薛武丹毕业论文3 - 图文

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型粘土矿物深度处理焦化废水研究

摘 要

本文以膨润土与凹凸棒石为基本材料，对焦化废水进行了处理。探讨了膨润土与凹凸棒石的用量以及比例、Ca(OH)2的量、PAC和PAM对焦化废水的影响。实验结果表明：在以蒙脱石和凹凸棒石为材料对焦化废水进行处理中，确定焦化废水去除COD和色度的最佳反应条件为：膨润土+凹凸棒石为1.0g，比例为4:1,10ml 7%PAC+4ml 2% PAM ,Ca(OH)2 0.06 g PH在6~9之间，实验结果为吸光度0.051，脱色率为93.39%，COD为67，COD去除率为62.78% 。

关键词：凹凸棒石；蒙脱石；焦化废水

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Bipolar electrodes electrokinetic remediation of

chromium contaminated soil

Abstract

In this paper, under different voltage bipolar electrode for electrical repair the effects of chromium contaminated soil research. Experimental materials kaolin, in the anode liquid storage tanks are constructed of bipolar electrode quartz sand, iron and carbon as filler material. Fill rates were: (1) quartz sand (particle size 0.5-2.5mm); (2) quartz sand: iron = 1:1 (bipolar reaction bed); (3) quartz sand: carbon = 1:1 (bipolar response to bed). In this experiment, were exposed to potassium dichromate, for the soil Cr (Ⅵ) content of 1000mg/kg. Experimental constant voltage 1VDC/cm, duration of 120h. The results showed: in the electrokinetic remediation process, even if the soil does not contain reducing agent, there will be a part of the anode near the Cr (Ⅵ) is reduced; as voltage increases, the migration of chromium increased trivalent chromium in soil formation increase in total chromium and hexavalent chromium removal rate increased; for pure kaolin, affect soil total chromium and hexavalent chromium removal of the main factors is the low voltage conditions, of chromium in the low mobility and high voltage conditions Reduction of hexavalent chromium.

Keyword：Electrical repair; potassium dichromate; chromium migration; kaolin

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1.1 引言

1 绪 论

水是所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分，是一种多功能的不可缺少的资源。而随着人类社会与经济的发展，尤其是石油化工、医药、染料、农药等生产工业方面的迅速发展，使有机化合物的产量和种类与日俱增，它们以不同方式进入水体，使水质不断恶化，造成了水资源紧缺和水资源危机，这直接威胁到人类自身的健康和生命。水资源的可持续利用问题已成了当代世界最重大的资源问题和环境问题，更是未来人类面临的最严峻挑战。在人类造成的污水当中有的成分较简单、生物降解性较好、浓度较低的工业有机废水都可通过组合传统工艺而得以处理，但对于高浓度高毒性废水，如染料、焦化、制药等废水则因技术和经济原因，治理难度较大。

1.2 焦化废水的来源、成分及危害

焦化工业是国民经济的重要部门，焦化厂备煤、炼煤、净化、回收、焦油、精制等各主要车间均有废水产生。焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的含酚为主的高浓度有机废水，主要来自焦化厂，煤气厂。焦化废水中污染物组成复杂，水质受原煤性质、炼焦工艺和焦化产品回收工序与方法等诸多因素的影响。焦化废水中含有数十种无机和有机化合物。其中无机化合物主要是大量氨盐、硫氰化物、硫化物、氰化物等，有机化合物除酚类外，还有单环及多环的芳香族化合物，含氮、硫、氧的杂环化合物等，是一种典型的难处理高浓度有机工业废水，因此焦化废水的处理一直是国内外废水处理领域的一大难题。目前国内各焦化企业大多采用生化法处理焦化废水，据国家冶金局统计，绝大多数焦化企业对焦化废水的处理效果不理想，达不到国家规定的排放标准[1]。

焦化废水所含污染物可分为无机物和有机物两大类，无机物一般以氨盐的形式存在，主要包括(NH4)2CO3、(NH4)2SO4、NH4HCO3、NH4CN、NH4HS、NH4C1、NH4SCN、(NH4)2SO3等；有机物主要由酚类、吡啶、喹啉类、苯胺、苯系物等组成，成分复杂。赵建夫等[2]利

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用色谱／质谱仪分析得到北京焦化厂进入曝气池的废水成分，发现主要有机污染物为苯酚、甲酚、二甲酚及苯，约占废水总有机碳量的82％；何苗等[3]对焦化废水进行了GC／MS分析，共检出51种有机物，全部属于各类芳香族化合物及杂环化合物，其中苯酚类及其衍生物、喹啉类化合物和苯类及其衍生物构成了焦化废水中的主要有机物(占83．3％)：孔令东等[4]运用液一液萃取和层析法对水样进行前处理，测出了244种有机污染物，其中含量最高的是酚类，其次为吡啶、喹啉类、苯胺、苯系物以及联苯、呋喃类、咔唑、吲哚、己烷、萘、噻吩等杂环化合物，及少量的醇、醛、酸、酯、芳烃类。

目前我国焦化废水大都未经彻底处理，造成水环境严重污染。我国焦化废水的水质[5]如表l.1所示，主要焦化厂的废水组成[6，7]和其中有机物类另[8]见表1.2和表1.3焦化废水水质。

表1.2.1我国焦化废水水质 挥发性悬浮

项目 浓度（mg/L）

项目 浓度(mg/L)

碱度 500~3000 BOD5 300~3300

表1.2.2 国内部分焦化厂的废水组成

厂名 首钢焦化厂 唐山焦化厂 南京第二钢铁厂 山海焦化厂 宝钢焦化厂 临汾焦化厂 COD(mg/L) 1500~1800 1812 2000 600~900 884~1040 3000~4000 NH3—N(mg/L) 300~400 20~600 302.5 500 400~700 200 酚(mg/L) 200~250 250~270 106.8 10~26 136~178 230 氰(mg/L) 20~22 11 4 <20 14~30 8~15 固体 10~1700 CODCr 1500~5200

非挥发性悬浮固体 120~190 挥发酚 500~2200

挥发性总固

体 900~5700 氰化物 30~100

非挥发性总

固体 1600~3300 硫化物 100~200

氨氮 30~1300 焦油 100~500

表1.2.3焦化废水中有机物类别及含量 序号 1 2 物质类别 苯酚类及其衍生物 喹啉类化合物 质量百分比(%) 60.08 13.47 TOC量(mg/L) 189.85 42.57

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3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 苯类及其衍生物 吡啶类化合物 联苯、三联苯类 三环以上化合物 萘类化合物 呋喃类 咪喹类 噻吩类 吡咯类 吲哚类 咔喹类 吩噻氰嗪类 9.84 2.42 2.09 1.80 1.45 1.67 1.60 1.36 1.29 1.14 0.95 0.84 31.09 7.467 6.604 5.688 4.582 5.227 5.060 4.290 4.706 3.602 3.002 2.654 焦化废水中含有大量环链有机化合物、叠氮类无机化合和氨氮等，这些物质无论是进入水体，还是其中的一些物质释放进入大气，他们都会直接的或间接地对动、植物产生严重的危害。人直接食用了含这类物质的水，或长时间的吸入含该类物质的空气，会得病，严重者可以致癌；特别是有些物质可在动物或植物体内富集，使其浓度浓缩许多倍，最终通过食物链可侵害到人；焦化废水中的含碳类化合物多数都是耗氧类物质，它们进入水体后要消耗水体中的溶解氧，严重时可以导致水体的腐化；而焦化废水中的含氮类物质，能导致水体的富营养化，可以导致藻类的大量滋生和繁殖；氨氮在水体中还能转化成硝态氮，婴幼儿食用了含有一定浓度硝态氮的水，可导致白血病。由于焦化废水对自然生态的破坏极其严重，对人类的威胁巨大，因此，不仅要对其进行治理，而且要进行彻底的治理，并且要防止污染的转移和产生二次污染。

1.3 焦化废水的处理技术现状

焦化废水的处理，一直是国内外污水处理领域的一大难题，几十年来尚未出现突破性的研究成果。废水中污染物成份复杂，含有挥发酚、多环芳烃和氧、硫、氮等杂环化合物，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。目前，焦化废水一般要通过预处理(一级处理)、

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二级处理(一般采用生化处理)和深度处理才能排放。在国内，焦化厂的废水处理系统主要分为一级处理和二级处理，采用三级处理的还很少。其废水处理工艺如图1.1，国内部分焦化厂废水处理状况见表1.4。

生产出水 蒸氨 出油池 调节池 浮选池 出水 混凝沉淀池 污泥沉淀池 生物曝气池 污泥送煤池 回流污泥 空气

图1.3.1焦化废水典型处理工艺流程 表1.3.2国内部分焦化厂废水处理状况

厂名 COD(mg/L) 进水 出水 400 474 300 233 544 450 氨氮(mg/L) 进水 300 600 250 994 4000 出水 280 100 200 204 >1000 酚(mg/L) 进水 200 276 10 178 60 300 出水 1 0.56 0.5 0.04 0.75 1.5 氰(mg/L) 进水 20 11 3.0 15 13 70 出水 1 2.6 <1.0 0.08 0.5 1.0 首钢焦化厂 1500 唐山焦化厂 1812 上海焦化厂 宝钢焦化厂 600 885 太原焦化厂 3400 韶钢焦化厂 2000 注：上海焦化厂与太原化工焦化厂采用生物滤塔加活性污泥曝气法，宝钢焦化厂采用活性污泥加铁盐法，其余都是活性污泥法[9]。

1.4 焦化废水深度处理技术

焦化废水二级出水中COD和色度等指标常常超标，需要应进行三级处理。目前，焦化废水深度处理的方法主要有以下几种：

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1.4.1絮凝法

絮凝法是在预处理的废水中加入一定量的絮凝剂，使废水中难以沉淀或过滤、呈细微状态的污染物，通过物理或化学作用使其集结成较大的颗粒，从而到分离的目的[10]。用絮凝法处理废水，絮凝剂的选择很重要。目前使用的絮凝剂主要有无机和有机高分子絮凝剂及复合型絮凝剂。王五一等[11]分别以磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢二铵和磷酸氢二钙为稳定剂、四水合三氯化铁（FeCl3.4H2O）为原料制备聚合三氯化铁絮凝剂，处理太原神州焦化集团的焦化废水。研究结果表明，选用磷酸氢二铵为稳定剂时制得的聚三氯化铁絮凝剂效果最好，且在其他条件均相同处理等量的焦化废水时，絮凝剂的投入量为废水量的27%时，处理效果最好。石瑛等[12]用以硫酸铝和硫酸铁为主要原料制备新型复合絮凝剂聚硅酸硫酸铝铁（PAFSS）处理焦化废水，并考察了酸碱度、聚硅硫酸铝（PASS）用量及沉降时间对混凝效果的影响。研究结果表明，当废水pH 值为8 左右、PAFSS 投加量为30mg/L、沉降时间在30min 以内时，PAFSS 对废水的除浊率、脱色率和COD 去除率效果最佳，且优于氯化铁（FeCl3）、聚合氯化铝（PAC）和聚硅硫酸铝（PASS）等絮凝剂的处理效果。壳聚糖含有多种活性基因能吸附水中重金属离子和卤代烷等有害物质，无毒、无味、安全、对环境友好，一种理想的絮凝剂，褚衍洋等[13]利用丙烯酰胺接枝共壳聚糖处理上海某焦化厂经A/O 工艺处理后的废水效果良好，且处理效果优于聚合硫酸铁和聚合氯化铝絮凝剂。周静等[14]等用以硫酸铁、硫酸铝、四硼酸钠、硅酸钠为原料，硫酸和氢氧化钠调节pH 值，自制新型复合絮凝剂PFASSB 处理焦化废水。研究结果表明，在新型复合絮凝剂PFASSB 用量很少的情况下，焦化废水经处理后其COD 就可达《污水综合排放标准》的二级标准，且处理效果远远好于聚合氯化铝（PAC）、聚硫酸铁（PFS）和聚合氯化铝铁（PFAC）。 1.4.2 吸附法

作为一种废水处理技术，吸附法能有效去除废水中的污染物。吸附法是利用吸附剂的强吸附能力和大比表面积，将水中的杂质吸附，从而达到使水净化的目的。目前常用的吸附剂有活性炭、粉煤灰、膨润土、沸石、树脂等。

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活性炭孔隙结构发达、化学性质稳定、耐强酸碱、耐高温、具有良好的吸附性能，是一种常用的吸附剂。朱新锋[15]采用活性炭处理某焦化厂蒸氨前废水，并考察了活性炭粒度、投加量和曝气量的影响。研究结果表明，分散条件下的活性炭比静态下的活性炭有较高的吸附能力，且粒度越小、投加量和曝气量越大，反应速度越快，对氨氮、酚量、COD 和氰化物的处理效果越好，达到平衡所需时间就越短。吴声彪等[16]研究了自制粉末活性炭和市售柱状活性炭分别对焦化废水COD 的去除效率，研究表明粉末活性炭对焦化废水COD 的去除率远远高于柱状活性炭。同时研究了曝气、粉末活性炭粒径及其投加量的影响。结果显示，在其他条件相同时，粉末活性炭在曝气条件下对COD 的去除率明显高于不曝气时的效果，且投入粒径在一定范围内，活性炭的量越大，COD 的去除率越高。范明霞等[17]采用自制的高硫煤基高比表面积活性炭对焦化废水进行吸附处理，考察了活性炭投入量、吸附时间和温度对去除效果的影响。结果显示，当投入量、时间和温度分别为1g、3h 和32℃时，实际焦化废水中COD、苯酚和氨氮的去除率分别为90%、85.8%、23.4%。牟淑杰[18]采用经阳离子絮凝剂聚二甲基二烯丙级氯化铵改性的活性炭对模拟含氰废水进行了吸附处理，并研究了pH 值、吸附时间、温度及改性活性炭用量对处理效果的影响。结果表明，在其他条件相同时，改性的活性炭比原活性炭对CN-的去除率明显增加，且在pH 为8、吸附搅拌5h、温度为20℃、改性活性炭用量为12g/L 时，CN-去除率最好，可达99%，符合国家规定的排放标准。粉煤灰具有较大的比表面积，易于发生物理和化学吸附，常被用于水处理领域。将粉煤灰回收利用于废水处理方面就有广阔的发展前景。杨艳风等[19]用改性粉煤灰处理废水中的硝基苯得到了较为满意的结果。周静等[20]利用粉煤灰—石灰组合工艺对氨氮含量为77.67mg/L、COD 为145.91mg/L 的焦化废水进行深度处理试验。结果表明这一组合能有效降低焦化废水中氨氮含量和COD。沸石一般是由ⅠA 和ⅡA 族金属元素、Al 和Si 等元素组成[21]，有天然沸石和合成沸石（一般称为分子筛）两类。天然沸石在常温、常压下经过化学溶液的活化处理，可增强吸附有机物的效果，目前大多为合成沸石。沸石作为一种廉价的地方性材料，在我国具有丰富的储量，来源广泛，作为水处理的吸附过滤材料，具有足够的强度。沸石对氨氮具有良好的离子交换性能和吸附性能，左志芳等[22]利用此性质，以沸石为生物载体，用SBR 工艺对焦化废水进行处理，获得了满意的结果。张慧灵等[23]用分别经NaCl、NaOH、HDTMA（溴化十六烷基三甲胺）改性后的沸石去除

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焦化废水中的COD。比较得出HDTMA 改性沸石对COD 的去除能力较好，可使其COD 的浓度从580mg/L 降低至150mg/L 以下，达到污水综合排放二级标准。 1.4.3膜分离法

膜分离法是利用膜的选择透过性对废水进行分离和提纯的方法",其机理是采用多孔滤膜, 利用液-液分散体系中两相与固体膜表面亲和力不同而达到分离的目的。常应用的膜分离技术有反渗透 纳滤超滤和微滤4 种, 反渗透和纳滤膜通常使用的材料有醋酸纤维素系 乙烯系聚合物和共聚物 聚亚酞胺等",超滤和微滤通常使用的材料有聚偏氟乙烯(P 飞)F ) 聚讽(P SF ) 聚醚矾( P E S ) 聚氯乙烯(P V C ) 聚苯乙烯(P S) 等",反渗透和纳滤主要用于去除废水中的硬度 盐分, 目前应用主要以卷式膜为主;超滤和微滤主要用于去除废水中的悬浮物 胶体微生物等, 目前应用主要以中空纤维膜为主, 平板膜和管式膜也有一定应用。超滤和微滤按过滤方式又分为内压式和外压式, 按膜组件形式又分为柱式和浸没式。 1.4.4 化学氧化法

化学氧化法是转化采废水中污染物的有效方法, 能将废水中呈溶解态的无机物和有机物转化为微毒 无毒物质或转化成容易与水分离的形态, 分为氧化剂氧化法, 臭氧氧化法和湿式催化氧化法。氧化剂氧化法是指利用强氧化剂氧化分解废水中的有机物等污染物质以达到净化废水的一种方法[24] ; 臭氧氧化法是指利用臭氧在水中产生的强氧化物质O H ?经基自由基氧化水中的有机物等污染物质以达到净化废水的一种方法[25];催化湿式氧化技术是将待处理废水置于密闭容器中, 在一定的温度 压力下通人空气或氧气作为氧化剂, 同时加人催化剂, 让废水中有机物彻底氧化分解的技术。该技术可降低反应温度 反应压力,加速反应, 提高反应效率[26] 。 1.4.4 电化学法

电化学法包括电凝聚 电气浮和电火花法。电凝聚是利用溶解性电极电解采废水, 从溶解性阳极溶解出金属离子, 金属离子水解生成氢氧化物, 它能吸附和凝聚废水中的悬浮物和胶体物质, 然后沉淀可除悬浮物和胶体;电气浮是利用不溶性电极电解废水, 在电解分

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解作用和初生态的微小气泡的上浮作用下, 使胶体破坏, 并使胶体附着在气泡上;电火花法是利用交流电来去除废水中的有机物, 在电场作用下筒内的导电颗粒间会产生电火花, 在电火花和水中均匀分布的氧的作用下, 有机物被氧化和燃烧分解。

在焦化废水深度处理中，焦化废水脱色一直是焦化废水处理中存在的一个难题。这主要是因为，焦化废水中部分有机化合物无法降解，这些化合物中有些含有烯键、羧基、酰胺基、磺酰胺基、羰基和硝基等生色团，并且含有一NH2、一NHR、一NR：、一OR、一OH和一SH等助色团。它们的相互作用造成生化出水色度仍然很高。此外，这些基团都是极性的，因此使出水中有机物易溶于水，并有可能使烷烃化合物发生乳化，在水中发生高度的分散作用。从而生成难于脱色的水溶液或胶体溶液[27]，同时也造成了COD等污染物难以去除。

1.5 本研究的目的及意义

根据目前焦化废水的处理现状，可以发现大多数企业二级生化出水中污染物指标仍然很高，尤其是COD和色度，远远超过《污水综合处理标准》要求。因此需要对二级生化出水进行深度处理。混凝沉淀是常用的深度处理方法，常用的混凝材料有无机混凝剂、有机混凝剂以及粘土矿物等。由于焦化废水中污染物成份复杂，在实际应用中采用常规的无机混凝剂用量大，易受环境影响，难以达到预期的处理效果；而采用有机絮凝剂虽然脱色效果很好，但价格高昂、本身难降解、污泥产生量大，大大增加了焦化废水的处理成本，难以应用；近年来，天然类粘土矿物在环境工程领域内的应用范围不断增加，并成为国内外众多学者的研究热点。

本文采用天然粘土类矿物（蒙脱石、凹凸棒石）和合成絮凝剂（聚合氯化铝、聚丙烯酰胺），研究其对焦化废水生化出水脱色和去除COD的影响，主要内容包括：蒙脱石对焦化废水脱色和去除COD的影响；凹凸棒石柱撑蒙脱石对焦化废水脱色和去除COD的影响；蒙脱石、凹凸棒石、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺复配最佳条件研究。通过本项研究提高焦化废水深度处理的途径与技术，为粘土矿物在环境领域的开发应用提供基础数据。

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2. 材料与方法 2.1 实验材料

焦化废水：本试验采用的焦化废水为某焦化厂生产废水经二级生化处理后的排水，其水质指标见表2.1。

表2.1 焦化废水指标 指标 焦化废水

浓度COD（mg/L） 180

色度 200

pH 6-9

NH3-N 0

膨润土：膨润土（ Bentonite），又称斑脱岩、膨土岩等，是以蒙脱石为主要成分的粘土岩—蒙脱石粘土岩，其化学通式为： Nax(H2O)4{（Al2-xMgX）[Si4O10](OH)2}

图2.1.1蒙脱石的晶体结构

膨润土有阳离子交换性；吸水性；吸附脱色性；胶质价；粘结性和可塑性造浆性能，这些特性使膨润土在24个领域100多个部门得到了应用。

本实验采用的膨润土购自建平某企业，为钠基膨润土，过 325目筛。

凹凸棒石：简称凹凸土 (Attapulgite)，又名坡缕石 ( Palygr os2bite)。是一种具纤维纹理层链状过渡结构的含水富镁硅酸盐为主的粘土矿，在矿物学上属于海泡石族，其化学式为：Mg5(H2O) 4[Si4O10](OH)2·4H2O。其晶体结构呈长宽比很高的纤维状或窄带状 ,其结构属 2：1型粘土矿物。在每个 2：1单位结构层中 ,四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒 ,形成层链状。在四面体条带间形成与链平行的通道 ,通道横断面约 3.7 × 6.3 A。通道中充

填沸石水和结晶水 ,见凹凸棒石粘土晶体结构图1.4。

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图2.1.2 凹凸棒石粘土晶体结构图 ( [ 001 ]面投影)

本实验采用的凹凸棒石购自石家庄某企业，过 325目筛。

聚合氯化铝：该产品是一种无机高分子混凝剂。主要通过压缩双层，吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。

聚丙烯酰胺（PAM）：为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。本试验中采用的是阳离子型聚丙烯酰胺。

2.2实验仪器与分析方法

实验仪器主要参照表2.1：

表2.2.1主要实验仪器

仪器名称 分光光度计 pH计 电子天平 COD回流装置

仪器规格 7230G pHS-25型 ES120-4 —

生产厂家 上海精科 上海雷磁仪器厂

沈阳龙腾电子称量仪器有限公司 实验室专用

实验药品见表2.2：

表2.2.2 实验主要药品

试剂名称

硫酸汞

化学式

HgSO4

级别

分析纯

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重铬酸钾 硫酸亚铁铵 硫酸硫酸银

K2Cr2O7 FeSO4(NH4)2SO4 H2SO4 – Ag2SO4

分析纯 分析纯 分析纯

2.3水质分析法 （1） pH值 pH值：玻璃电极法 （2）CODCr：重铬酸钾法

计算公式： CODcr=(V0-V1)×C×8×1000/V2 C—硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（mg/l） V0—空白消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积（ml） V1—水样消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积（ml） V2—水样体积（ml） (3) COD去除率：

COD去除率?COD0?COD1COD?100% 0其中：COD0—为染料废水原液的化学需氧量；

COD1—为染料废水降解处理后的化学需氧量； (4) 色度的去除率：

色度的去除率?C0?C1C?100%

0其中：C0—为焦化废水未经处理时由分光光度仪测的得读数； C1—为焦化废水经过处理后由分光光度仪测的得读数； 2.4 实验装置 1. 分光光度仪

(2-1)

(2-2)

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2 COD回流装置

3. JJ-8 同步自动升降搅拌机

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3 实验过程与结果分析

3.1 蒙脱土添加量对焦化废水脱色及去除COD的影响 3.1.1 实验过程 取300ml焦化废水（生化出水）水样，分别加入如下不同用量膨润土和凹凸棒石，快速搅拌15min，150~200r/min，加10mlPAC ,慢速搅拌1min，80r/min加4mlPAM,慢速搅拌1min，80r/min。实验处理见表3.1. 表 3.1 实验处理 序号 膨润土g COD % 脱色率 % 处理1 0.6 45.6 89.2 处理2 0.8 54.7 89.9 处理3 1.0 59.2 90.3 处理4 1.2 50.1 90 处理5 1.4 45.6 88.7 3.1.2 结果与讨论 膨润土具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8-20倍的水而膨胀至30倍在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。

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图3.1和图3.2分别为为膨润土添加量对COD去除率的影响。从图3.1中可以发现，膨润土具有较高的吸附性能，当添加量为2.0g/L，COD去除率达到45.6%。增加膨润土用量，COD去除率增加，当膨润土用量增加到3.3g/L时,COD去除率达到最大值（59.2%），此时，焦化废水中COD浓度为76.3mg/L,低于《污水综合排放标准》一级排放标准。当膨润土用量超过3.3g/L时，此时COD去除率有所降低。 7060504030201000.60.81膨润土g1.21.4COD去除率 % 图3.1.1膨润土g 与COD去除率关系图 90.590脱色率 ?.58988.58887.50.60.81膨润土g1.21.4 图3.1.2膨润土g/凹凸棒石g 与脱色率关系图 由以上实验确定，当蒙脱石添加量为3.3g/L时, COD效果和吸光度A效果最好。 3.2膨润土和凹凸棒石混配对焦化废水脱色及去除COD的影响 3.2.1 实验过程 1. 膨润土和凹凸棒石干混实验 取300ml焦化废水（生化出水）水样分别加入不同比例膨润土和凹凸棒石混合物，共1.0g，快速搅拌15min，150~200r/min，加入PAC，慢速搅拌1min，80r/min，加PAM慢速搅拌1min，80r/min。具体实验处理见表3.2。

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表3.2 膨润土和凹凸棒石干混实验 序号 膨润土g 凹凸棒石g 氢氧化钙g PAC+PAM ml 1 1.0 0 0.06 10+4 2 0 1.0 0.06 10+4 3 0.5 0.5 0.06 10+4 4 0.667 0.333 0.06 10+4 5 0.75 0.25 0.06 10+4 6 0.8 0.2 0.06 10+4 7 0.9 0.1 0.06 10+4 2. 膨润土和凹凸棒石湿混实验 取如下不同比例膨润土和凹凸棒石混合物，共1.0g，制成10ml悬液，慢速搅拌（或恒温搅拌）8h，静置16h，然后取300ml焦化废水（生化出水）分别加入悬液搅拌15min，150~ 200r/min,加入PAC,搅拌1min，80r/min,加入PAM，搅拌1min，80r/min。具体实验处理见表3.3。 表3.3 膨润土和凹凸棒石湿混实验 序号 膨润土g 凹凸棒石g 氢氧化钙g PAC+PAM ml 3 0.5 0.5 0.06 10+4 4 0.667 0.333 0.06 10+4 5 0.75 0.25 0.06 10+4 6 0.8 0.2 0.06 10+4 7 0.9 0.1 0.06 10+4 通过实验确定膨润土与凹凸棒石的最佳比例。 3.2.2 结果与讨论 柱撑蒙脱石是一种新型的多孔材料，具有较大的比表面积、大的孔径以及较高的表面活性，在很多领域显示了巨大的应用潜力。通常采用柱撑材料一般为无机化学物质或氧化物（酸、碱、盐等）以及有机物（十六烷基四甲基溴化铵、 ），并在污水处理领域取得了较好的效果。但这些柱撑材料本身成本较高，柱撑过程繁琐，同时使用不当易造成二次污染。研究表明，当膨润土与凹凸棒石以一定比例混配时，能够发生柱撑作用，凹凸棒石能够改变蒙脱石的层面结构，形成一种卡房状结构，比表面积增加，吸附性提高，使含凹凸棒石的蒙脱石粘土的脱色率远高于纯蒙脱石粘土和纯凹凸棒石粘土[17-20 ]。同时，凹凸棒石本身是一种天然无机矿物，对环境安全、无污染，成本较低。

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因此，本实验以蒙脱石和凹凸棒石为基本供试材料，通过一定比例混配，研究其对焦化废水脱色及COD去除的影响，具体实验结果见3.4和3.4。 COD去除率b60585654521.0/00/1.00.5/0.50.667/0.3330.75/0.250.8/0.20.9/0.1膨润土g/凹凸棒石g图3.3膨润土g/凹凸棒石g 与COD去除率关系图(干混)

90898887868584831.0/00/1.00.5/0.50.667/0.3330.75/0.250.8/0.20.9/.1脱色率%膨润土g/凹凸棒石g图3.2.2.2膨润土g/凹凸棒石g 与脱色率关系图(干混)

525150494847464544430.5/0.50.667/.3330.75/0.250.8/0.20.9/.1COD去除率%膨润土g/凹凸棒石g图3.2.2.3膨润土g/凹凸棒石g 与COD去除率关系图(湿混)

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88878685848382810.5/0.50.667/0.3330.75/.250.8/0.20.9/0.1脱色率%膨润土g/凹凸棒石g 图3.2.2.4 膨润土g/凹凸棒石g 与脱色率关系图(湿混) 3.3聚铝和聚丙添加量对焦化废水脱色及去除COD的影响 3.3.1 实验过程 取300ml焦化废水（生化出水）水样，加入如下不同比例膨润土和凹凸棒石混合物（4:1），共1.0g，快速搅拌15min，150~200r/min，加入PAC，慢速搅拌1min，80r/min，加PAM慢速搅拌1min，80r/min。

表3.2.1.1聚铝添加量 序号 膨润土g 凹凸棒石g PAC g PAM g 1 0.5 0.5 0.4 0.04 2 0.5 0.5 0.5 0.04 3 0.5 0.5 0.6 0.04 4 0.5 0.5 0.7 0.04 5 0.5 0.5 0.8 0.04 表3.2.1.2 聚丙添加量 序号 膨润土g 凹凸棒石g PAC g 1 0.5 0.5 0.6 2 0.5 0.5 0.6 3 0.5 0.5 0.6 4 0.5 0.5 0.6 5 0.5 0.5 0.6

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PAM g 0.012 0.02 0.04 0.08 0.12 以膨润土和凹凸棒石的最佳添加量为准，确定PAC和PAM的最佳用量。 3.3.2 结果与讨论 474645COD去除率4443420.4PAC/g 图3.3.2.1 PAC量与COD去除率关系图 0.50.60.70.8 1008060脱色率402000.4PAC/g0.50.60.70.8 图3.3.2.2 PAC量与脱色率关系图

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46.24645.8COD去除率45.645.445.20.012PAC/g图3.3.2.3 PAM量与COD去除率关系 888684820.020.040.080.12 脱色率8078760.012PAC/g0.020.040.080.12 图3.3.2.4 PAM量与脱色率关系图 由实验数据可得出PAC用量为0.6g,PAM用量为0.04g。 3.4 溶液pH对焦化废水脱色及去除COD的影响 3.4.1 实验过程 本实验以氢氧化钙调节pH，确定最佳。 表3.4.1最佳PH 序号 膨润土g 凹凸棒石g 氢氧化钙g PAC+PAM ml 1 0.5 0.5 0.05 10+4 2 0.5 0.5 0.06 10+4 3 0.5 0.5 0.07 10+4 4 0.5 0.5 0.1 10+4 5 0.5 0.5 0.2 10+4 6 0.5 0.5 0.3 10+4

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3.4.2 结果与讨论 60504030201000.050.060.070.10.20.3COD去除率%氢氧化钙g图3.4.2.1 氢氧化钙(g)与COD去除率关系图

10080脱色率`402000.050.060.070.10.20.3氢氧化钙g 图3.4.2.2 氢氧化钙(g)与脱色率关系图 由此实验可以得出氢氧化钙对COD无影响，得出氢氧化钙最佳添加量为每300ml焦化废水中可加0.06g。 3.5 最佳配比正交试验 3.5.1 实验过程 表3.5.1.1 正交试验因素水平 序号 药量 比例 氢氧化钙 1 0.6 2:1 0.048 2 0.8 3:1 0.054 3 1.0 4:1 0.6 4 1.2 5:1 0.084 5 1.4 6:1 0.09

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PAC+PAM 4%+0.1% 5%+0.5% 6%+1% 7%+2% 8%+3% 表 3.5.1.2 正交试验数据 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 药量 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 比例 2:1 3:1 4:1 5:1 6:1 2:1 3:1 4:1 5:1 6:1 2:1 3:1 4:1 5:1 6:1 2:1 3:1 4:1 5:1 6:1 2:1 3:1 4:1 5:1 6:1 氢氧化钙g 0.048 0.054 0.06 0.084 0.09 0.054 0.06 0.084 0.09 0.048 0.06 0.084 0.9 0.048 0.054 0.084 0.09 0.048 0.054 0.06 0.9 0.048 0.054 0.06 0.084 4%+0.1% 5%+0.5% 6%+1% 7%+2% 8%+3% 6%+1% 7%+2% 8%+3% 4%+0.1% 5%+0.5% 8%+3% 4%+0.1% 5%+0.5% 7%+2% 6%+1% 5%+0.5% 6%+1% 7%+2% 8%+3% 4%+0.1% 7%+2% 8%+3% 4%+0.1% 5%+0.5% 6%+1% 123 79 88 97 97 84 75 110 93 93 82 73 73 57 65 73 82 82 90 82 69 82 73 73 73 PAC10ml+PAM4ml COD COD去除率% 31.67 56.11 51.11 46.11 46.11 53.33 58.33 38.89 48.33 48.33 54.44 59.44 59.44 68.33 63.89 59.44 54.44 54.44 50 60 61.67 60 59.44 59.44 59.44 吸光度A 0.13 0.099 0.081 0.078 0.078 0.097 0.079 0.079 0.087 0.126 0.095 0.167 0.119 0.089 0.08 0.106 0.085 0.092 0.089 0.105 0.057 0.072 0.123 0.072 0.076 脱色率% 83.16 87.18 89.51 69.4 89.9 87.43 89.77 89.77 88.73 83.68 67.7 78.37 84.59 88.7 89.64 86.27 88.99 88.08 88.47 86.4 92.62 90.67 84.07 90.67 90.16 3.5.2 结果与讨论

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设因素（膨润土+凹凸棒石）药量为因素A,五个水平为1、2、3、4、5，因素（膨润土/凹凸棒石）比例为因素B，五个水平为1、2、3、4、5，以此类推C、D,水平皆为1、2、3、4、5。 表3.5.3 正交试验结果分析 水平 KA KB KC KD 1 46.22 52.11 52.65 51.78 2 49.44 57.66 56.55 56.55 3 61.11 52.66 56.66 56.44 4 55.66 54.44 26.33 57.78 5 60.00 55.55 54.00 49.89 已知COD去除率值越大为最优水平，由表3.2.9 可以看出A3B2C3D3为最好的水平组合，即最佳合成条件。所以本实验最佳条件为膨润土+凹凸棒石为1.0g，比例为4:1 ，Ca(OH)2 0.06g和PAC 7% 10ml + PAM 2% 4ml。 对得到的较好水平组合进行验证实验，吸光度为0.051，脱色率为93.39%，COD为67，COD去除率为62.78%，在实验中为最佳合成条件。

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结论

通过以上实验研究，可以得出以下结论：

（1）膨润土具有较高的吸附性能，膨润土添加量为 ，PAC、PAM，焦化废水二级圣湖出水中COD低于100mg/L，色度 ，达到《污水综合排放标准》一级标准， （2）采用凹凸棒石作为蒙脱石粘土的改性剂，可以提高焦化废水COD去除效果。当凹凸棒石作为蒙脱石粘土比例为，处理效果最好，与但一添加蒙脱石相比，提高 %。 （3）

确定焦化废水去除COD最佳反应条件为：膨润土+凹凸棒石为1.0g，比例为4:1,10ml 7%PAC+4ml 2% PAM ,Ca(OH)2 0.06 g。实验结果为吸光度0.051，脱色率为93.39%，COD为67，COD去除率为62.78% 。

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放药品前原水(焦化废水)

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加入膨润土、凹凸棒石、Ca(OH)2后现象与原水对比

刚加入PAC和PAM后现象与原水对比

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加入PAC和PAM30min后现象与原水对比

加入PAC和PAM30min后沉淀现象

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过滤后处理水与原水

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致谢

首先，感谢在本次实验和论文中给予我细心指导和关照的潘大伟老师。本次实验和论

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文的完成离不开老师的教导。在实验过程中发现有误的地方就会及时给我们纠正错误，也会提出一些问题，使我们对实验有进一步的认识和了解，老师教会我们对待科学的严谨性的同时也时刻提醒我们在实验过程中的安全性。导师的关怀和教诲给我留下了深刻的印象，在此，我由衷的感谢潘老师。

其次，非常感谢这几年来给予我教育的老师们。是你们让我对专业课和各项基础知识有了深入的了解，使我的知识得到了充实，为我以后的学习有了坚强的基础，也让我对本专业产生了浓厚的兴趣，使我对日后的工作充满了希望和信心。在此，我再一次衷心的感谢我所有的任课教师。

最后，深深感谢四年来一直默默支持我的家人，朋友，以及和我在一起生活四年的同学们！感谢所有给予我帮助的人！

祝福我们美丽的校园明天会更好！

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