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吸附剂在含油废水处理中的应用

时间:2017-10-27     

油类通过不同途径进入水体环境形成含油废水。含油废水是一种量大、面广且危害严重的废水,其主要来源于石油工业、机械制造工业、运输工业和餐饮业等。 含油废水排入水体会造成严重的影响:水体溶解氧下降,产生恶臭,造成水质恶化;水中生物因缺氧而死亡,并导致鱼类、贝类等变味而不宜食用;海上鸟类体表粘上溢油,会丧失飞行功能,甚至会造成鸟类死亡。 另外,含油废水也会污染大气,影响农作物生长。因此,对含油废水的治理成为急需解决的问题,对人类生存和社会持续发展有重要意义。对含油废水的吸附法处理,主要是利用亲油性材料的物理及化学吸附性能,吸附含油废水中的溶解油和其他污染物的过程。 吸附法对其他方法难以去除的一些大分子有机污染物的处理效果尤为显著,经处理后出水水质好且比较稳定,因而吸附法在含油废水处理中有着不可取代的作用。 吸附剂是吸附过程的重要物质基础,根据不同的含油废水处理工艺和经济性要求,可以采用不同类型的吸附剂。 

1、碳质吸附剂 

1.1 活性炭 

活性炭是最常用的水处理用吸附剂,全世界生产的活性炭中大部分用于水处理, 包括粒状活性炭、粉状活性炭和纤维活性炭等。 与其他吸附剂相比, 活性炭具有巨大的比表面积和特别发达的微孔,吸附能力强,吸附容量大,不仅对油有很好的吸附性能,而且能同时有效地吸附废水中的其他有机物,对油的吸附容量一般为 30~80 mg/g。 但由于活性炭生产成本高,再生困难,故一般只用于含油废水的深度处理。 

纤维活性炭(ACF)是从 20 世纪 60 年代迅速发展起来的一种新颖的高效吸附剂,是继粒状和粉状活性炭之后的第三代活性炭产品,它具有发达的微孔结构,巨大的比表面积,以及众多官能团,吸附性能大大超过传统活性炭。 将 ACF 应用到含油废水处理工艺中的最后的精细过滤过程,可以提高注水水质;且 ACF 可通过本体或表面掺杂金属离子使其具有抗菌除臭功能,在油田回用水处理中对水中的硫酸盐还原菌、铁细菌等有很好的杀菌去除效果。  

1.2 煤基吸附剂 

煤是一种芳香大分子有机矿物岩,内部有丰富的孔隙结构, 其分子结构中含有多种含氧官能团,是一种天然吸附剂。煤表面上的羧基酸和酚羟基官能团为其改性提供了基础。煤及其相关材料作为处理含油废水的吸附剂具有优良的性能和广阔的应用前景。 

褐煤作为燃料并不理想,但却是一种较好的废水处理材料。在紫外光照射的条件下,将粒径约 1 mm 的褐煤在 105~110 ℃的真空中处理 30 min,然后在 280~340 ℃下除去褐煤中的挥发分, 再将经过处理的褐煤研磨至 0.5~100 μm,同时加入硅石粉和表面活性剂, 制成褐煤吸附剂。这种吸附剂对于含油废水中的矿物油、石油等有很好的吸附能力。 

焦炭价廉,来源方便,失效后可以再燃烧,是一种较为理想的煤质吸附过滤材料。将焦炭投放于含油废水处理池,焦炭吸附处理了乳化油,还对悬浮物有一定的过滤作用,排放后的废水含油质量浓度从(38.80±5.51) mg/L 降低到(5.70±1.60) mg/L,达到国家排放标准。 

半焦是煤在 600~700 ℃下热解的产物,含氧官能团丰富,易于改性。经过改性的半焦

对含油废水的去除效果明显,平均除油率>90%,达到了油田二次采油回注水要求。 

1.3 膨胀石墨 

膨胀石墨是由天然鳞片石墨经插层、水洗、干燥、高温膨化而得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。 由于有发达的网络状孔型结构、 高的比表面积、高的表面活性和非极性,同时孔系结构中主要以大中孔为主,因此,膨胀石墨具有疏水亲油性,可在水中进行选择性吸附,无论对单纯油品、水上漂浮油品还是水中低含量乳化状态的油都有极好的吸附性能,特别对水中重油具有超大的吸附量。因此, 膨胀石墨是净化含油废水的一种很有前途的新型环保碳质材料。 

2、黏土类吸附剂 

2.1 膨润土 

膨润土的主要成分是蒙脱石, 蒙脱石是一种具有膨胀性能、 呈层状结构的含有少量碱和碱土金属的含水铝硅酸盐矿物。由于蒙脱石晶体结构完整、有序度高,因此层间结合力强,有较大的比表面积及离子交换容量。 膨润土及其制品具有很高的离子交换性、特殊的吸水性(吸水后的体积膨胀 10~30 倍)、可塑性及黏性以及其低廉的价格和丰富的储量,在废水处理领域表现出广阔的应用前景。 

2.2 蛭石 

蛭石是一种重要的黏土矿,结构上与膨润土类似,都属于 2∶1 型的层状镁(或铝)硅酸盐矿物,由两个硅氧四面体和一个镁(或铝)氧(或氢氧)八面体组成蛭石的结构单元层。 蛭石具有较强的阳离子交换能力,有学者曾对蛭石和膨润土的物理性质进行了比较,发现蛭石的阳离子交换容量为 1.0~1.5 mg/g,略大于膨润土的阳离子交换容量。 在环保方面,利用其良好的吸附性能和离子交换性能处理废水及其有害物质,具有价廉、吸附能力强、储量丰富及可再生等优点。 因其本身具有絮凝性,因此可被加工成粒状、片状及粉末状等,应用非常方便。 

2.3 沸石 

沸石是一组含水的碱或碱土金属铝硅酸盐黏土矿。 沸石具有开放式的结构,晶格内部有很多大小均一的孔穴和通道,在孔穴和通道中存在许多沸石水,当水分子被除去后,就形成了一个个内表面很大的孔穴,孔穴通过开口的通道彼此相连,使得沸石的表面积巨大,可达 400~800 m2/g,具有很好的吸附性能。将天然沸石直接加以使用, 其吸附能力往往达不到要求,因此,通常需要对天然沸石进行活化处理以提高吸附能力。 

2.4 凹凸棒石 

凹凸棒石是含水富镁硅酸盐黏土矿,它具有独特的层链状晶体结构和十分细小(约 0.01 μm×1 μm)的棒状、纤维状晶体形态,使其具有较高的比表面积,具有一定的吸附性能,作为天然廉价吸附剂在环保中得以应用。 由于凹凸棒石系天然矿土, 杂质较多,需对其进行必要的预处理,通常改性方法有酸处理、碱处理和热处理。加温后的凹凸棒石变为高度多孔的干草堆结构,孔隙度、比表面积增大,吸附性能得以提高。酸、碱处理亦对提高凹凸棒石黏土的吸附性能有显著的作用。 

2.5 蛇纹石

蛇纹石是 1∶1 型层状构造硅酸盐矿物, 其结构是由一层硅氧四面体与一层氢氧镁石八面体结合而成的双层。蛇纹石经煅烧、研磨后可吸附水溶液中的重金属,也可用做粗粒化处理含油废水的吸附材料。  

总结了不同类型吸附剂的性能以及在含油废水处理中的应用。随着吸附科学的发展,吸附法在处理含油废水中的新应用正处于探索阶段, 吸附剂在含油废水处理中的作用至关重要, 吸附剂选择是否得当决定了吸附操作技术的经济性和环保水平。 目前处理含油废水普遍使用的吸附剂成本较高、吸附容量有限、再生困难,使吸附法的广泛应用受到限制。今后开发处理含油水的新型吸附剂的方向主要集中在以下几个方面: 

(1)从资源丰富的天然产物以及其他行业废物出发,降低生产成本,提高经济效益,用简单的工艺制造价格低廉的吸附剂,同时达到以废治废的目的。 

(2)研制有特殊选择性的吸附剂 ,开发吸附率大、吸附速率快、油水选择性好、机械强度好、化学性质稳定的性能优异的吸附剂。 

(3)加强环保意识,研制可重复使用或可生物降解的吸附剂,避免吸附剂造成二次污染。综上所述,廉价、高效、环保的复合型含油废水吸附剂将成为未来研究的热点。


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