CN101823800B - 一种处理同时含磷和芳香族硝基化合物废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理同时含磷和芳香族硝基化合物废水的方法，其特征是：依次包括如下步骤：1)将10～15g膨润土粉碎为20～200目，分散到30～50ml水中，制成悬浊液；2)在该悬浊液中加入KCl和FeCl3，KCl和FeCl3的总量以K+和Fe3+电荷总量计，该总量为膨润土阳离子交换容量的10％～100％，其中FeCl3和KCl物质的量(摩尔)比例为1∶2～1∶4；3)调节该悬浊液pH至7.5～8.5；4)搅拌2～3h，搅拌过程中维持温度在40～60℃；5)搅拌后加入到10-15L含有磷酸根和芳香族硝基化合物的废水中，搅拌2h；6)沉淀分离，上清液达标排放。采本方法所采用材料廉价、易得；操作简单、节能，可大规模应用于废水处理。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术与应用，尤其涉及一种同时含磷和芳香族硝基化合物废水的处理方法。
背景技术
我国水资源短缺，水体污染日趋严重。目前我国工业和城市生活废水一般是混合后集中处理，导致污水中同时含有大量的有机污染物、磷酸盐和各种其它污染物，污水处理工艺复杂且效率不高。常规的污水处理工艺一般利用生物和化学相结合的方法除磷，但一般的生物除磷法对磷的去除只有65％左右，难以彻底去除磷酸根等导致富营养化物质。研究表明，当湖泊中磷酸根的浓度达到0.03mg/L可以引起富营养化。城市污水处理中常用的生化处理法虽然可以较大程度地减小废水COD量，但掩盖了其中的芳香族硝基化合物等具有“三致(致癌、致畸形、致突变)”效应的物质或剧毒物质对生态的危害。芳香族硝基化合物包括硝基苯、硝基氯苯、硝基苯胺等，广泛用于医药、农药、染料、炸药及其他化工产品的生产。这类化合物的生产量日益增大，产生的废水量也相应增加。这类化合物具有毒性大、难降解的特点，它可以通过呼吸道吸入或皮肤吸收进入人体，导致神经系统症状、贫血和肝脏疾患；它若进入水体，则会造成水体污染。
对于这些生物处理效率比较低的化合物，一般通过物理化学方法将其去除。常见的有混凝沉淀、化学氧化、吸附等工艺。混凝沉淀对溶解性的难降解有机污染物去除效果较差；化学氧化对难降解有机物具有选择性，且处理成本高，不适合处理量大面广的城镇污水。因此，污水中难降解有机污染物的吸附处理方法也同样受到了各国环境工作者的广泛关注。吸附法是去除低浓度污染物的有效方法，其中最为关键的是选择高效吸附剂。
膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物组成的粘土岩，在环境保护领域也广阔的应用前景。蒙脱石是由两个共顶联接的硅氧四面体片中间夹一个共边联接的铝氧八面体片组成的层状硅酸盐矿物，其结构中的单片层是纵横尺寸比很大的薄片，直径约为100-200nm，而厚度仅为1nm。5-10层这样的薄片通过层间阳离子结合在一起构成基本颗粒，由这些基本颗粒构成更大的不规则集团，因而膨润土具有层状结构。结构中铝对硅和镁对铝的类质同象替代的离子交换作用，会导致结构单元层内负电荷(即层电荷)过剩，为达到正负电荷的平衡，需要一定数量的阳离子来补偿而且位于层间区域。这些阳离子以离子键力联结结构单元层，并且是活动的，它的键强比分子键或氢键大得多。因此当蒙脱石结构单元层内部电荷未达到平衡时，单元层间的空隙中将由一定量的阳离子来充填，从而发生(阳)离子交换作用。蒙脱石由于破键、晶格内类质同象取代及吸附在其表面的腐殖质离解等原因而带负电荷，从而导致晶格层间结合疏松，遇水易膨胀成碎片，颗粒分散度高，具有巨大的内表面积和大量的交换性阳离子，使其具有良好的吸附性能和离子交换性能(其阳离子交换容量约为74～130mmol/100g)。膨润土由于有良好的物理化学性能，可做粘结剂、悬浮剂、触变剂、稳定剂、净化脱色剂、充填料、饲料、催化剂等，广泛用于农业、轻工业及化妆品、药品于化工、石油、环保、纳米材料等领域，所以膨润土是一种用途广泛的天然矿物材料。
但天然存在的钠基膨润土和钙基膨润土在废水处理方面并不具有良好的应用性，必须根据废水的特点选择合适的处理工艺和方法综合利用。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种处理同时含磷和芳香族硝基化合物废水的方法，该方法直接采用天然膨润土加上少量常见金属盐可以同时去除废水中的磷酸根和芳香族硝基化合物。
本发明采用的技术方案是包括如下步骤：
1)将10～15g膨润土粉碎为20～200目，分散到30～50ml水中，制成悬浊液；
2)在该悬浊液中加入KCl和FeCl3，KCl和FeCl3的总量以K+和Fe3+电荷总量计，该总量为膨润土阳离子交换容量的10～100％，其中FeCl3和KCl物质的量比例为1∶2～1∶4；
3)调节该悬浊液pH至7.5～8.5；
4)搅拌2～3h，搅拌过程中维持温度在40～60℃；
5)搅拌后加入到10-15L含有磷酸根和芳香族硝基化合物的废水中，搅拌2h；
6)沉淀分离，上清液达标排放。
本发明的有益效果是：
1、废水中的磷酸根和芳香族硝基化合物在铁和钾的存在下可以同时被吸附到膨润土层间而从水中分离。
2、本发明所用材料廉价易得。我国目前探明膨润土储量有17亿多吨，属世界第一。氯化铁和氯化钾也属于常见金属盐。
3、操作简单。将膨润土、氯化铁和氯化钾在水中混合调配后，直接加入废水中，无须烘干、碾磨等工序。
4、所用改性材料全为无机物，不会给废水带来额外的有机物质，不会增加COD，可大规模应用于废水处理。
具体实施方式
首先将10～15g膨润土粉碎为20～200目，该膨润土可为钙基膨润土或钠基膨润土，分散到30～50ml水中，制成悬浊液；再在该悬浊液中加入KCl和FeCl3，KCl和FeCl3的总量以K+和Fe3+电荷总量计，该总量为膨润土阳离子交换容量的10％～100％，膨润土阳离子交换容量为76.3mmol/100g～108.4mmol/100g；其中FeCl3和KCl物质的量(摩尔)比例为1∶2～1∶4；然后调节该悬浊液pH至7.5～8.5；搅拌2～3h，搅拌过程中维持温度在40～60℃；最后将搅拌好的反应物加入到10-15L含有磷酸根和芳香族硝基化合物的废水中，搅拌2h；再沉淀分离即可，上清液达标排放。所处理的芳香族硝基化合物包括：硝基苯或硝基氯苯或硝基苯胺。
以下提供本发明的4个实施例：
实施例1
将10g阳离子交换容量为108.4mmol/100g的钙基膨润土粉碎为20目，分散到50ml水中，制成悬浊液；在该悬浊液中加入KCl和FeCl3，KCl和FeCl3的总量为膨润土阳离子交换容量的10％，KCl和FeCl3的量各为0.36mmol和0.72mmol，其中FeCl3和KCl物质的量(摩尔)比例为1∶2。调节该悬浊液pH至7.5；搅拌2h，搅拌过程中维持温度在40℃；搅拌后加入到10L含有磷酸根和芳香族硝基化合物的废水中，其中磷酸根的浓度为20mg/L(以PO4 3-计)，硝基苯的浓度为50mg/L，搅拌2h；沉淀分离，测定上清液中磷酸根和硝基苯的浓度。结果表明，该方法对磷酸根和硝基苯的去除率分别为91.2％和95.6％。
实施例2
将15g阳离子交换容量为108.4mmol/100g的钙基膨润土粉碎为200目，分散到30ml水中制成悬浊液；在该悬浊液中加入KCl和FeCl3，KCl和FeCl3的总量为膨润土阳离子交换容量的100％，KCl和FeCl3的量各为5.42mmol和10.84mmol，其中FeCl3和KCl物质的量(摩尔)比例为1∶2。调节该悬浊液pH至8.5；搅拌3h，搅拌过程中维持温度在60℃；搅拌后加入到15L含有磷酸根和芳香族硝基化合物的废水中，其中磷酸根的浓度为20mg/L(以PO4 3-计)，对硝基氯苯的浓度为50mg/L，搅拌2h；沉淀分离，测定上清液中磷酸根和对硝基氯苯的浓度。结果表明，该方法对磷酸根和对硝基氯苯的去除率分别为92.3％和96.3％。
实施例3
将10g阳离子交换容量为76.3mmol/100g的钠基膨润土粉碎为200目，分散到35ml水中制成悬浊液；在该悬浊液中加入KCl和FeCl3，KCl和FeCl3的总量为膨润土阳离子交换容量的100％，KCl和FeCl3的量各为1.5mmol和6.1mmol，其中FeCl3和KCl物质的量(摩尔)比例为1∶4。调节该悬浊液pH至8.5；搅拌3h，搅拌过程中维持温度在60℃；搅拌后加入到15L含有磷酸根和芳香族硝基化合物的废水中，其中磷酸根的浓度为20mg/L(以PO4 3-计)，对硝基苯胺的浓度为50mg/L，搅拌2h；沉淀分离，测定上清液中磷酸根和对硝基苯胺的浓度。结果表明，该方法对磷酸根和对硝基苯胺的去除率分别为89.8％和90.5％。
实施例4
将10g阳离子交换容量为76.3mmol/100g的钠基膨润土粉碎为200目，分散到50ml水中制成悬浊液；在该悬浊液中加入KCl和FeCl3，KCl和FeCl3的总量为膨润土阳离子交换容量的100％，KCl和FeCl3的量各为0.19mmol和0.57mmol，其中FeCl3和KCl物质的量(摩尔)比例为1∶3。调节该悬浊液pH至8.5；搅拌3h，搅拌过程中维持温度在45℃；搅拌后加入到15L含有磷酸根和芳香族硝基化合物的废水中，其中磷酸根的浓度为20mg/L(以PO4 3-计)，对硝基氯苯的浓度为50mg/L，搅拌2h；沉淀分离，测定上清液中磷酸根和对硝基氯苯的浓度。结果表明，该方法对磷酸根和对硝基氯苯的去除率分别为92.8％和91.5％。
Claims (3)
1.一种处理同时含磷和芳香族硝基化合物废水的方法，其特征是依次包括如下步骤：
1)将10～15g膨润土粉碎为20～200目，分散到30～50ml水中，制成悬浊液；
2)在该悬浊液中加入KCl和FeCl3，KCl和FeCl3的总量以K+和Fe3+电荷总量计，该总量为膨润土阳离子交换容量的10～100％，其中FeCl3和KCl物质的量比例为1∶2～1∶4；
3)调节该悬浊液pH至7.5～8.5；
4)搅拌2～3h，搅拌过程中维持温度在40～60℃；
5)搅拌后加入到10-15L含有磷酸根和芳香族硝基化合物的废水中，搅拌2h；
6)沉淀分离，上清液达标排放。
2.根据权利要求1所述的一种处理同时含磷和芳香族硝基化合物废水的方法，其特征是：所用的膨润土阳离子交换容量为76.3mmol/100g～108.4mmol/100g。
3.根据权利要求1所述的一种处理同时含磷和芳香族硝基化合物废水的方法，其特征是：所用的膨润土为钙基膨润土或钠基膨润土。
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| Jianfeng Ma et al..Simultaneous sorption of phosphate and phenanthrene to inorgano-organo-bentonite from water.《Journal of Hazardous Materials》.2006,第136卷(第3期),第982-988页. * |
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