0 1 3 一0 1 0 4 基金项目山东省淄博市科学技术发展计划项目 1 1 0 0 7 1 作者简介潘嘉芬 1 9 6 1 一 ，女，山东昌邑人，副教授． 并可通过食物链危害人体健康。因此，对含石油类 溶解油废水进行有效处理也是极其必要的。 拜耳法赤泥在加热焙烧时会释放出C O 。和 C O ，使烧成的材料含有气孑L 。作者利用拜耳法赤泥 等固体废弃物进行了烧制水处理多孔陶粒滤料的研 究，由于烧制的陶粒尺寸小，不存在泛碱现象。目前 利用该多孔陶粒滤料处理含溶解油的废水未见报 道，本文在不同配方下制备拜耳法赤泥质多孔陶粒 滤料，并进行吸附水中的溶解油试验，探讨其吸附效 果和工艺参数，达到在利用拜耳法赤泥的同时，解决 水中溶解油的去除问题，以废治废，保护环境。 万方数据 2 0 1 3 年6 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 5 9 陶粒编号 主要原料配比／％ 赤泥 5 0 4 5 4 0 3 5 煤矸石 1 4 1 7 1 2 1 2 造孔剂。 主要化学成分／％ s i o z 3 6 ．4 3 6 ．8 5 8 ．9 4 3 ．2 C a O A 1 2 0 3F e z 0 3 1 6 ．2 1 4 ．8 1 3 ．6 1 1 ．1 注造孔剂为大颗粒炭粉、碳酸钙等 陶粒滤料的典型烧成制度为以约2 0 ℃／m i n 的速率升温到6 0 0 ℃并恒温1 0m i n ，然后以约1 0 ℃／m i n 的速率升温到10 0 0 ℃并恒温1 0m i n 后，再 以约2 0 ℃／m i n 的速率升温到11 1 3 ℃并恒温2 0 m i n ，然后关掉电源，让其自然冷却。 按照水处理用人工陶粒滤料标准 C J ／T 2 2 9 - 2 0 0 8 对烧结陶粒的各项性能进行测定，结果表明， 试验所用陶粒均符合该标准。 1 ．2 试验装置 动态试验装置连接示意图如图1 所示。 J 一 犟 3 I l。 I 图1 试验装置连接示意图 F i g ．1 S k e t c hm a po fe x p e r i m e n t a l e q u i p m e n tc o n n e c t i o n 试验采用的过滤柱为直径2 ．6c m 、高2 5c m 的 自制玻璃过滤柱，采用上向流进水方式。当该试验 装置应用于陶粒D 、活性炭的除油率测定及陶粒吸 附除油达标试验研究时，由于陶粒D 、活性炭的密度 较小，在此基础上串联了一根过滤柱，而用陶粒C 进行吸附除油达标试验时，由于所用的陶粒较多，也 做了同样的处理。 过滤柱中典型陶粒滤料的照片见图2 ，陶粒粒 径为2 ～4m m 。 吸附除油比较试验所用砂粒为建筑用砂，粒径 图2 陶粒照片 F i g ．2P h o t o g r a p ho ft y p i c a lc e r a m s i t e 2 ～4m m ；所用活性炭为市售活性炭 柱状 ，粒径 2 ～4m m 。 1 ．3 水中溶解油的测定方法 本次试验废水中溶解油用0 8 柴油配制，用 U V 7 6 5 紫外分光光度计 波长2 2 5n m 测定水中溶 解的油量，并计算油的浓度。除油率z 的计算公式 如下 r，、 z 一塑≯1 0 0 ％ 乙0 式中X 为除油率，％；C o 为废水中的初始含油浓度， r a g ／L ；G 为吸附时间￡后废水的含油浓度，m g ／L 。 2 结果与讨论 2 ．1 不同配方陶粒滤料的除油吸附试验 试验条件陶粒用量1 0 0g ，进水含油浓度 1 8 ．0 2m g ／L ，滤速1 ．4 8m ／h ，不同配方陶粒除油结 果见图3 。 从图3 可看出，配方B 、C 的除油效果好，可能 是因为原料的配比合适，在高温烧制过程中释放出 的气体较多，产生的开口孔气孔率较高，因此吸附表 面积大，有利于对溶解油的吸附，且烧制出的陶粒密 泥一 底一o o o o 道一3 3 4 5 河一 万方数据 6 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年6 期 时间／h 图3 不同配方陶粒除油率与时间的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e no i lr e m o v a lr a t eo f d i f f e r e n c ei n g r e d i e n tc e r a m s i t ea n dt i m e 度合适。 配方A 中的赤泥的含量较高，含三氧化二铁 高，烧制出的陶粒密度大，在陶粒用量相同时，吸附 表面积小，除油效率低；而配方D 的赤泥含量太低， 又不利于三氧化二铁与碳在高温下反应释放出二氧 化碳和一氧化碳气体，因此烧制陶粒时产生的开口 孔气孔率比较低，不利于吸附除油。 2 ．2 砂粒、活性炭吸附除油试验 试验条件同陶粒。结果表明，砂粒的吸附除油 率基本稳定在8 0 ％左右，吸附效果较陶粒B 和C 低 得多。活性炭的吸附除油率基本稳定9 3 ％左右，吸 附效果略微高于陶粒B 和C 。 2 ．3 陶粒、活性炭、砂粒除油效果比较 在上述相同试验条件下，陶粒、活性炭、砂粒的 除油效果见图4 。由图4 可知，陶粒B 和C 的除油 效果高于砂粒而与活性炭相当。 时间，％ 图4 不同介质的除油率 F i g ．4O i lr e m o v a lr a t eo fd i f f e r e n tm a t e r i a l s 2 ．4 滤速对陶粒吸附除油效果的影响 试验条件陶粒C 用量l O Og ，进水含油浓度 1 8 ．0 2m g ／L ，滤速对陶粒吸附除油效果的影响如图 5 所示。 摹 ＼ 碍 雳 遴 _’ ’’’ T 一 一一一一 ●▲●●● 一一一一一 。◆_ 滤速1 ．4 8 m ／h ．- 滤速2 ．9 4m ／h 。★_ 滤速4 ．4 1m ／h 时间／h 图5 不同滤速下陶粒C 的除油率 F i g ．5 O i lr e m o v a lr a t eo fc e r a m s i t eCa t d i f f e r e n tf i l t e r i n gs p e e d 由图5 可看出，随着滤速增大，除油效率降低。 原因可能是滤速越大，含溶解油废水的停留时间越 短，吸附时间越短，油的去除效果越差。在本试验条 件下，当滤速为1 ．4 8m ／h 时的除油效果最好。 2 ．5 碳酸钠对陶粒除油效果的影响 试验条件陶粒C 用量1 0 0g ，进水含油浓度 1 5 ．6 3m g ／L ，滤速2 ．9 4m ／h ，考察废水中少量碳酸 钠对陶粒除油效果的影响。结果表明，当吸收时间 分别为0 、1 ．5 、3 ．0 、4 ．5 、6 ．0h ，废水中没有碳酸钠 时，除油率分别为7 6 ．4 0 ％、7 6 ．4 6 ％、7 6 ．3 1 ％、 7 6 ．2 8 ％、7 6 ．2 1 ％；而废水中碳酸钠质量浓度为 0 ．0 4 ％时，除油率分别为9 1 ．6 1 ％、9 2 ．1 8 ％、 9 0 ．9 8 ％、9 1 ．1 7 ％、9 1 ．4 7 ％。可以看出，含溶解油废 水中少量碳酸钠的存在可以提高陶粒的吸附除油效 果，但原因还有待进一步研究。 2 ．6 陶粒吸附除油达标试验 将2 0 0g 陶粒C 分别装入2 根玻璃柱内，用恒 流泵抽取含油废水，进水含油浓度1 8 ．0 2m g ／L ，滤 速1 ．4 8m ／h ，测定陶粒出水达标情况。结果表明， 当吸收时间分别为0 、1 ．5 、3 ．0 、4 。5 、6 ．0 、7 ．5 、9 ．0h 时，油残留浓度分别为0 ．3 0 、0 ．3 2 、0 ．4 3 、0 ．4 3 、 0 ．4 3 、0 ．4 3 、0 ．4 3m g ／L ，对应的除油率分别为 9 8 ．0 8 ％、9 7 ．9 7 ％、9 7 ．3 0 ％、9 7 ．3 0 ％、9 7 ．2 8 ％、 9 7 ．2 8 ％、9 7 ．2 8 ％。可以看出，陶粒C 为2 0 0g 时， 可以将含油浓度为1 8 ．0 2m g ／L 的废水处理到符合 再生水回用于景观水体的水质标准，即≤1m g ／L ， 且持续处理9h 后，去油率保持稳定不变。 3成本预算 砂粒 河砂 和陶粒的价格分别为～3 0 0 元／t 和 ～6 0 0 元／t ，而活性炭价格根据材料不同，价格在 万方数据 2 0 1 3 年6 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 6 1 30 0 0 ～1 00 0 0 元／t 。可见活性炭价格昂贵，且再生 能力差，而砂粒的反冲洗性能差，但是赤泥质陶粒的 原料成本低廉且易得，再生能力强。因此用陶粒来 吸附处理含油废水具有很大的成本优势，适合大规 模推广。 4结论 1 优选出的陶粒配方为拜耳法赤泥、煤矸石、河 道底泥、造孔剂质量比分别为4 0 1 2 4 0 8 和 4 5 1 7 3 0 8 。 2 优选配方陶粒的除油效果明显好于砂粒，而 与活性炭相当，且除油效果能保持长时间稳定不变。 3 滤速越大，陶粒的除油效果越差，含溶解油废 水中少量的碳酸钠有助于陶粒的吸附除油。 4 在拜耳法赤泥、煤矸石、河道底泥、造孔剂质 量比为4 0 1 2 4 0 8 的陶粒2 0 0g ，进水含油浓度 1 8 ．0 2m g ／L ，滤速1 ．4 8m ／h 的条件下，经陶粒滤柱 处理后的再生水符合回用于景观水体的水质标准， 且持续处理9h 后，去油率保持稳定不变。 5 自制陶粒在处理水中溶解油方面有很大的成 本优势，且比较容易回收再生利用，适合大规模推广 应用。 参考文献 [ 1 3 杨家宽，侯建，齐波，等．铝业赤泥免烧砖中试生产及产 业化l - 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